CN110096491A - 数据库性能指标预测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据库性能指标预测方法及系统,属于数据库智能运维技术领域,所述数据库性能指标预测方法包括步骤一,数据准备;步骤二,基线预测;步骤三,构建动态阈值;步骤四,实时预警。所述数据库性能指标预测系统包括,数据准备模块,用于数据准备;基线预测模块,用于基线预测;动态阈值模块,用于构建动态阈值;实时预警模块,用于实时预警。本发明通过构建动态阈值对DBTime值进行观测预警,动态阈值每日更新,并结合历史数据和季节因素对数据库性能指标进行预测,提高了数据库性能指标预测的准确度,从而保证数据库长期稳定的运行。
Description
技术领域
本发明涉及数据库智能运维技术领域,特别涉及一种数据库性能指标预测系统。
背景技术
数据库是一个单位或是一个应用领域的通用数据处理系统,它存储的是属于企业和事业部门、团体和个人的有关数据的集合。数据库是IT系统的核心,存储着企业的各种数据,数据库性能的保障尤其重要。随着信息技术的日益发展,数据库内容的日趋丰富和复杂,传统数据库运维工作面临新的挑战,运维响应要求越来越高。而传统的以手工为主,小工具为辅,简单粗犷的数据库性能运维手段存在以下问题:
(1)使用平均值+静态阈值的方法进行预警,运维手段简单,运维准确度不高;
(2)静态阈值采用单一静态告警阈值或者分时段的静态告警阈值,没有结合历史数据计算动态阈值;
(3)没有结合历史数据和季节因素对数据库性能指标进行预测;
(4)欠缺可视化监控手段;
(5)没有对运维经验进行沉淀。
发明内容
为了提高了数据库性能指标预测的准确度,保证数据库稳定、长期的运行,本发明提供了一种数据库性能指标预测方法。
本发明的技术方案为,一种数据库性能指标预测方法,包括:
步骤一:数据准备,每隔时间t0从数据库采集数据库性能指标DBTime,所述DBTime为数据库的请求运行时间总和,根据DBTime的采集日期为DBTime打上日期编号,根据DBTime的采集时间段为DBTime打上季节编号;
步骤二:基线预测,根据采集到的DBTime数据通过时间序列预测的乘法模型构建DBTime基线预测模型,根据构建的DBTime基线预测模型,按天预测第二天各个时间段的DBTime值;
步骤三:构建动态阈值,根据步骤二所述方法获得DBTime预测值,计算DBTime预测值和实际值之差,DBTime预测值和实际值之差称为残差,计算残差的标准差,按天把最新一天的数据也纳入计算并更新标准差,使用2倍或3倍残差标准差的值作为动态阈值;
步骤四:实时预警,根据步骤二得到的第二天的DBTime预测值,以及步骤三计算出的动态阈值,对第二天的DBTime实际值进行实时预警,当实际观察值超过阈值时作出预警。
本发明进一步设置为,所述时间t0为半个小时,所述DBTime的季节编号为1至48,一天内的DBTime的季节编号根据采集时间段依次编号为1至48。
本发明进一步设置为,所述DBTime的日期编号为1-30,其编号算法为:
日期编号1-26,采用历史月份相同日期的数据进行计算;
日期编号27,采用历史月份相同日期的数据进行计算,不含2月27日;
日期编号28,采用历史月份28和29两天数据的平均数进行计算,不含2月28日、2月29日、4月29日、6月29日、9月29日、11月29日;
日期编号29,1、3、5、7、8、10和12月份采用30日的数据进行计算,其中2月份用27日的数据,4、6、9、11月份的用29日的数据;
日期编号30,1、3、5、7、8、10和12月份采用31日的数据进行计算,其中2月份用28日的数据,4、6、9、11月份的用30日的数据。
本发明进一步设置为,当DBTime值采集失败时,本季节编号的DBTime值使用同季节位置上的平均数代替,使用期数为全部或当前位置前30期或当前位置前7期。
本发明还提供一种数据库性能指标预测系统,其技术方案为,包括存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行程序时实现以下步骤:
