基于調(diào)機(jī)自動(dòng)化數(shù)據(jù)維護(hù)的數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化

梁婷LⅠANG Ting

（北京現(xiàn)代通號(hào)工程咨詢有限公司，北京 100160）

1 概述

BDZ 型調(diào)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)是一套通過控制臺(tái)指揮機(jī)車應(yīng)用于編組站調(diào)車機(jī)車自動(dòng)控制的全新智能化系統(tǒng)。針對調(diào)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)的數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)作為主系統(tǒng)的輔助工具，提供豐富的使用方式，盡可能給現(xiàn)場使用和維護(hù)人員提供最大的方便，方便了現(xiàn)場工作人員進(jìn)行系統(tǒng)故障判斷和維護(hù)，提高系統(tǒng)使用維護(hù)效率，最大限度地減少了維護(hù)成本，代替了我們過去利用手動(dòng)操作的方式，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車錯(cuò)峰作業(yè)的速度和準(zhǔn)確性。程序采用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方式，以網(wǎng)站形式實(shí)現(xiàn)，采用IBM DB2 數(shù)據(jù)庫，提供并實(shí)現(xiàn)以下功能：①車載信息數(shù)據(jù)查詢：以站場圖顯示道岔、站場信號(hào)機(jī)等信息實(shí)現(xiàn)快速瀏覽全部機(jī)車歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)前機(jī)車位置、實(shí)際速度、距前方阻擋信號(hào)機(jī)及停車點(diǎn)距離、當(dāng)前平調(diào)信息指令、系統(tǒng)狀態(tài)等方便操作人員對機(jī)車歷史狀態(tài)隨時(shí)掌握；②機(jī)車故障現(xiàn)象匯總：提供機(jī)車歷史故障和當(dāng)前發(fā)生并未恢復(fù)故障的綜合數(shù)據(jù)顯示；③故障原因分析說明：根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，快速全面地提供故障原因及維修方法說明；④實(shí)時(shí)機(jī)車數(shù)據(jù)顯示：實(shí)時(shí)顯示全部機(jī)車當(dāng)前狀態(tài)，包括控制狀態(tài)、走行距離、占用區(qū)段、信號(hào)機(jī)顯示情況、機(jī)車是否故障以及機(jī)車當(dāng)前的速度；⑤機(jī)車速度、距離曲線生成：根據(jù)機(jī)車速度、目標(biāo)速度、限速；機(jī)車空閑距離、防護(hù)距離、車列軌道占用百分比等數(shù)據(jù)生成曲線，方便機(jī)車狀態(tài)維護(hù)；⑥調(diào)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：提供包括系統(tǒng)主機(jī)地址，地面系統(tǒng)所需各種參數(shù)，根據(jù)用戶權(quán)限，提供修改和查詢功能；⑦調(diào)機(jī)自動(dòng)化數(shù)據(jù)維護(hù)工具維護(hù)：對數(shù)據(jù)維護(hù)工具所需的如故障分析方法，用戶權(quán)限等提供修改功能。調(diào)機(jī)自動(dòng)化數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)在使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)一些嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能的問題，開始影響用戶的使用，通過反復(fù)觀察總結(jié)，發(fā)現(xiàn)其中的問題，需要著重對針對該問題出現(xiàn)的原因作出相應(yīng)的修改和調(diào)整。針對以上問題的發(fā)生，技術(shù)人員已提出改進(jìn)：當(dāng)發(fā)生冒進(jìn)信號(hào)以及超速危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)，車載顯示器能夠及時(shí)發(fā)出聲音和文字報(bào)警的提示；在發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，車載顯示器就能及時(shí)發(fā)出提示報(bào)警。目前的BDZ 系統(tǒng)采用了無線通信的方式將調(diào)車作業(yè)相關(guān)的道岔、軌道電路區(qū)段信息及信號(hào)傳送到調(diào)車機(jī)車，并且在車載人機(jī)界面單元上實(shí)現(xiàn)調(diào)車機(jī)車信號(hào)及站場聯(lián)鎖等信息的實(shí)時(shí)情況顯示，反映調(diào)車車列（含單機(jī)）的運(yùn)行條件；同時(shí)，通過對調(diào)機(jī)運(yùn)行前方信號(hào)和車站相關(guān)基本信息的處理，實(shí)現(xiàn)車站中聯(lián)鎖區(qū)域內(nèi)的調(diào)車車列（含單機(jī)）速度監(jiān)控；在駝峰推峰作業(yè)中實(shí)現(xiàn)駝峰機(jī)車遙控。

