Oracle Exadata一体机与云计算应用（四）

5. Exadata数据库云

　　

　　Exadata 是一个现代化的架构，配有可横向扩展的行业标准数据库服务器、可横向扩展的智能存储服务器以及一个可连接所有服务器和存储的内部极速 InfiniBand 结构。Exadata 所用的独有软件算法在存储、基于 PCI 的闪存和InfiniBand 网络中实现了数据库智能，因此，与其他平台相比，能以更低的成本实现更高的性能和容量。Exadata 可运行所有类型的数据库负载，包括在线事务处理(OLTP)、数据仓库 (DW) 以及各种混合负载。Exadata 数据库云服务器可以简单快速地部署，能为最重要的数据库提供全面的支持和保护，因此是整合数据库云的理想基础平台。

5.1 部署DBaaS私有云或公有云的理想平台

　　Exadata 数据库云服务器可托管众多数据库，支持数据库整合或复杂的数据库即 服务 (DBaaS) 云。所有多数据库环境都需要处理多样化、复杂和不可预测的混合 负载，包括 OLTP、分析和批处理操作，这些操作均采用顺序和随机访问模式。 Exadata 可运行任何类型或任意组合的数据库负载，并且可提供行业领先的可用 性和性能，这使其成为多数据库负载的理想平台。
　　多数据库环境面临一个固有的风险，即一个数据库会占用过多资源，因而会影响 其他数据库的服务质量。Exadata 数据库云服务器将对从应用到数据库的 CPU、 网络和存储提供独一无二的端到端优先级排序。用户可以在物理数据库、可插拔 数据库、连接、应用、用户甚至作业层面指定优先级和资源限制，以确保各个整 合数据库或 SQL 操作均可获得必要的资源和实现目标响应时间。
　　Exadata 实现了独一无二的数据库和 I/O 资源管理。在数据库层面上为操作指定 的细粒度优先级会自动传递至 Exadata Storage Server 并应用于各个 I/O 操作，确 保 CPU 操作和 I/O 操作均以数据库操作优先级排序为基准。
　　Exadata 还实现了独一无二的数据库网络资源管理，确保报告、批处理和备份等 网络密集型负载不会影响对响应时间敏感的交互式负载。RAC 缓存融合通信和 日志文件写入等对延迟敏感的网络操作会自动移至服务器和存储网卡以及 InfiniBand 网关交换机中的消息队列的头部，从而绕至任何对延迟不敏感的消息 之前。延迟关键型消息会跳至非延迟关键型消息（这些消息已经在网络中部分发 送）之前，从而确保在执行大规模网络直接内存访问 (DMA) 操作时仍然可以将 响应时间保持在较低水平。

5.2 超强的系统可扩展性和增长能力

　　Exadata 数据库云服务器采用一种可横向扩展的架构来承载数据库服务器和存储服务器。Exadata 配置会周密地平衡 CPU、I/O 和网络吞吐量，避免瓶颈问题。随着 Oracle Exadata 数据库云服务器的增长，用户可以采用平衡的方式添加数据库 CPU、存储和网络，从而确保可扩展性而不造成瓶颈。
　　横向扩展架构可适应任意规模的负载，允许从小规模配置无缝扩展至极大规模的配置，同时避免出现性能瓶颈和单点故障。
　　高带宽、低延迟、40 Gb/秒的 InfiniBand 网络将Oracle Exadata 数据库云服务器中的所有组件连接在一起。InfiniBand 网络采用专有数据库网络协议，与常规通信协议相比，通信的延迟更低、带宽更高。这有助于缩短 OLTP 操作的响应时间，提高处理 Analytic 负载的吞吐量。还可以使用标准的万兆以太网为 Oracle Exadata 数据库云服务器提供外部连接。
　　Oracle Exadata 数据库云服务器 X4-2 有四种型号，从配备 2 台数据库服务器和 3台 Exadata Storage Server 的八分之一机架系统，到配备 8 台数据库服务器和 14台 Exadata Storage Server 的全机架系统。随着数据库需求的增长，可从一种型号联机扩展为其他型号，确保提供顺畅的升级路径。四种型号均可选配 1.2 TB 的高性能磁盘或 4 TB 的大容量磁盘。

