Technical Overview of the Oracle Exadata Storage Server ......avanzada, Hybrid Columnar Compression,...

Documento técnico de Oracle Enero de 2012

Resumen técnico de Oracle Exadata Database Machine y Oracle Exadata Storage Server

Documento técnico de Oracle: resumen técnico de Oracle Exadata Database Machine y Oracle Exadata Storage Server

Introducción ....................................................................................... 2

La familia de productos Exadata ........................................................ 4

Exadata Database Machine ........................................................... 4

Exadata Storage Server ................................................................ 9

Exadata Storage Expansion Rack ............................................... 12

Arquitectura de Exadata Database Machine .................................... 16

Software del servidor de bases de datos ..................................... 18

Software Exadata Storage Server ............................................... 23

Procesamiento de análisis inteligente de Exadata ....................... 23

Compresión híbrida en columnas ................................................ 28

Funciones de Exadata Smart Flash Cache .................................. 29

Administración de recursos de I/O con Exadata .......................... 30

Quality of Service (QoS) Management con Exadata .................... 32

Conclusión ...................................................................................... 39


2

Introducción

Oracle Exadata Database Machine es una solución fácil de implementar que sirve de host a Oracle Database y ofrece los más altos niveles de rendimiento en bases de datos del mercado. Exadata Database Machine es una "nube en paquete" compuesta por servidores de bases de datos, servidores Oracle Exadata Storage Server, una estructura de InfiniBand para redes de almacenamiento y todos los demás componentes necesarios para alojar una Oracle Database. Proporciona un excelente rendimiento de procesamiento de I/O y SQL para procesar transacciones en línea (OLTP), reservar información en almacenes de datos (DW) y consolidar cargas de trabajo mixtas. Ofrece un rendimiento excepcional para todos los tipos de aplicaciones de bases de datos, ya que aprovecha una arquitectura de mallas (grid) masivamente paralela por medio de Real Application Clusters y el almacenamiento de Exadata. El almacenamiento de Exadata y Database Machine ofrece un rendimiento analítico y de I/O avanzado, es fácil de utilizar y administrar, y brinda capacidades esenciales de disponibilidad y confiabilidad.

Exadata Storage Server es una parte integral de Exadata Database Machine. Varias funciones exclusivas del producto brindan un rendimiento excepcional. El almacenamiento de Exadata brinda servicios de almacenamiento preparados para bases de datos, como la posibilidad de trasladar la carga del procesamiento de bases de datos del servidor de bases de datos al almacenamiento. Además, es transparente para el procesamiento SQL y las aplicaciones de bases de datos. Es por eso que se devuelven únicamente los datos que solicita la aplicación y no todos los datos de las tablas consultadas. Exadata Smart Flash Cache acelera enormemente el procesamiento de Oracle Database, puesto que aumenta la velocidad de las operaciones de I/O. Flash proporciona un almacenamiento inteligente en caché para los objetos de la base de datos con el fin de evitar las operaciones de I/O físicas y acelera el registro de base de datos. Oracle Database en Database Machine es la primera base de datos habilitada para Flash. El almacenamiento de Exadata brinda una tecnología de compresión avanzada, Hybrid Columnar Compression, que generalmente ofrece niveles de compresión de datos diez veces mayores o incluso superiores. La compresión de Exadata potencia la eficacia de la transferencia de datos, ya que establece un orden según la magnitud. Oracle Exadata Database Machine es el equipo de bases de datos más seguro del mundo. Sobre la base de las capacidades de seguridad superiores de Oracle Database, el almacenamiento de Exadata brinda la posibilidad de consultar bases de datos completamente cifradas prácticamente sin sobrecarga a cientos de gigabytes por segundo. La combinación de estas y muchas otras características del producto conforman los cimientos del rendimiento excepcional que brinda Exadata Database Machine.