2 調(diào)機(jī)自動(dòng)化數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)鎖等待、 鎖升級引起的性能瓶頸問題闡述

數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間后，通常會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行變慢，對于我們最終所使用的交互響應(yīng)并沒有達(dá)到預(yù)期中的效果，致使用戶不能完成其所有的工作，尤其在業(yè)務(wù)繁忙時(shí)更是無法得到及時(shí)的交互響應(yīng)，完成調(diào)機(jī)自動(dòng)化數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)指令事務(wù)和處理站場查詢及車載信息顯示功能所花費(fèi)的時(shí)間太久。等待、鎖升級引起的性能等應(yīng)用程序在一段時(shí)段內(nèi)變得逐漸緩慢，系統(tǒng)CPU 使用頻率比較高，數(shù)據(jù)庫存在大量連接，每個(gè)連接都要處理很長時(shí)間。

對于要確定調(diào)機(jī)自動(dòng)化數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)信息顯示、操作及報(bào)警功能所造成問題的根本性原因，必須通過最終用戶來評估當(dāng)前車載顯示器人機(jī)交互界面系統(tǒng)的實(shí)際使用情況，并對此進(jìn)行進(jìn)一步的分析，找出系統(tǒng)功能及防護(hù)解鎖功能資源使用的問題所在。

通過檢查DB2DIAG.LOG，在數(shù)據(jù)庫診斷日志中發(fā)現(xiàn)表 JB_RIGHT_RC，ROUTE_PACKAGE，SL_PACKAGE 這幾張表經(jīng)常存在S 鎖升級現(xiàn)象，通過快照監(jiān)控發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中存在大量鎖等待：

以上這些都嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)庫的性能。

總體上，發(fā)現(xiàn)在通常情況下存在以下幾個(gè)性能問題：①事務(wù)或查詢的響應(yīng)時(shí)間比預(yù)期的要長；②事務(wù)吞吐量不足以完成必須的工作負(fù)載；③事務(wù)的吞吐量減少。

為了達(dá)到數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序使用的最佳方式，系統(tǒng)使用人員必須經(jīng)過專業(yè)操作人員的培訓(xùn)，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)方可進(jìn)行操作，其中包括車載設(shè)備操作人員、地面設(shè)備維護(hù)人員及車載設(shè)備維護(hù)人員等。車載設(shè)備操作人員必須具備遙控狀態(tài)下的人工干預(yù)能力；地面設(shè)備操作人員必須具備基本的計(jì)算機(jī)使用常識(shí)。對此專業(yè)操作人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制定出一個(gè)簡單清晰的計(jì)劃用于評估這些系統(tǒng)的性能，同時(shí)在出現(xiàn)問題的時(shí)候能夠及時(shí)準(zhǔn)確地對數(shù)據(jù)修復(fù)或調(diào)整，來維持?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用程序的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。車載設(shè)備日常使用時(shí)，接班人員應(yīng)按步驟對設(shè)備進(jìn)行常規(guī)檢查，系統(tǒng)開始運(yùn)行之后，觀察車載顯示器主程序是否始終保持正常運(yùn)行狀態(tài)，如有存在異常，這就說明設(shè)備配置不匹配，必須記錄故障發(fā)生時(shí)間，需要報(bào)維修人員進(jìn)行手動(dòng)配置。這樣就能夠通過盡早地識(shí)別出問題所在，及時(shí)地修復(fù)并調(diào)整使用性能，有效地防止問題的產(chǎn)生，避免對用戶產(chǎn)生不必要的影響。以下便是故障出現(xiàn)情況下常見的幾種操作方法：

①無線通信斷路丟失：

無線通信斷路丟失后，此刻的車載設(shè)備處于無法接收地面信號(hào)的狀態(tài)，同時(shí)車載顯示器主界面上所有的信號(hào)機(jī)名稱都會(huì)閃爍，此時(shí)操作人員應(yīng)注意觀察并確認(rèn)地面信號(hào)，以確保行車安全。

