HIS系統(tǒng)SQL Server數(shù)據(jù)庫死鎖問題的分析與解決

唐顯歲

關(guān)鍵詞：HIS系統(tǒng)；SQL Server數(shù)據(jù)庫；死鎖；數(shù)據(jù)庫運維

0 引言

SQL Server是由微軟公司開發(fā)的一個大型的關(guān)系型數(shù)據(jù)系統(tǒng)，它為用戶提供了一個安全、可靠、易管理和高端的客戶/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫平臺。隨著現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫應(yīng)用業(yè)務(wù)范圍的拓展，用戶對數(shù)據(jù)庫性能的要求，運維人員對數(shù)據(jù)庫管理的要求都在不斷提高，而SQLServer就是這樣一種高性能的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，它以客戶端/服務(wù)端為設(shè)計結(jié)構(gòu)，支持多個不同的開發(fā)平臺，支持企業(yè)級的應(yīng)用程序，支持XML等，能夠滿足多種類型的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用場景[1]。因此，SQL Server數(shù)據(jù)庫被廣泛地應(yīng)用在醫(yī)療、教育、商場等各行各業(yè)中，它為使用者提供了一個全面的數(shù)據(jù)管理和業(yè)務(wù)智能平臺。但是，在實際應(yīng)用場景中，面對繁忙的業(yè)務(wù)、復雜的場景以及海量的數(shù)據(jù)，難免會出現(xiàn)不同的故障需要調(diào)試，數(shù)據(jù)庫死鎖就是其中之一。

SQL Server數(shù)據(jù)庫貫穿HIS系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、實施和運行的全過程，HIS系統(tǒng)具有流程復雜，數(shù)據(jù)量龐大的特點，醫(yī)院業(yè)務(wù)要求其具有相應(yīng)速度快且可靠性高，在實際應(yīng)用中，死鎖會使數(shù)據(jù)服務(wù)的終端無法進行任務(wù)操作，并帶來極大的危害且可能導致整個HIS系統(tǒng)癱瘓[2]。

本文通過作者在日常維護中遇到的數(shù)據(jù)庫死鎖問題進行分析，并將處理方法進行梳理，以方便為數(shù)據(jù)庫運維人員在處理此類問題時提供一些思路及方法。

1 SQL Server 數(shù)據(jù)庫鎖管理機制

1.1 鎖模式

在SQL Server數(shù)據(jù)庫中針對不同的資源，存在不同的加鎖方式，即鎖存在多種模式[3]，具體包括共享鎖、更新鎖、排它鎖、結(jié)構(gòu)鎖、意向鎖、批量修改鎖，詳細用途如表1所示。

1.2 鎖粒度

根據(jù)SQL Server數(shù)據(jù)庫中用戶可以操作的數(shù)據(jù)行、索引以及數(shù)據(jù)表的不同，鎖有多粒度的概念，即可以鎖定資源的層次[4]，資源粒度包括：數(shù)據(jù)庫、表、區(qū)域、頁面、鍵值、行標識符。多粒度鎖用于保證數(shù)據(jù)的完整性和支持并發(fā)操作，收到用戶SQL請求，自動分析并在數(shù)據(jù)庫中加上相應(yīng)的鎖[5]。

1.3 死鎖概述

SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，當多個事務(wù)分別鎖定了某種資源時，又發(fā)出請求試圖鎖定其他事務(wù)已占用的資源，每個事務(wù)都在等待另一個事務(wù)釋放鎖，結(jié)果造成任務(wù)一個事務(wù)都無法繼續(xù)執(zhí)行，從而形成了請求鎖的循環(huán)，產(chǎn)生死鎖，即產(chǎn)生永久阻塞的特殊場景[6]。圖1為兩個事務(wù)產(chǎn)生死鎖的例子。

此時我們有兩個線程，分別是線程A和線程B，假設(shè)線程A現(xiàn)在持有了鎖A，線程B持有了鎖B，然后線程A嘗試去獲取鎖B，當然它獲取不到，因為線程B還沒有釋放鎖B。然后線程B又來嘗試獲取鎖A，同樣線程B也獲取不到鎖A，因為鎖A已經(jīng)被線程A持有了。這樣一來，線程A和線程B就發(fā)生了死鎖，因為它們都相互持有對方想要的資源，卻又不釋放自己手中的資源，形成相互等待，而且會一直等待下去[7]。