　　除了在机架内部升级以外，还可以使用集成式 InfiniBand 结构连接多个机架，构成更大规模的系统配置。例如，由四个全ORACLE 产品介绍3机架构成的系统在性能上可达到单机架系统的四倍 —I/O 吞吐量、存储容量和处理器数量均为单机架系统的四倍。可以将其配置为单个大规模系统，也可以通过逻辑分区整合多个数据库。这样，使用 Exadata 数据库云服务器可轻松实现横向扩展。Oracle Real Application Clusters (RAC) 可动态增加处理能力，而 AutomaticStorage Management (ASM) 可动态添加存储容量。

　　当需要更大的存储容量时，可以利用 Oracle Exadata 存储扩展机架进行扩展。 Exadata 存储扩展机架可以为任何 Exadata 数据库云服务器增加 Exadata 存储容量 和带宽。Exadata 存储扩展机架专为需要海量数据的数据库部署而设计，所涉及的 数据包括：历史或存档数据、备份、文档、映像、XML、LOB 等。可用的型号包 括全机架、半机架和四分之一机架，通过集成式 InfiniBand 结构连接 Exadata 数据 库云服务器。该扩展机架的配置过程极其简单，不需要配置 LUN 或挂载点。只需 使用几个简单的命令即可联机完成存储配置，并将存储添加到数据库。
 　　Oracle Exadata 数据库云服务器允许将新一代服务器和存储无缝部署到现有 Oracle Exadata 数据库云服务器中。此外，新版软件也与 上一代 Oracle Exadata 数据库云服务器相兼容。所有目前受支持的 Exadata 平台均 可混合到单一配置中，可运行最新的 Exadata 软件。
 

5.3 兼顾企业级安全性与卓越性能

　　Exadata 数据库云服务器是全球最安全的数据库机。在 Oracle 数据库的高安全性 功能的基础之上，Exadata 将解密处理从数据库服务器软件移至 Exadata Storage Server 硬件。Exadata 存储通过硬件解密和压缩提供最高性能的安全数 据库。加密发生于数据压缩之后，因此解密开销也因压缩得到相应的降低。借 助这两项技术，Exadata 可以近乎零开销的方式查询完全加密和压缩的数据库，每秒可处理数百 GB 的用户数据。
　　Exadata 是一个集成设计的整体式系统，而不是一系列组件的简单集合。在传统 的数据库部署中，客户自行负责系统的一切集成工作 — 包括确保各个独立软件 和硬件组件的安全性以及确保整个产品体系的安全性。在 Exadata 数据库云服务 器中，由 Oracle 确保全体系安全性。
　　Exadata 的安全性已得到全球数以千计的行业领先银行、电信公司和政府部门的 测定和评估。为了打造一个高度安全的数据库系统，Oracle 将所有这些安全性评 估结果都整合到了 Exadata 标准配置中。

5.4 显著降低成本

　　由于 Exadata 数据库云服务器可提供极致性能、大存储容量和独有的压缩功能， 因此，对传统硬件系统要求极高的负载也可以在 Exadata 系统上运行。与传统系 统相比，部署于 Exadata 系统上的应用对硬件的需求要低 10 倍。
Exadata 可为大数据集提供巨大的 RAM、闪存和磁盘占用空间。全机架 Exadata 上的原始存储超过 670 TB，并且混合列压缩通常可将存储和内存容量提升 10 倍。通过智能化地在存储和内存层之间移动活跃数据，Exadata 不但提供最高性 能，还将成本降至最低。
　　Exadata 可将支持多种负载的众多数据库整合到单一云平台中，这是一项独一无 二的能力。高端 OLTP、分析、批处理、报告和备份操作都可以同时在一个或多 个数据库中运行，提供极致性能。Exadata 具备的极致性能和容量可将大量数据 库和负载整合到一个 Exadata 平台中。将数据库整合到 Exadata 中可以降低系统 硬件成本、软件成本以及大幅降低持续运营成本。
　　统一的 Exadata 数据库云服务器配置有助于显著节省成本。Exadata 不仅实现技 术标准化，而且还打造标准化的集成、测试、增强、调优和支持。客户可以更快 速地部署 Exadata 系统，而且工作量相比传统系统减少很多。低级别的调优、集 成和维护任务得到减少或完全消除。由于所有 Exadata 用户所采用的配置与数千 个其他用户以及 Oracle 内部团队都是完全一样的，因此遇到同类问题的可能性 会大大降低，并且能够更轻松快捷地解决问题，降低运营成本和停机成本。
 