3

Exadata Storage Expansion Rack permite el crecimiento de la capacidad de almacenamiento de Exadata y del ancho de banda para equipos Exadata Database Machine X2-2 y X2-8. Está diseñado para implementaciones de base de datos que requieren cantidades muy grandes de datos, más allá de lo incluido en un equipo Exadata Database Machine y en casos donde no se requiere potencia de procesamiento analítica de base de datos adicional. Los servidores Exadata Storage Server estándar y su infraestructura de soporte están incluidos de forma conjunta en Exadata Storage Expansion Rack para permitir una extensión fácil de implementar de la configuración de almacenamiento de Exadata en un equipo Exadata Database Machine. Todos los beneficios y las capacidades del almacenamiento de Exadata están disponibles y se pueden comprobar al utilizar Exadata Storage Expansion Rack.

Exadata Database Machine también ha sido diseñado para funcionar con Oracle Exalogic Elastic Cloud o de forma independiente. Exalogic Elastic Cloud ofrece la mejor plataforma para ejecutar Fusion Middleware y las aplicaciones Fusion de Oracle. La combinación de Exadata y Exalogic constituye una solución completa de ingeniería de hardware y software que brinda un rendimiento alto para todas las aplicaciones empresariales, incluidas las aplicaciones de PeopleSoft, Siebel y E-Business Suite de Oracle.

Oracle SPARC SuperCluster incorpora tecnología de almacenamiento Exadata para mejorar el rendimiento de Oracle Database. SPARC SuperCluster puede usarse para alojar Oracle Fusion Middleware, aplicaciones de Oracle Fusion, aplicaciones de uso general, y también Oracle Database, al tratarse de una plataforma integrada de alto rendimiento basada en servidores SPARC. Es un sistema de ingeniería diseñado para alojar toda la pila de soluciones de software Oracle. Además de los servidores Exadata Storage Server integrados en SPARC SuperCluster, pueden usarse bastidores Exadata Storage Expansion Rack para agregar capacidad y ancho de banda al sistema.


4

La familia de productos Exadata

La base de la familia de productos de Exadata es Oracle Exadata Database Machine (Database Machine). Database Machine es un sistema de base de datos completo y totalmente integrado que incluye todos los componentes para implementar bases de datos empresariales de forma fácil y rápida y, a su vez, brindar el mejor rendimiento. Exadata Storage Server (el almacenamiento Exadata o las celdas Exadata) se usa como el almacenamiento para Oracle Database en Database Machine. Ejecuta el software Exadata Storage Server que proporciona la exclusiva y potente tecnología Exadata e incluye Smart Scan, Smart Flash Cache, Smart Flash Logging, IO Resource Manager, Storage Indexes e Hybrid Columnar Compression. Exadata Storage Expansion Rack es un medio rápido y simple para aumentar el ancho de banda y la capacidad de almacenamiento Exadata de una implementación de Database Machine o SPARC SuperCluster existente.

Exadata Database Machine

Database Machine es un sistema preconfigurado listo para usar desde el primer día, que permite eliminar un gran volumen de trabajo de integración, costos y tiempo del proceso de implementación de bases de datos. Dado que su configuración es ampliamente conocida, el soporte de Oracle conoce minuciosamente la forma de prestar servicio para el sistema, lo que permite vivir una experiencia de soporte superior con el sistema. El beneficio de que una infraestructura común pueda implementar una base de datos en cualquier aplicación, ya sea OLTP, DW, una combinación de ambas, o sirva como plataforma para consolidar varias bases de datos, genera oportunidades inmensas para que el centro de datos funcione con eficacia. Es realmente una "nube en paquete".

Exadata Database Machine X2-8


5

Existen dos versiones de Exadata Database Machine. Exadata Database Machine X22 se extiende desde 2 servidores de bases de datos de doce núcleos con 192 GB de memoria y 3 servidores Exadata Storage Server hasta 8 servidores de bases de datos de doce núcleos con 1.152 GB de memoria y 14 servidores Exadata Storage Server, todo en un solo bastidor. Exadata Database Machine X28 está compuesto por 2 servidores de bases de datos de ochenta núcleos con 4 TB de memoria y 14 servidores Exadata Storage Server, en un solo bastidor. El modelo X22 proporciona un punto de entrada conveniente para la familia de productos Exadata Database Machine con el máximo nivel de expansión en un solo bastidor. El modelo X28 está destinado a grandes implementaciones con mayores requisitos de memoria o para consolidar varias bases de datos en un solo sistema. Ambas versiones funcionan con el software de base de datos Oracle Database 11g versión 2.