步骤一:数据准备,每隔时间t0从数据库采集数据库性能指标DBTime,所述DBTime为数据库的请求运行时间总和,根据DBTime的采集日期为DBTime打上日期编号,根据DBTime的采集时间段为DBTime打上季节编号;
步骤二:基线预测,根据采集到的DBTime数据通过时间序列预测的乘法模型构建DBTime基线预测模型,根据构建的DBTime基线预测模型,按天预测第二天各个时间段的DBTime值;
步骤三:构建动态阈值,根据步骤二所述方法获得DBTime预测值,计算DBTime预测值和实际值之差,DBTime预测值和实际值之差称为残差,计算残差的标准差,按天把最新一天的数据也纳入计算并更新标准差,使用2倍或3倍残差标准差的值作为动态阈值;
步骤四:实时预警,根据步骤二得到的第二天的DBTime预测值,以及步骤三计算出的动态阈值,对第二天的DBTime实际值进行实时预警,当实际观察值超过阈值时作出预警。
本发明进一步设置为,所述时间t0为半个小时,所述DBTime的季节编号为1至48,一天内的DBTime的季节编号根据采集时间段依次编号为1至48。
本发明进一步设置为,所述DBTime的日期编号为1-30,其编号算法为:
日期编号1-26,采用历史月份相同日期的数据进行计算;
日期编号27,采用历史月份相同日期的数据进行计算,不含2月27日;
日期编号28,采用历史月份28和29两天数据的平均数进行计算,不含2月28日、2月29日、4月29日、6月29日、9月29日、11月29日;
日期编号29,1、3、5、7、8、10和12月份采用30日的数据进行计算,其中2月份用27日的数据,4、6、9、11月份的用29日的数据;
日期编号30,1、3、5、7、8、10和12月份采用31日的数据进行计算,其中2月份用28日的数据,4、6、9、11月份的用30日的数据。
本发明进一步设置为,当DBTime值采集失败时,本季节编号的DBTime值使用同季节位置上的平均数代替,使用期数为全部或当前位置前30期或当前位置前7期。
本发明进一步设置为,还包括Web可视化监控模块,用于通过Web可视化方式对DBTime实际变化趋势、DBTime预测变化趋势、残差变化趋势进行可视化展现和分析。
本发明进一步设置为,还包括经验数据库,用于存储经验材料,经验材料包括数据库性能准确度评估报告、残差分析报告、数据库优化建议报告中的一种或多种。
综上所述,本发明的有益效果有:
1.通过构建动态阈值对DBTime值进行观测预警,动态阈值每日更新,提高了数据库性能指标预测的准确度,从而保证数据库长期稳定的运行;
2.每隔半小时采集一次DBTime值,并按时段、日期打上季节编号和日期编号,从而实现了结合历史数据和季节因素对数据库性能指标进行预测;
3.将每个月的DBTime数据按照编号算法编号1-30,既保证了每个月数据变化的周期性,又减小了了每个月天数不同而造成的误差,进一步提高了数据预测的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的数据库性能指标预测方法的流程图;
图2是本发明实施例一中DBTime的日期编号算法;
图3是本发明实施例一中的使用效果图,为观测值、预测基线预警下限和预测基线预警上限的曲线拟合图;
图4是本发明实施例一中使用效果图,为残差变化趋势图;
图5是本发明实施例五提供的数据库性能指标预测系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例一:一种数据库性能指标预测方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤一,数据准备:(1)、每隔半小时从数据库采集数据库性能指标DBTime,包括时间、DBTime值两个属性,其中DBTime值反应了数据库的请求运行时间总和,在同等条件下,DBTime越小越好;