5.5 任务关键型高可用性

　　Exadata 数据库云服务器经过精心设计，旨在提供最高级别的可用性。该服务器 针对所有故障类型提供全方位防护 — 包括针对磁盘、服务器和网络的简单故障 以及复杂的站点故障和人为错误。每一台 Exadata 数据库云服务器都采用完全冗 余的硬件配置，包括冗余 InfiniBand 网络、冗余配电单元 (PDU)、冗余电源以及 冗余数据库和存储服务器。Oracle RAC 将保护数据库服务器免受故障影响。 ASM 通过数据镜像保护磁盘或存储服务器免受故障影响。Oracle RMAN 可以快 速有效地将数据备份到磁盘或磁带。Oracle 闪回技术支持回退数据库、表或甚至 行级的用户错误。用户可通过Oracle Data Guard 配置第二台 Oracle Exadata 数据 库云服务器，在远程站点透明地维护数据库的实时副本，从而针对主数据库故障 和站点灾难提供全面保护。
　　由于具备行业领先的可用性，各大领先企业均广泛采用 Oracle Exadata 数据库云 服务器来支持其最关键的应用，包括银行间基金转账、在线证劵交易、实时呼叫 追踪以及基于 Web 的零售。任务关键型可用性不会受到 OLTP 负载的限制；此 外，它还适用于数据仓库和分析负载。

5.6 通过分流数据密集型处理提供极致性能

　　如今，数据量呈指数级增长，如果要充分发挥 CPU 的处理能力，传统的存储阵列难以按所需的速率将数据从磁盘和闪存传输至数据库服务器。搭载多颗 CPU 的现代服务器每秒可以处理数万 GB的数据量。这一速率远远超出了采用存储阵列的传统架构通过存储磁头和存储网络实现的水平。
　　Exadata 数据库云服务器的横向扩展架构不仅可提供高性能和高可扩展性，其采用 的独有技术还可以将数据密集型 SQL 操作分流至各个 Oracle Exadata Storage Server。通过将 SQL 处理推送到Exadata Storage Server，从磁盘和闪存中读取数 据时就可以立即在所有存储服务器上并行执行数据筛选和处理。不过，只将与某 查询直接相关的行和列发送至数据库服务器。
例如，如果某查询要查找三月份订单额超过 1000 美元的客户，那么 Exadata 系统 的处理方式如下：将表扫描分流至 Exadata 存储；过滤掉所有金额小于 1000 美元 的订单；过滤掉三月份以外的订单；仅提取相关的客户名称。最终传输至数据库 服务器的数据量将减少数个量级。这将大幅加快查询执行速度、消除瓶颈和显著 降低数据库服务器的 CPU 开销。
　　每台 Exadata Storage Server 具有两颗用于数据库分流的 Intel® Xeon® 处理器。 每台全机架 Exadata 数据库云服务器的存储服务器中都包含 168 个处理器内核用 于数据库服务器分流。Exadata Storage Server 中的 CPU 不是要取代数据库 CPU，而是用于加速数据密集型负载，就像显卡加速图像密集型负载一样。