Existen tres versiones de Exadata Database Machine X22 disponibles: Full Rack, Half Rack y Quarter Rack, las cuales dependen del tamaño, el rendimiento y los requisitos de I/O de la base de datos que se desea implementar. Es posible realizar la actualización en línea de una versión a otra, lo que garantiza una ruta de actualización conveniente a medida que aumentan los requisitos de procesamiento. Exadata X28 puede expandirse fácilmente a una malla de 8 bastidores con 768 núcleos de CPU y 4 petabytes de almacenamiento neto. Los requisitos comunes para todas las versiones de Database Machine X22 son:

• Servidores de bases de datos Oracle Database 11g estándares en el sector preconfigurados con: dos procesadores Intel® Xeon® X5675 de seis núcleos a una velocidad de 3,06 GHz, 96 GB de memoria, cuatro discos SAS de 300 GB a 10 000 RPM, dos puertos InfiniBand de 40 Gb/segundo, dos puertos Ethernet de 10 Gb/segundo, cuatro puertos Ethernet de 1 Gb/segundo y sistemas de alimentación de electricidad altamente intercambiables y con doble redundancia. De forma opcional, la capacidad de memoria de estas bases de datos puede actualizarse de 96 GB a 144 GB. Oracle Linux 5 actualización 5 y Solaris 11 Express vienen preinstalados en los servidores de bases de datos. El sistema operativo deseado para Database Machine se selecciona en la implementación del sistema.

• Servidores Exadata Storage Server preconfigurados con: dos sockets con procesadores Intel Xeon L5640 de seis núcleos a una velocidad de 2,26 GHz, 24 GB de memoria, 384 GB de Exadata Smart Flash Cache, doce discos SAS conectados a un controlador de almacenamiento con una memoria caché respaldada por baterías de 512 MB, conectividad InfiniBand de doble puerto, Integrated Lights Out Manager (ILOM) incorporado y sistemas de alimentación de electricidad altamente intercambiables y con doble redundancia. Exadata Storage Server está disponible con discos SAS de 600 GB a 15 000 RPM y alto rendimiento o con discos SAS de 3 TB a 7200 RPM y alta capacidad. El software Exadata Storage Server viene preinstalado en la celda Exadata.


6

• Conmutadores y cables InfiniBand Sun Quad Data Rate (QDR) que formen una estructura de InfiniBand de 40 Gb/segundo para la comunicación entre el servidor de bases de datos y Exadata Storage Server, y para la comunicación entre nodos RAC.

• Conmutador Ethernet para la administración remota y la supervisión de Database Machine.

• Hardware de teclado, unidad de visualización o de video y mouse (KVM) para la administración local de Database Machine.

• Todos estos componentes forman parte de un bastidor común de 42 U que incluye las unidades de distribución de energía (PDU) para el sistema.

La relación entre los componentes fue pensada para maximizar el rendimiento, ofrecer un sistema con amplia disponibilidad y brindar el mejor equilibrio entre CPU y alimentación de I/O para todas las aplicaciones de bases de datos. En la siguiente tabla, se muestran los componentes de hardware de cada versión de Exadata Database Machine X22.

Database Machine X22

Full Rack


Half Rack

Database Machine X22 Quarter Rack

Servidores de bases de datos

8 4 2

Servidores Exadata Storage Server

14 7 3

Conmutadores InfiniBand

3 3 2

Componentes de Database Machine X22


Exadata Database Machine X2-8 combina una sobresaliente arquitectura de escalabilidad vertical y horizontal al ofrecer una infraestructura de mallas (grid) que contiene grandes servidores de bases de datos SMP y una malla de almacenamiento Exadata. Hasta ahora, un SMP de gran tamaño necesitaba un equipo completo de bastidores para él solo y era difícil de escalar en forma horizontal. Exadata X28 utiliza dos de los servidores Sun ultracompactos de 80 núcleos basados en Intel para crear una malla de bases de datos de alto rendimiento y amplia disponibilidad. Cada servidor contiene 2 terabytes de memoria, InfiniBand de 40 Gb/segundo para conectividad