(2)根据数据库负荷在月初、月中和月末的差异性,把采集到的DBTime数据按日期分成30个日期集合,根据数据生成日期给采集到的数据打上日期编号,从1到30;
DBTime数据打上日期编号的方法见图2:
u 日期编号1-26,采用历史月份相同日期的数据进行计算;
u 日期编号27,采用历史月份相同日期的数据进行计算,不含2.27;
u 日期编号28,采用历史月份28和29两天的数据进行计算,不含2.28、2.29、4.29、6.29、9.29、11.29;
u 日期编号29,采用历史月份30日的数据进行计算,其中2月份用27日的数据,4、6、9、11月份的用29日的数据;
u 日期编号30,采用历史月份31日的数据进行计算,其中2月份用28日的数据,4、6、9、11月份的用30日的数据。
3)根据数据生成时间所处时间段的不同,每隔半小时采集一次数据,把一天平均分成48个时间段,从而给采集到的数据打上时间段标签,称为季节编号,从1到48;
4)如果采集失败,则本季节编号的DBTime使用同季节位置上的平均数代替,期数使用全部;
步骤二:基线预测:
5)采用时间序列预测模型根据历史DBTime数据构建DBTime基线预测模型,模型包含了长期趋势和季节指数;
基线预测模型--采用时间序列预测的乘法模型:
其中,Tt为长期趋势;St为季节指数;Ct为周期指数,又叫循环变动;It为不规则变动,是独立随机变量序列,服从正态分布。
u 长期趋势和周期指数
通过移动平均法来消除高频数据来获得长期趋势和周期指数:
按天为窗口期计算移动平均数,因为每一天产生48个数据点,因此数据窗口期设为48,计算移动平均数MA(48),算得的移动平均数包括长期趋势和循环变动两部分(T×C),即:
MA=T×C
因为移动平均的期数为48是双数,为了提高准确度,所以需要进行两次平均得到每一期的平均数值,例如:
第25期移动平均数值: 25=)
最初的1-24期没有移动平均数。
u 季节指数
首先,计算每一个DBTime的季节指数:
然后,计算每个季节编号的季节指数:
其中,Yij是DBTime实际值,MAij是长期趋势。
6)采用构建的DBTime基线预测模型,按天预测第二天48个季节编号的基线DBTime值;
步骤三:构建动态阈值:
7)采用步骤二所述方法对历史DBTime数据计算出预测值,然后利用历史数据的实际值与预测值的差(称为残差)计算出初始残差的标准差;
8)初始残差的标准差计算好之后,按天把最新一天的数据也纳入重新计算并更新残差的标准差;
9)根据正态分布的特性,使用3倍残差标准差作为最新的动态阈值,根据正态分布的规律,3倍标准差可涵盖正态分布99.73%的数据;
步骤四:实时预警:
10)根据步骤二预测的第二天48个基线DBTime值,以及步骤三计算的最新阈值,可以对第二天48个实际观察值进行实时预警;
当 或者时,进行告警。
其中:
Y:是当时的实际值;
:是当时的预测值;
:是对应季节编号的残差的标准差;
:上限标准差的系数
:下限标准差的系数
、设置为3。
本系统在电信运营商的落地案例效果见附图3和附图4:
附图3:观测值、预测基线预警下限和预测基线预警上限的曲线拟合,拟合效果很好。
附图4:残差变化趋势,从图中可以看出,残差是随机的,在0附近波动,波动范围很小。
实施例二:一种数据库性能指标预测方法,和实施例一不同的是,步骤(04)如果采集失败,则本季节编号的DBTime使用同季节位置上的平均数代替,期数使用前30天;
实施例二:一种数据库性能指标预测方法,和实施例一不同的是,步骤(04)如果采集失败,则本季节编号的DBTime使用同季节位置上的平均数代替,期数使用当前位置前7天。
实施例三:一种数据库性能指标预测方法,和实施例一不同的是,步骤(04)如果采集失败,则本季节编号的DBTime使用同季节位置上的平均数代替,期数使用当前位置前30天。
实施例四:一种数据库性能指标预测方法,和实施例一不同的是,步骤(9),使用2倍残差标准差作为最新的动态阈值,根据正态分布的规律,2倍标准差可涵盖正态分布97.72%的数据;步骤(10)中,、设置为2。