5.7 通过压缩优化存储使用和 I/O

　　Exadata Storage Server 提供了一种非常先进的压缩功能，称作混合列压缩 (HCC)，可显著减少大型数据库的存储占用。混合列压缩可实现最高水平的数据 压缩，由于 I/O 减少，可大幅降低成本并显著提高性能，这对于分析负载尤为有 效。存储压缩率取决于具体的数据类型，通常在 5 至 20 倍之间。一般情况下， 存储压缩率可达到行业领先水平的 10 倍。对于传统系统而言，较高的数据压缩 会降低性能。由于 Oracle Exadata 数据库云服务器能够将解压开销分流至 Exadata 存储的大量处理器中，因此在多数情况下，使用混合列压缩可加快分析负载运行 速度。混合列压缩集列存储的压缩和分析性能优势于一体，同时避免了执行下钻 操作时纯列存储速度的急剧下降（单行访问）。
　　混合列压缩支持两种模式。查询优化式压缩模式适用于数据仓库之类的读取密集 型负载，可在大幅节省存储的同时增强分析性能。归档压缩模式可提供最高的压 缩率，适用于在线保存但极少访问的数据。
　　在 OLTP 系统中，混合列压缩可用于压缩较旧且不太活跃的数据，而较新、活跃 度较高且经常需要更新的数据则采用高级行压缩技术进行压缩。随着数据的老化 和活跃度降低，即使表上使用了全局索引来确保不同压缩类型之间的无缝分层， Oracle Database 12c 也能够联机更改各个表分区所采用的压缩类型。

5.8 通过 Exadata 智能闪存缓存实现极致性能

　　Exadata 系统采用最新的 PCI 闪存技术，而非闪存磁盘。PCI 闪存将闪存直接置 于高速 PCI 总线上（而非设置在低速磁盘控制器和管理器的后方），可提供超强 的性能。每台 Exadata Storage Server 都包含 4 个 PCI 闪存卡，其闪存的总原始容 量为 3.2 TB。每台全机架 Exadata 数据库云服务器 X4-2 都包含 56 个 PCI 闪存 卡，可提供 44.8 TB 的原始物理闪存容量。
Exadata 闪存可直接用作闪存磁盘，不过一般都是将其配置为磁盘前端的闪存缓 存，因为缓存可为更多的数据提供闪存级性能，而闪存可直接存储的数据有一定 限制。
　　Exadata 智能闪存缓存会自动将较常访问的数据存放于 PCI 闪存中，而将较少访 问的数据存放于磁盘驱动器上。这样，仅利用大容量、低成本的磁盘就可实现闪 存级性能。Exadata 智能闪存缓存可识别数据库负载，知道何时应避免缓存数据 库较少访问或太大不适于缓存的数据。例如，Exadata 可以判断 I/O 何时用于备 份、何时用于表扫描、何时用于存储将很快被删除的临时结果。除了自动缓存以 外，管理员还可以选择提供 SQL 指令来确保将特定的表、索引或分区始终保存 于闪存中。表可以保留在闪存中，不必像传统存储那样必须移至不同的表空间、 文件或 LUN。
　　Exadata 智能闪存缓存可自动将活跃的 IO 密集型数据移入闪存，将活跃度较低、 IO 活动较少的数据保留在磁盘中，从而为较大的数据（通常可达到机器物理闪 存容量的数倍）提供闪存级的 IO速率、吞吐量和响应时间。在实际的数据库负 载处理中，Exadata 智能闪存缓存的命中率通常可以超过 90% 甚至达到 98%，而 闪存容量却不到磁盘容量的十分之一。这种高命中率意味着 Exadata 智能闪存缓 存可提供比物理闪存缓存大 10 倍以上的有效闪存容量。例如，全机架 Exadata 数据库云服务器 X4-2 的有效闪存容量高达 440 TB。