2 問題描述與分析

某三甲醫(yī)院于上午九時左右多個臨床科室報應(yīng)用程序故障，HIS系統(tǒng)使用非常卡慢，部分科室甚至出現(xiàn)無法進行任何操作的情況，此時正值臨床業(yè)務(wù)繁忙時段。接臨床科室故障報修后，運維工程師根據(jù)故障信息的描述以及故障影響的范圍，迅速就反饋的問題分析有可能造成此類問題的原因：

2.1 服務(wù)器集群出現(xiàn)故障

服務(wù)器集群即多個服務(wù)器一起工作，可以減少單點故障的數(shù)量[8]。可能會出現(xiàn)主機不能加電，自檢報錯、自檢過程中所顯示的配置與實際不符等多種故障。

2.2 內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障

內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)即醫(yī)院內(nèi)部的專用網(wǎng)絡(luò)，以Web為核心應(yīng)用，構(gòu)成統(tǒng)一便利的信息交互平臺[9]。可能會出現(xiàn)整個局域網(wǎng)都不能上因特網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)適配器與計算機資源沖突和網(wǎng)速過慢等故障。

2.3 客戶端/服務(wù)端資源空間不足

隨著業(yè)務(wù)流量的劇增，客戶端/服務(wù)端可能運行程序過多、應(yīng)用程序沒有及時釋放內(nèi)存、受到網(wǎng)絡(luò)攻擊等問題，導致服務(wù)器資源被大量占用，出現(xiàn)空間不足的情況。

2.4 SQL Server 數(shù)據(jù)庫服務(wù)運行異常

常見的SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)運行異常包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)未啟動或直接報數(shù)據(jù)庫服務(wù)異常，一般原因為數(shù)據(jù)庫程序損壞或是軟件安裝的數(shù)據(jù)庫服務(wù)未啟動[10]。

2.5 SQL Server 數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)死鎖情況

因爭奪資源而造成一種互相等待的情況即死鎖，可能會出現(xiàn)事務(wù)之間對資源訪問順序的交替、并發(fā)修改同一記錄和索引不當導致死鎖的情況。

3 問題處理

在本節(jié)中，我們將之前分析的故障情況具體去操作驗證，以便排查出故障的根本原因并予以處理。

3.1 查看服務(wù)器集群運行狀態(tài)

服務(wù)器集群管理的目的就是提高服務(wù)器性能，同時在出現(xiàn)故障時能及時進行故障轉(zhuǎn)移，提高服務(wù)器的可用性，保障應(yīng)用業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性。登錄服務(wù)器集群管理平臺，查看服務(wù)器運行狀態(tài)是否正常，查看服務(wù)器日志有無異常記錄。

3.2 檢查內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)運行情況

根據(jù)醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，依次檢查網(wǎng)絡(luò)核心層、匯聚層及接入層的交換機運行狀態(tài)是否正常，查看日志記錄是否正常。特別是對于故障報修的臨床科室，檢查此區(qū)域內(nèi)局部網(wǎng)絡(luò)是否暢通，終端設(shè)備是否能夠正常連接。

3.3 檢查客戶端/服務(wù)端資源空間

檢查客戶端終端設(shè)備資源空間使用情況，排查是否出現(xiàn)磁盤空間不足或內(nèi)存被惡意侵占等情況；打開數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，檢查服務(wù)器資源空間使用情況是否正常，如果資源不足，可通過適當擴容來解決問題。

3.4 檢查SQL Server 數(shù)據(jù)庫服務(wù)運行

打開SQL Server配置管理器，檢查SQL Server服務(wù)狀態(tài)是否運行正常。如果運行異常或未運行，可嘗試重啟下服務(wù)，并查看下服務(wù)日志，進一步排查原因，確保SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)運行正常。