实施例五,一种数据库性能指标预测系统,参考图5,包括数据准备模块、基线预测模块、动态阈值模块和实时预警模块,数据准备模块与基线预测模块和动态阈值模块连接,基线预测模块和动态阈值模块与实时预警模块连接。其中,
数据准备模块,用于数据准备,每隔时间t0从数据库中采集数据库性能指标DBTime,DBTime为数据库的请求运行时间总和,并根据采集时间段为DBTime打上季节编号,为DBTime打上日期编号;
基线预测模块,用于基线预测,根据历史DBTime数据通过时间序列模型构建DBTime基线预测模型,根据构建的DBTime基线预测模型,按天预测第二天各个季节编号的基线DBTime值;
动态阈值模块,用于构建动态阈值,通过基线预测模块对历史DBTime数据计算出预测值,然后利用历史数据的实际值与预测值的差(称为残差)计算出初始残差的标准差,初始残差的标准差计算好之后,按天把最新一天的数据也纳入计算并更新残差的标准差,根据正态分布的特性,使用2倍或3倍残差标准差的作为最新的动态阈值;
实时预警模块,用于实时预警,通过基线预测模块预测第二天的基线DBTime值,通过动态阈值模块计算的最新阈值,根据实际观察值、预测值和阈值作出监测和预警,当实际观察值超过阈值时作出预警。
时间t0为半个小时,一天24小时,因此DBTime的季节编号为1-48。
DBTime的日期编号为1-30,其编号算法参考图2,为:
日期编号1-26,采用历史月份相同日期的数据进行计算;
日期编号27,采用历史月份相同日期的数据进行计算,不含2月27日;
日期编号28,采用历史月份28和29两天数据的平均数进行计算,不含2月28日、2月29日、4月29日、6月29日、9月29日、11月29日;
日期编号29,采用历史月份30日的数据进行计算,其中2月份用27日的数据,4、6、9、11月份的用29日的数据;
日期编号30,采用历史月份31日的数据进行计算,其中2月份用28日的数据,4、6、9、11月份的用30日的数据。
当DBTime值采集失败时,本季节编号的DBTime值使用同季节位置上的平均数代替,使用期数为全部或当前位置前30期或当前位置前7期。
还包括Web可视化监控模块,用于通过Web可视化方式对DBTime实际变化趋势、DBTime预测变化趋势、残差变化趋势进行可视化展现和分析。
还包括经验数据库,用于存储经验材料,经验材料包括数据库性能准确度评估报告、残差分析报告、数据库优化建议报告中的一种或多种。
本系统在电信运营商的落地案例效果见附图3和附图4:
附图3:观测值、预测基线预警下限和预测基线预警上限的曲线拟合,从图中可以看出预测的拟合效果不错。
附图4:残差变化趋势,从图中可以看出:残差是随机的,在0附近波动,波动范围很小。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种数据库性能指标预测方法,其特征在于,包括:
步骤一:数据准备,每隔时间t0从数据库采集数据库性能指标DBTime,所述DBTime为数据库的请求运行时间总和,根据DBTime的采集日期为DBTime打上日期编号,根据DBTime的采集时间段为DBTime打上季节编号;
步骤二:基线预测,根据采集到的DBTime数据通过时间序列预测的乘法模型构建DBTime基线预测模型,根据构建的DBTime基线预测模型,按天预测第二天各个时间段的DBTime值;
步骤三:构建动态阈值,根据步骤二所述方法获得DBTime预测值,计算DBTime预测值和实际值之差,DBTime预测值和实际值之差称为残差,计算残差的标准差,按天把最新一天的数据也纳入计算并更新标准差,使用2倍或3倍残差的标准差的值作为动态阈值;
步骤四:实时预警,根据步骤二得到的第二天的DBTime预测值,以及步骤三计算出的动态阈值,对第二天的DBTime实际值进行实时预警,当实际观察值超过阈值时作出预警。
2.根据权利要求1所述的数据库性能指标预测方法,其特征在于,所述时间t0为半个小时,所述DBTime的季节编号为1至48,一天内的DBTime的季节编号根据采集时间段依次编号为1至48。