7

interna y Ethernet de 10 Gb/segundo para conectarse con el centro de datos. El modelo X28 presenta la misma arquitectura de mallas (grid) de almacenamiento que el modelo X22, con 14 servidores Exadata Storage Server que permiten el traslado de carga inteligente de consultas, una compresión de datos 10 veces mayor, 504 TB de almacenamiento neto y hasta 1,5 millones de I/Os por segundo y 5,3 TB de Flash PCI con alto rendimiento en el almacenamiento de Exadata. Exadata X28 puede expandirse fácilmente a una malla de 8 bastidores con 1.280 núcleos de CPU y 4 petabytes de almacenamiento neto. El nuevo Exadata X28 ofrece un rendimiento excepcional en todas las aplicaciones comerciales y permite consolidar las bases de datos a gran escala.

Exadata Database Machine X28 está disponible en la configuración de bastidor completo, funciona con Oracle Database 11g versión 2 e incluye la siguiente tecnología.

• Dos servidores de base de datos estándar del sector, cada uno preconfigurado con: ocho sockets con procesadores Intel® Xeon® E7-8870 de diez núcleos a una velocidad de 2,40 GHz, 2 TB de memoria, ocho discos SAS de 300 GB a 10 000 RPM, ocho puertos InfiniBand de 40 Gb/segundo, ocho puertos Ethernet de 10 Gb/segundo, ocho puertos Ethernet de 1 Gb/segundo y sistemas de alimentación de electricidad altamente intercambiables y con doble redundancia. Oracle Linux 5 actualización 5 y Solaris 11 Express vienen preinstalados en los servidores de bases de datos. El sistema operativo deseado para Database Machine se selecciona en la implementación del sistema.

• Catorce servidores Exadata Storage Servers preconfigurados con: dos sockets con procesadores Intel Xeon L5640 de seis núcleos a una velocidad de 2,26 GHz, 24 GB de memoria, 384 GB de Exadata Smart Flash Cache, doce discos (SAS de 600 Gb a 15 000 RPM de alto rendimiento o SAS de 3 TB a 7200 RPM de alta capacidad) conectados a un controlador de almacenamiento con una memoria caché respaldada por baterías de 512 MB, conectividad InfiniBand de doble puerto, Integrated Lights Out Manager (ILOM) incorporado y sistemas de alimentación de electricidad altamente intercambiables y con doble redundancia. El software Exadata Storage Server viene preinstalado en la celda Exadata.

• Tres conmutadores y cables InfiniBand Sun Quad Data Rate (QDR) que formen una estructura de InfiniBand de 40 Gb/segundo para la comunicación entre el servidor de bases de datos y Exadata Storage Server, y para la comunicación entre nodos RAC.

• Conmutador Ethernet para la administración remota y la supervisión de Database Machine.

• Todos estos componentes forman parte de un bastidor común de 42 U que incluye las unidades de distribución de energía (PDU) para el sistema.

Nuevamente, la relación entre los componentes fue pensada para maximizar el rendimiento, ofrecer un sistema con amplia disponibilidad y brindar el mejor equilibrio entre CPU y alimentación de I/O para todas las aplicaciones de las bases de datos.


8

Capacidad de actualización de Database Machine

Todos los modelos de Database Machine X22 pueden aumentar su capacidad y potencia mediante una ruta de actualización conveniente, a medida que aumentan los requisitos de procesamiento. El personal de Oracle puede efectuar con facilidad una actualización de campo en línea de Quarter Rack a Half Rack y de Half Rack a Full Rack.

Actualizaciones de Database Machine X22

Si bien Exadata Database Machine es un sistema muy potente, se utiliza un enfoque de bloques de construcción que permite escalar Exadata Database Machine a prácticamente cualquier tamaño. Mediante la estructura de InfiniBand en el sistema, es posible conectar varios sistemas Database Machine X22 para formar una imagen única y más grande del sistema para su configuración. De manera similar, es posible conectar varios bastidores de Exadata Database Machine X28. Esta capacidad se alcanza mediante la conexión de cables de InfiniBand entre los bastidores, ya que toda la infraestructura de InfiniBand (conmutadores y cableado de puertos) está diseñada para brindar esta posibilidad de ampliación. Posibilidad de conectar hasta 8 bastidores de forma simple a través de los cables InfiniBand. Pueden crearse configuraciones más grandes con conmutadores InfiniBand adicionales. Posibilidad de conectar cualquier combinación de bastidores X2-2 Full Rack y Half Rack. Posibilidad de interconectar bastidores Quarter Rack con otros bastidores en dos circunstancias. Pueden interconectarse mutuamente dos bastidores Quarter Rack o puede conectarse un Quarter Rack con cualquier combinación de bastidores Full Rack y Half Rack. La capacidad de ampliación inherente de Exadata Database Machine proporciona el soporte de las bases de datos más grandes que pueda necesitar una aplicación.