無線通信斷路丟失時(shí)，應(yīng)禁止投入自控。如果在自控狀態(tài)下通信消失，此時(shí)的車載設(shè)備會(huì)自動(dòng)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，等待通信恢復(fù)之后，如果仍然處于遙控的狀態(tài)，那么系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)當(dāng)前實(shí)時(shí)的狀態(tài)來繼續(xù)跟蹤控制。

車地?zé)o線通信斷路丟失之后，機(jī)車防護(hù)功能會(huì)導(dǎo)向自動(dòng)禁用狀態(tài)，此時(shí)的操作人員應(yīng)注意觀察地面信號(hào)，保持正常行車。等待車地?zé)o線通信恢復(fù)正常之后，防護(hù)功能便會(huì)自動(dòng)投入工作狀態(tài)。

②定位錯(cuò)誤：

操作人員在使用系統(tǒng)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)定位錯(cuò)誤，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行“重新定位”的操作，清除或者手動(dòng)修改定位。如果定位錯(cuò)誤的時(shí)候正是機(jī)車處于自控的狀態(tài)，那么應(yīng)該必須立即退出自控。同時(shí)在定位錯(cuò)誤的同時(shí)禁止使用遙控功能。

清除定位操作是按壓“重新定位”的按鈕，同時(shí)點(diǎn)擊“僅清除定位”的按鈕并點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕清除機(jī)車定位，確認(rèn)以上操作之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)清除當(dāng)前定位并且重新開始定位計(jì)算機(jī)車的位置，等待條件滿足之后，會(huì)自動(dòng)對調(diào)機(jī)進(jìn)行定位。

手動(dòng)定位操作是按壓“重新定位”的按鈕，輸入此刻機(jī)車前方信號(hào)機(jī)，并且點(diǎn)擊“確認(rèn)”的按鈕，重新放置定位。

③站場表示故障：

當(dāng)?shù)孛娣?wù)器與CIPS 站場表示服務(wù)的連接發(fā)生沖突時(shí)，故障發(fā)生，車載顯示器所有的調(diào)車信號(hào)都會(huì)顯示藍(lán)燈，沒有進(jìn)路顯示。此時(shí)的車載顯示器信號(hào)失效，系統(tǒng)的信息防護(hù)以及自控功能都顯示失效狀態(tài)，操作人員必須等待確認(rèn)地面信號(hào)正常之后方可行車。

④系統(tǒng)故障：

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障并且影響到我們正常作業(yè)的時(shí)候，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉車載電源控制器或者車載主機(jī)控制開關(guān)，強(qiáng)制關(guān)閉防護(hù)功能。同時(shí)也可以采用關(guān)機(jī)的方式關(guān)閉所有系統(tǒng)功能，并及時(shí)向工作人員報(bào)修。但當(dāng)機(jī)車不在系統(tǒng)控制區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的時(shí)候，即可關(guān)機(jī)。維護(hù)人員應(yīng)及時(shí)根據(jù)站內(nèi)控制區(qū)內(nèi)的軌道電路分路不良等情況分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，提交給系統(tǒng)技術(shù)人員。由技術(shù)人員將軌道電路分路不良區(qū)段導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，及時(shí)減輕軌道電路分路不良對系統(tǒng)功能造成的影響。調(diào)機(jī)自動(dòng)化數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)考慮到上述因素，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)采用適當(dāng)?shù)挠布诒ＷC較充足的硬件物理資源的同時(shí)，在軟件上進(jìn)行下一步的系統(tǒng)性能優(yōu)化調(diào)整。

調(diào)機(jī)自動(dòng)化數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)性能調(diào)整的方法和過程以傳統(tǒng)的調(diào)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，綜合現(xiàn)代調(diào)機(jī)自動(dòng)化的需求，BDZ 型調(diào)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)集合了駝峰推峰機(jī)車信號(hào)、調(diào)車作業(yè)信息（包括地面信號(hào)、調(diào)車計(jì)劃等）車上顯示、利用無線通信通道，完成對站場內(nèi)所有有調(diào)車機(jī)車日常作業(yè)的監(jiān)控和特定作業(yè)的自控，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，從網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)以及應(yīng)用界面幾個(gè)方面，將系統(tǒng)與CIPS 系統(tǒng)結(jié)合，使系統(tǒng)的一體化程度以及整體的自動(dòng)化程度都達(dá)到了一定的水準(zhǔn)，同時(shí)也提高了調(diào)機(jī)自動(dòng)化數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及讀取的速度。