3.5 查看SQL Server 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用情況

打開SQL Server數(shù)據(jù)庫管理工具，通過使用sys.dm_tran_locks動態(tài)管理視圖查看活動鎖的信息，也可以使用sp_lock存儲過程來查看，當發(fā)現(xiàn)死鎖后，應(yīng)排查引起死鎖的原因和影響的范圍，可選擇使用KILL命令結(jié)束產(chǎn)生死鎖的進程ID，釋放資源，確保數(shù)據(jù)庫的運行正常。圖2為作者在數(shù)據(jù)庫運維過程中創(chuàng)建的查看數(shù)據(jù)庫死鎖的存儲過程，它能夠非常便捷直觀地顯示死鎖的詳細信息，可供參考。

通過上述問題分析和問題排查，引起此次HIS系統(tǒng)卡慢的情況是由于新上線的一個小模塊中某個視圖產(chǎn)生大量的查詢語句，剛好與醫(yī)院業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)操作繁忙時段相沖突，因此引起數(shù)據(jù)庫死鎖現(xiàn)象，造成應(yīng)用程序卡慢，系統(tǒng)無法操作等故障。最后，通過清理死鎖，釋放資源，同時優(yōu)化視圖，使得數(shù)據(jù)庫運行正常，HIS系統(tǒng)恢復正常。

4 預防和避免死鎖及優(yōu)化效果

4.1 預防和避免死鎖

鎖在數(shù)據(jù)庫中是一個非常重要的概念，它可以防止事務(wù)的并發(fā)問題，在多個事務(wù)訪問下能夠保證數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性。本案例中，造成HIS系統(tǒng)卡慢的根本原因就是數(shù)據(jù)庫死鎖，那么在日常使用中該如何預防和避免死鎖呢？

數(shù)據(jù)庫設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)的運行效率，為了避免死鎖我們遵循以下原則，首先是通過增加數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)劃分兩種途徑非規(guī)范化設(shè)計數(shù)據(jù)庫；其次在頻繁更新的列上、搜索參數(shù)上建立合適的索引；最后對頻繁訪問的表，應(yīng)適當減少頁分裂次數(shù)[11]。

同時可以依據(jù)數(shù)據(jù)庫關(guān)于鎖的機制、鎖模式以及鎖的粒度管理來有效的預防和避免死鎖的產(chǎn)生[12]。通過適時地對數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)、索引建立等進行調(diào)優(yōu)，提高數(shù)據(jù)庫的使用性能；優(yōu)化存儲過程、視圖等SQL語句，避免頻繁地在其內(nèi)進行增刪改查操作，占用過多的資源；較大數(shù)據(jù)量的查詢避開臨床業(yè)務(wù)使用的高峰期，降低資源搶占的現(xiàn)象；合理地對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行資源的調(diào)整，加大數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的容量提升性能等都能夠有效的預防和避免數(shù)據(jù)庫死鎖的產(chǎn)生。

4.2 優(yōu)化效果

經(jīng)過對SQL Server數(shù)據(jù)庫的上述優(yōu)化處理，清理了系統(tǒng)中大量的垃圾，合理地規(guī)劃了數(shù)據(jù)庫，極大地提升了處理速度。經(jīng)過系統(tǒng)真實的醫(yī)療數(shù)據(jù)運轉(zhuǎn)環(huán)境下的業(yè)務(wù)測試，及時地預防了死鎖的發(fā)生；重視數(shù)據(jù)的分布和流動性，數(shù)據(jù)量的增大及數(shù)據(jù)模型的改變均不會影響到系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

5 結(jié)束語

數(shù)據(jù)庫的死鎖問題是數(shù)據(jù)庫日常維護工作中的常見問題，我們應(yīng)當充分認識和了解數(shù)據(jù)庫中關(guān)于鎖的相關(guān)機制，如鎖模式、鎖粒度及死鎖，并盡量做到預防和避免死鎖的產(chǎn)生，這樣既能保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，又能為實際應(yīng)用工作者節(jié)約寶貴的時間，避免了日常軟件運行過程中出現(xiàn)停頓鎖表的現(xiàn)象，同時還能提高運維人員的工作效率，從而為患者提供流暢、高效、便捷的醫(yī)療服務(wù)。