　　除了智能缓存带来的优势以外，Exadata 智能闪存缓存压缩还可以透明地压缩存 入闪存缓存的用户数据，从而动态增加闪存缓存的容量。这样，用户可以在闪存 中存放更多数据，进一步降低在磁盘驱动器上访问数据的需求。这种压缩和解压 操作对于应用和数据库是完全透明的。Exadata 智能闪存缓存压缩通过硬件加速 提供零性能开销的压缩和解压，即使在每秒运行数百万次 I/O 操作或每秒处理数 百 GB 数据时也是如此。
　　闪存缓存压缩带来的收益因用户数据的可压缩性而异。处理未经压缩的表可实现 最高的压缩率。索引的压缩率一般也非常不错。此外，在高级行和基本表压缩的 基础上，Exadata 智能闪存缓存压缩仍然可以大幅扩充闪存缓存空间。尽管 OLTP 应用已经采用高级行压缩，其闪存缓存的总逻辑大小一般也可以再翻一 倍。采用混合列压缩或 LOB 压缩的表经过了高度压缩，因而再进一步压缩的空间非常小。启用闪存缓存压缩之后，全机架 Exadata 数据库云服务器 X4-2 的逻 辑闪存缓存容量可达到 88 TB（未考虑数据库级压缩）。
　　闪存性能通常会受到传统存储架构的约束和限制。而 Exadata 结合使用了横向扩 展存储、InfiniBand 网络、数据库分流和 PCI 闪存，可提供超强的闪存性能。一 台全机架 Exadata 数据库云服务器 X4-2 在运行数据库负载时可实现高达每秒 100 GB 的数据扫描带宽和高达每秒 266 万次的随机 8K 读取 I/O 操作 (IOPS)。这样 的性能比传统数据库架构高数个数量级。值得重点注意的是，这些数据是在单机 架 Exadata 系统中以实际 IO 规模运行 SQL 负载时测定的真实的端到端性能结 果，不是基于低级别 IO 工具进行的组件级测试。
　　此外，Exadata 智能闪存缓存还可以缓存数据库块写入。写入缓存可消除大规模 OLTP 和批处理负载的磁盘瓶颈。一台全机架 Exadata 数据库云服务器 X4-2 的闪 存写入容量每秒超过 196 万的 8K写入 I/O。Exadata 写入缓存具备透明性、持久 性和完全冗余性。Exadata 智能闪存缓存的 I/O 性能相当于数十个由数千磁盘驱 动器组成的企业磁盘阵列。
为了进一步加快 OLTP 负载的处理速度，Exadata 智能闪存缓存还实施了一个专 用于减少日志写入 I/O 延迟的特殊算法，即 Exadata 智能闪存日志。用户事务提 交时间和关键更新执行时间对日志写入延迟非常敏感。智能闪存日志利用 Exadata 存储中的闪存缓存和 Exadata 磁盘控制器中的高速 RAM 内存来大幅减少 日志写入延迟，避免其他闪存解决方案经常遇到的延迟高峰。智能闪存日志算法 是 Exadata 独有的特性。
　　Exadata 只采用闪存制造商设计的企业级闪存，具备极高的耐用性。因为 Exadata 专门针对关键任务负载而设计，所以不会采用在使用多年后会性能下降或发生意 外故障的消费级闪存。对于大多数数据库负载，Exadata X4 中所采用的企业级闪 存芯片的使用寿命可达到 10 年或更长时间。