①性能調(diào)整方法：

根據(jù)數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)的特殊性能要求，對于調(diào)機(jī)自動(dòng)化數(shù)據(jù)維護(hù)性能改進(jìn)過程可以通過以下幾個(gè)方面來考量。

1）首先執(zhí)行下面的初始檢查：

a）獲取直接用戶（即車站信息工區(qū)工作人員）的使用反饋，確定性能改進(jìn)的目的和范圍；b）獲取性能表示好與壞結(jié)果時(shí)的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫以及我們的應(yīng)用程序統(tǒng)計(jì)的信息；c）對數(shù)據(jù)庫做一次全面健康檢查。

2）制動(dòng)測試無輸出：

a）首先根據(jù)收集的信息進(jìn)行制動(dòng)測試，在對應(yīng)用特性的了解進(jìn)行單獨(dú)制動(dòng)測試時(shí)，如果投入后沒有制動(dòng)效果，可進(jìn)行檢查，如果問題不能解決，應(yīng)該排除操作系統(tǒng)以及硬件資源造成的原因，及時(shí)通知維修人員；b）檢查車載主機(jī)上的控制開關(guān)，此時(shí)應(yīng)處于打開狀態(tài)，因?yàn)橄到y(tǒng)性能的問題也有可能是由于非SQL 部分造成的；c）檢查車載主機(jī)上的控制開關(guān)下方的保險(xiǎn)管是否導(dǎo)通良好。

3）控車測試不能正常控車：進(jìn)行控車測試時(shí)，如果投入后機(jī)車沒有按照當(dāng)前指令執(zhí)行，可以進(jìn)行相關(guān)檢查并通知維修人員提出相應(yīng)的優(yōu)化措施，并根據(jù)用戶需求輕重程度來進(jìn)行逐一改進(jìn)并加以實(shí)施。

4）檢查車載主機(jī)上的控制開關(guān)是否處于打開的狀態(tài)，通過操作者與維修工作人員的多次溝通，檢查車載主機(jī)上的控制開關(guān)以及下方的保險(xiǎn)管是否導(dǎo)通良好，以此來驗(yàn)證測試時(shí)反映出的異常問題處理完成之后是否達(dá)到了用戶的預(yù)期效果。

調(diào)整僅能夠?qū)?shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)的效率進(jìn)行一定程度的更改。要考慮投入多少時(shí)間和費(fèi)用來改善系統(tǒng)性能，以及要投入多少額外的時(shí)間和費(fèi)用來幫助系統(tǒng)的用戶。

實(shí)際的性能調(diào)整需要系統(tǒng)資源間的交易，例如，要提供改進(jìn)的I/O 性能，可以增加緩沖池的大小。但更大的緩沖池也需要更多的內(nèi)存，這就可能影響性能的其他方面。

隨著數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越龐大和硬件性能的不斷提高，全面的調(diào)整應(yīng)用逐漸變成代價(jià)高昂的行為，在這種情況下，要取得最大的投入/效率比，較好的辦法是調(diào)整數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵部分，使其達(dá)到比較高的性能，這樣從總體上來說，整個(gè)系統(tǒng)的性能那也是比較高的。這也就是有名的20/80 原則，調(diào)整應(yīng)用的20%（關(guān)鍵部分），能解決80%的問題。（如圖1 所示）

圖1 數(shù)據(jù)處理過程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

②問題處理過程：

1）首先檢查數(shù)據(jù)庫配置并進(jìn)行性能監(jiān)控：

經(jīng)過查看數(shù)據(jù)庫的配置參數(shù)和數(shù)據(jù)庫的性能監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中的鎖內(nèi)存（LockList）參數(shù)為10240，在監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)該值的使用高水位已經(jīng)達(dá)到最大值，所以首先調(diào)整該參數(shù)，將它調(diào)整為20480：

Db2 update db cfg for locomdb using locklist using locklist 20480

調(diào)整后繼續(xù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)鎖內(nèi)存的使用高水位仍然達(dá)到最大值，所以這個(gè)時(shí)候懷疑是大量應(yīng)用沒有釋放鎖才導(dǎo)致即使分配了更多的鎖內(nèi)存，也仍然無法滿足要求。這種情況下需要考慮從應(yīng)用程序SQL 語句入手。