3.根据权利要求1所述的数据库性能指标预测方法,其特征在于,所述DBTime的日期编号为1-30,其编号算法为:
日期编号1-26,采用历史月份相同日期的数据进行计算;
日期编号27,采用历史月份相同日期的数据进行计算,不含2月27日;
日期编号28,采用历史月份28和29两天数据的平均数进行计算,不含2月28日、2月29日、4月29日、6月29日、9月29日、11月29日;
日期编号29,1、3、5、7、8、10和12月份采用30日的数据进行计算,其中2月份用27日的数据,4、6、9、11月份的用29日的数据;
日期编号30,1、3、5、7、8、10和12月份采用31日的数据进行计算,其中2月份用28日的数据,4、6、9、11月份的用30日的数据。
4.根据权利要求1所述的数据库性能指标预测方法,其特征在于,当DBTime值采集失败时,本季节编号的DBTime值使用同季节位置上的平均数代替,平均数的使用期数为全部或当前位置前30期或当前位置前7期。
5.一种数据库性能指标预测系统,包括存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行程序时实现以下步骤:
步骤一:数据准备,每隔时间t0从数据库采集数据库性能指标DBTime,所述DBTime为数据库的请求运行时间总和,根据DBTime的采集日期为DBTime打上日期编号,根据DBTime的采集时间段为DBTime打上季节编号;
步骤二:基线预测,根据采集到的DBTime数据通过时间序列预测的乘法模型构建DBTime基线预测模型,根据构建的DBTime基线预测模型,按天预测第二天各个时间段的DBTime值;
步骤三:构建动态阈值,根据步骤二所述方法获得DBTime预测值,计算DBTime预测值和实际值之差,DBTime预测值和实际值之差称为残差,计算残差的标准差,按天把最新一天的数据也纳入计算并更新标准差,使用2倍或3倍残差标准差的值作为动态阈值;
步骤四:实时预警,根据步骤二得到的第二天的DBTime预测值,以及步骤三计算出的动态阈值,对第二天的DBTime实际值进行实时预警,当实际观察值超过阈值时作出预警。
6.根据权利要求5所述的数据库性能指标预测系统,其特征在于,所述时间t0为半个小时,所述DBTime的季节编号为1至48,一天内的DBTime的季节编号根据采集时间段依次编号为1至48。
7.根据权利要求5所述的数据库性能指标预测系统,其特征在于,所述DBTime的日期编号为1-30,其编号算法为:
日期编号1-26,采用历史月份相同日期的数据进行计算;
日期编号27,采用历史月份相同日期的数据进行计算,不含2月27日;
日期编号28,采用历史月份28和29两天数据的平均数进行计算,不含2月28日、2月29日、4月29日、6月29日、9月29日、11月29日;
日期编号29,1、3、5、7、8、10和12月份采用30日的数据进行计算,其中2月份用27日的数据,4、6、9、11月份的用29日的数据;
日期编号30,1、3、5、7、8、10和12月份采用31日的数据进行计算,其中2月份用28日的数据,4、6、9、11月份的用30日的数据。
8.根据权利要求5所述的数据库性能指标预测系统,其特征在于,当DBTime值采集失败时,本季节编号的DBTime值使用同季节位置上的平均数代替,使用期数为全部或当前位置前30期或当前位置前7期。
9.根据权利要求5所述的数据库性能指标预测系统,其特征在于,还包括Web可视化监控模块,用于通过Web可视化方式对DBTime实际变化趋势、DBTime预测变化趋势、残差变化趋势进行可视化展现和分析。
10.根据权利要求5所述的数据库性能指标预测系统,其特征在于,还包括经验数据库,用于存储经验材料,经验材料包括数据库性能准确度评估报告、残差分析报告、数据库优化建议报告中的一种或多种。
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