Full Rack

Half Rack

Quarter Rack


9

Ocho bastidores de Exadata Database Machine X28 conectados forman un solo sistema

Además, Exalogic Elastic Cloud se conecta a Exadata Database Machine de la misma manera, a través de la misma estructura de InfiniBand. Es posible conectar hasta ocho bastidores completos de sistemas Exalogic y Exadata sin necesidad de conmutadores externos.

Exadata Storage Server

Exadata Storage Server ejecuta el software Exadata Storage Server y proporciona la exclusiva y potente tecnología del software Exadata de Database Machine, entre otros Smart Scan, Smart Flash Cache, Smart Flash Logging, IO Resource Manager, Storage Indexes e Hybrid Columnar Compression.

Los componentes de hardware de Exadata Storage Server (también conocidos como celda Exadata) se seleccionaron con sumo cuidado para que cubrieran las necesidades de procesamiento de bases de datos con alto rendimiento. El software Exadata está optimizado para aprovechar al máximo los componentes de hardware y de Oracle Database. A su vez, todas las celdas Exadata confieren a la base de datos un excelente rendimiento de I/O y de ancho de banda. Los núcleos de CPU en Exadata Storage Server están dedicados a proporcionar funciones como el procesamiento SQL de Smart Scan que se lleva a cabo en el almacenamiento Exadata.

Sobre la base de las capacidades de alta seguridad presentes en Oracle Database, el almacenamiento de Exadata brinda la posibilidad de consultar bases de datos completamente cifradas prácticamente sin sobrecarga a cientos de gigabytes por segundo. Para eso, se traslada el proceso de descifrado desde el software hasta el hardware de Exadata Storage Server. El software de Oracle y los procesadores Intel 5600 que utiliza Exadata Storage Server son compatibles con la norma avanzada de cifrado (AES), que hace que esto sea posible.


10

Exadata Storage Server (celda Exadata)

Exadata Smart Flash Cache

Cada celda Exadata viene con 384 GB de Exadata Smart Flash Cache. Esto significa que hay 5,3 TB de Flash en Database Machine X28 y X22 Full Rack, una capacidad mayor que la de la mayoría de las bases de datos. Este almacenamiento en estado sólido permite obtener enormes ventajas en el rendimiento para el almacenamiento Exadata. Ofrece un tiempo de respuesta diez veces mejor para la lectura en disco común, alcanza cien veces más IOPS para la lectura en disco común y es una alternativa que implica mayor capacidad a menor costo en comparación con la memoria. En general, su capacidad es diez veces mayor, lo que da como resultado un promedio equilibrado entre las operaciones de lectura y escritura.

Uno de los factores facilitadores clave del rendimiento excepcional de Exadata es el hardware de Exadata Smart Flash Cache y el software inteligente Oracle Exadata Storage Server que lo controla. La función Exadata Smart Flash Cache del software Exadata Storage Server almacena de forma inteligente en la memoria caché objetos de bases de datos en la memoria flash, y reemplaza las lentas y mecánicas operaciones de I/O hacia el disco con operaciones muy veloces de memoria flash. Además, el software Exadata Storage Server proporciona la función Exadata Smart Flash Logging para acelerar el registro de I/O en la base de datos. Exadata Smart Flash Cache es una de las tecnologías esenciales de Oracle Exadata Database Machine que permite el procesamiento de hasta 1,5 millones de operaciones randomizadas de I/O por segundo (IOPS), además del análisis de datos dentro del almacenamiento Exadata a una velocidad máxima de 75 GB/segundo.