2）找出引起鎖等待的SQL 的語句：

執(zhí)行db2 get snapshot for dynamic sql on locomdb |sort-5 +1＞top.sql grep -E“total execution time“top.sql＞time.sql sort -5 +1 time.sql, 發(fā)現(xiàn)一條sql 語句的執(zhí)行時(shí)間較高。與應(yīng)用人員交流，發(fā)現(xiàn)這條SQL 語句的執(zhí)行次數(shù)特別多，對該SQL 語句執(zhí)行時(shí)間評估；

Db2batch -d locomdb -f l.sql

發(fā)現(xiàn)這條SQL 語句執(zhí)行時(shí)間大概在3 秒左右（如果資源緊張，執(zhí)行時(shí)間會(huì)更長），這條SQL 語句會(huì)導(dǎo)致JB_RIGHT_RC,ROUTE_PROPERTY 表發(fā)生鎖升級現(xiàn)象。進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致另外的SQL 語句出現(xiàn)等待現(xiàn)象，那么在這條語句出現(xiàn)鎖等待的阻塞后，進(jìn)而會(huì)影響后續(xù)的SQL 語句，這樣，就會(huì)出現(xiàn)大量的鎖不釋放，而連接不釋放又導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫連接耗盡。這是造成數(shù)據(jù)庫問題的根本原因。

③問題總結(jié)：

1）在這條SQL 語句后面加上with ur 參數(shù)，這樣該SQL 語句再度取得時(shí)候就不會(huì)在所應(yīng)用的表上加S 鎖，從而可以把這個(gè)問題解決掉。2）對SQL 語句考慮能否優(yōu)化邏輯；3）利用DB2 相關(guān)工具為這條SQL 語句生成索引建議；4） 檢 查 并 更 新 數(shù) 據(jù) 庫 統(tǒng) 計(jì) 信 息；5） 檢 查DB2_EVALUNCOMMITTED 注冊表變量。這個(gè)設(shè)置使DB2不必事先在CS 或者RS 隔離級別鎖住一行才判斷謂詞，這樣在確定這一行滿足謂詞之前，他不會(huì)被鎖住；6）檢查DB2_SKIPINSERTED 注冊表變量。這個(gè)變量控制未提交的插入在CS 或者RS 隔離級別下是否可以被游標(biāo)忽略。啟用這個(gè)變量會(huì)使未提交的插入被當(dāng)成他們完全沒被插入一樣處理。同樣，這種行為也許可以被接受，也許不能被接受，所以需要了解他的隱含后果。

3 結(jié)束語

在數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)中，造成系統(tǒng)處理速度緩慢，響應(yīng)時(shí)間過長的主要原因是存在大量的I/O 等待，而造成I/O 等待的主要原因有兩個(gè)：一是因?yàn)樽畛醯拇鎯?chǔ)規(guī)劃設(shè)計(jì)沒有正確合理的分布數(shù)據(jù)，二是數(shù)據(jù)庫中某些不夠簡潔的SQL語句并沒有創(chuàng)建合理的索引。通過以上步驟的調(diào)整，基于DB2 數(shù)據(jù)庫的調(diào)機(jī)自動(dòng)化數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)處理速度大大提高，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間大大減少，目前運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)正常，可以滿足當(dāng)前應(yīng)用需求。

在現(xiàn)今信息化高速發(fā)展的社會(huì)，我們必須要及時(shí)而充分地利用有效的管理方式和搜集各類信息的資源，對數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行必要的科學(xué)研究和決策管理。BDZ 型調(diào)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)就是利用管理信息系統(tǒng)采用無限通信的方式將調(diào)車作業(yè)相關(guān)的軌道電路區(qū)段、信號(hào)及道岔的信息通過傳送的方式送到調(diào)車機(jī)車，并且在車載主機(jī)的人機(jī)界面上通過實(shí)時(shí)信號(hào)顯示調(diào)車機(jī)車以及站場連鎖的信息，可以及時(shí)地反映出相關(guān)道岔、進(jìn)路準(zhǔn)備以及調(diào)車車列的當(dāng)前位置信息等情況，從而進(jìn)一步提升安全保障能力。