5.9 全面的系统管理

　　Oracle Enterprise Manager 12c 可全盘管理 Oracle Exadata 数据库云服务器，针 对整个系统提供从监视到管理再到后续维护的全方位生命周期管理。该工具对 所有硬件和软件（如数据库服务器、Exadata 存储和 InfiniBand 交换机）提供统 一视图，用户可以监视在这些组件上运行的事务及其资源利用情况。DBA 可以 从数据库监视屏幕下钻至 Oracle Exadata 数据库云服务器的存储层，快速确定 应用级性能瓶颈的根源。Enterprise Manager 的无人值守监视功能针对 Exadata 数据库云服务器进行了优化，可通过预先定义的量度和阈值在出现问题时及时 通知管理员。此外，该工具可自动检测到硬件事件并记录维护请求，以加快问 题解决速度。管理员可以使用 Oracle Enterprise Manager 中的 Consolidation Planner 确定不同 Oracle Exadata 数据库云服务器配置的最佳整合策略，使用 Cloud Management Pack 管理“数据库即服务”部署。

5.10 最高服务级别

　　Oracle 为 Exadata 产品系列提供了全面的支持服务，包括：24x7 硬件服务、系统 监视、软件安装和配置以及其他标准服务和定制服务。
　　此外还有专为 Oracle 集成系统提供的 Oracle 白金服务。白金服务提供故障监 视、更快的响应速度，并将问题快速上报至开发部门。根据白金服务协议， Oracle 工程师将远程执行故障监视、软件维护和补丁安装。白金服务的支持级别 比集成系统内所有软硬件（包括 Oracle 数据库）以前所享受的服务级别都要 高。对于 Exadata 客户来说，白金服务是一项免费服务。

5.11 IT敏捷性

　　Exadata 为运行数据库提供一个完备系统，包含存储、服务器和内部网络。传统 数据库系统的管理通常涉及众多独立管理团队，如数据库团队、存储团队和系统 管理团队。相比之下，Exadata 系统的管理工作通常仅需一个数据库云服务器管 理团队即可完成。数据库云服务器管理员全面掌控 Exadata 数据库云服务器中的 所有资源，包括存储资源。数据库云服务器管理员可以部署新数据库和实施配置 更改，不再需要多个组件管理团队协同作业 — 这些团队通常都有庞大的工作量 并且优先级各不相同。这样，数据库云服务器管理员可以将工作重点放在与应用 和业务相关的增强任务上，而不是与各组件团队沟通协调，或者调优和修复低级 别的配置问题。

5.12 Exadata 带来的业务收益

　　除了极致性能、高可用性、高安全性和低成本以外，Exadata 还为企业带来了其 他直接收益。
由于大大缩短了系统配置、调优和测试所需的时间，Exadata 将加快新业务应用 的上市速度。部署时间也从数月缩短至数日，并且大幅降低了上线后遇到意外系统级问题的风险。通常，在部署新应用时，不可预测的应用使用模式会产生性能 问题。Exadata 可提供极高的 I/O、网络和计算吞吐量，可轻松应对不可预测的峰值负载，不会减慢任务关键型负载的响应速度。Exadata 从整体上加快了应用部 署速度并降低风险，从而帮助企业加快创新速度。
　　Exadata 具备超强的性能以及庞大的内存和闪存容量，可大幅加快用户响应速 度，从而提高员工效率和客户满意度。用户可以将更多时间用于处理有益的工 作，而不是将时间浪费在等待系统响应上。
　　Exadata 的极致性能不仅可以改善业务效率，还可以帮助业务用户做出更明智的 决策、发现增长机遇和降低成本。用户可以实时分析数据、探索各种可能性以及 通过快速迭代找到更优秀的解决方案。Exadata 可实现以下目标：

l  实时业务数据分析
l   加快财务结算
l  改善规划和预算
l  更有效、更快速的预测

5.13 案例

国内某运营商的EDW系统
系统现状：

目前的EDW系统采用2台Teradata 5550和1台5450构成其数据仓库

面临的问题：

随着电信EDW系统的深入应用，现有系统处理性能满足不了业务需要，统计分析人员任务繁重，难于提供灵活、及时、准确的分析，满足管理层的要求经历了多次扩容，其间不断面临技术及资金的压力容。

Oracle方案：

1. 将计费库的DB服务器和存储迁移到Exadata；
2. 计费账务处理（出账）应用程序仍部署在原来的应用服务器上，无需修改应用程序
3. 利用ExaData的高IOPS、卓越的随机IO的性能，提高出账速度，确保能够在每月1日前完成出账
4. 利用ExaData的IO资源管理和分配能力，动态分配和调整IO资源，保证出账期间的“信控、充值、缴费、综合查询、资料变更”五项关键能力的连续运行能力
5. 利用ExaData的卓越的压缩技术，减少和优化存储消耗，降低总体TCO

实际运行效果：

稳定性：
l  Exadata自今年初安装，运行到现在，无任何设备故障。 
l  Teradata平均1个月坏1个磁盘，有时一个月连续坏了3个磁盘
压缩比（同一份数据）：
l  Exadata：1:6.89  VS  Teradata：1:1.2
性能（同样的SQL批处理）：
l  Exadata: 1小时2分25秒 VS Teradata:3天

其它：

独立性、HA/负载均衡、图形管理、维护简易、向下兼容、速停速起均获得满意结果