IOPS, ancho de banda, rendimiento y capacidad de Exadata Storage

Los servidores Oracle Exadata Storage Server vienen con doce discos SAS de 600 GB a 15 000 RPM de alto rendimiento o con doce discos SAS de 3 TB a 7200 RPM de alta capacidad. Los servidores Exadata Storage Server basados en discos SAS de alto rendimiento proporcionan hasta 3,25 TB de capacidad utilizable sin comprimir y ancho de banda para datos netos de hasta 1,8 GB/segundo. Los servidores Exadata Storage Server basados en discos SAS de alta capacidad proporcionan hasta 16 TB de capacidad utilizable sin comprimir y ancho de banda para datos netos de hasta 1,3 GB/segundo. Cuando se almacenan en formato comprimido, la cantidad de datos de usuarios y la de ancho de banda que proporciona cada celda aumenta enormemente.


11

En la siguiente tabla, se muestra la capacidad de almacenamiento de cada modelo de Database Machine.

Database Machine X28 y X22 Full Rack


Half Rack


Exadata Smart Flash Cache 5,3 TB 2,6 TB 1,1 TB Capacidad de disco neta • SAS de alto rendimiento • SAS de alta capacidad

100 TB 504 TB

50 TB 252 TB

21,6 TB 108 TB

Capacidad utilizable • SAS de alto rendimiento • SAS de alta capacidad (sin compresión de datos)

Hasta 45 TB 224 TB

Hasta 22,5 TB 112 TB

Hasta 9,5 TB 48 TB

Capacidad de almacenamiento de Database Machine

Nota: en el cálculo de capacidad de disco neta, 1 TB = 1 billón de bytes. La capacidad con formato real es menor. La capacidad utilizable disponible para las bases de datos se calcula después de la duplicación (redundancia normal de ASM) y con un disco vacío que se ocupa de las fallas en los discos automáticamente.

El rendimiento que alcanza cada celda es extremadamente alto debido a Exadata Smart Flash Cache. El software Exadata puede ejecutar análisis simultáneamente desde Flash y desde el disco para maximizar el ancho de banda. El almacenamiento automático en caché dentro de Flash permite que cada celda Exadata proporcione un ancho de banda de hasta 5,4 GB/segundo y 125 000 IOPS de bases de datos al acceder a los datos sin comprimir. Cuando se almacena información en formato comprimido, la cantidad de datos de usuarios, la cantidad de ancho de banda de datos y de IOPS alcanzables suele aumentar hasta diez veces o más. Esto representa un aumento significativo en comparación con los dispositivos de almacenamiento tradicionales que se usan con Oracle Database.

En la siguiente tabla, se describen las características de rendimiento de cada modelo de Database Machine.


12

Database Machine X28 y X22 Full Rack


Half Rack


Ancho de banda de datos de disco neto • SAS de alto rendimiento • SAS de alta capacidad (sin compresión de datos)

Hasta 25 GB/seg 18 GB/seg

Hasta 12,5 GB/seg 9,0 GB/seg

Hasta 5,4 GB/seg 4,0 GB/seg

Ancho de banda de datos Flash neto • SAS de alto rendimiento • SAS de alta capacidad (sin compresión de datos)


Hasta 37,5 GB/seg 34 GB/seg

Hasta 16 GB/seg

14,5 GB/seg

IOPS 1 Hasta 1 500 000 de memoria caché de Flash de base de datos

Hasta 750 000 Hasta 375 000

IOPS 1

• SAS de alto rendimiento

de disco de base de datos

• SAS de alta capacidad

Hasta 50 000 28 000

Hasta 25 000 14 000

Hasta 10 800 6000

1

Basado en solicitudes de IO de 8 K originadas en SQL

Rendimiento de I/O de Database Machine

Exadata Storage Expansion Rack

Oracle Exadata Storage Expansion Rack está diseñado para convertirse en la manera más simple, rápida y sólida de agregar capacidad de almacenamiento adicional a un equipo Exadata Database Machine o SPARC SuperCluster. Al ser una extensión natural de Exadata Database Machine, Exadata Storage Expansion Rack puede utilizarse para satisfacer los grandes requisitos de datos de las bases de datos esenciales de mayor tamaño.

Exadata Storage Expansion Rack está diseñado para implementaciones de bases de datos que requieren cantidades muy grandes de datos, entre ellas: datos históricos o de archivo, backups y archivos de datos de Exadata Database Machine, documentos, imágenes, archivos y datos XML, LOB y otros datos de gran tamaño sin estructurar. El bastidor de expansión es extremadamente simple de configurar, ya que no existen LUNs ni puntos de montaje que necesiten configuración. El almacenamiento se configura y se agrega a una base de datos a través de unos comandos simples, en una tarea que solo lleva unos minutos.

Oracle Exadata Storage Server es la singular tecnología que impulsa las ventajas de rendimiento que brindan Exadata Database Machine y su software. Al trasladar el procesamiento de base de


13

datos a los servidores Exadata Storage Server, todos los discos pueden funcionar en paralelo, se reduce el consumo de CPU del servidor de bases de datos y se utiliza una cantidad de ancho de banda mucho menor para mover datos entre los servidores de almacenamiento y de bases de datos. Exadata Storage Expansion Rack está compuesto de servidores Exadata Storage Server estándar y conmutadores InfiniBand, para una integración transparente con su equipo Exadata Database Machine. Exadata Storage Expansion Rack es una solución de almacenamiento de escalabilidad horizontal de alto rendimiento, alta capacidad y alto ancho de banda, que ofrece hasta 288 TB de capacidad utilizable sin compresión y duplicada, con una mejora correspondiente en el ancho de banda de I/O para su implementación de Exadata Database Machine.

Existen tres versiones de Exadata Storage Expansion Rack disponibles. Desde la versión de configuración Full Rack con 18 servidores Exadata Storage Server, pasando por el Half Rack con 9 servidores Exadata Storage Server, hasta el sistema Quarter Rack con 4 servidores Exadata Storage Server, existe una configuración que se adapta a cada aplicación. Es posible realizar la actualización en línea de una versión a otra, lo que garantiza una ruta de actualización conveniente a medida que aumentan los requisitos de procesamiento. Las tres versiones del bastidor de expansión se ofrecen con la misma característica de discos SAS de alto rendimiento de 600 GB, o discos SAS de alta capacidad de 3 TB, y Exadata Smart Flash Cache, disponible en Exadata Database Machine.


Full Rack


Half Rack


Quarter Rack

Servidores Exadata Storage Server Incluyen: • Núcleos de CPU para el

procesamiento SQL

18

216

9

108

4

48

Conmutadores InfiniBand 3 3 2

Componentes de Exadata Storage Expansion Rack


14

Además de la actualización desde un bastidor Exadata Storage Expansion Rack pequeño a uno grande, Oracle continúa con su enfoque de unidad estructural para conectar Exadata Storage Expansion Rack a Exadata Database Machine a través de la estructura de InfiniBand integrada, para escalar fácilmente el sistema y adaptarlo a cualquier tamaño. Las opciones de Exadata Storage Expansion Full Rack, Half Rack y Quarter Rack pueden usarse junto a los sistemas Exadata Database Machine Full Rack, Half Rack y Quarter Rack prácticamente en cualquier combinación posible. Pueden conectarse hasta 8 bastidores Exadata Database Machine y bastidores Exadata Storage Expansion Rack a través de cables InfiniBand. Una configuración de 8 bastidores posee una capacidad de disco neta de 5040 TB, y cuenta con 1680 núcleos de CPU dedicados al procesamiento SQL. Pueden crearse configuraciones más grandes con conmutadores InfiniBand adicionales.


Full Rack


Half Rack


Quarter Rack

Exadata Smart Flash Cache 6,75 TB 3,4 TB 1,5 TB Capacidad de disco neta • SAS de alto rendimiento • SAS de alta capacidad

128 TB 648 TB

64 TB 324 TB

28 TB 144 TB

Capacidad utilizable • SAS de alto rendimiento • SAS de alta capacidad (sin compresión de datos)

Hasta 58 TB 288 TB

Hasta 29 TB 144 TB

Hasta 13 TB 64 TB

Capacidad de Exadata Storage Expansion Rack

Puede observarse un ejemplo de las fortalezas de los datos de gran tamaño en Exadata Storage Expansion Rack al utilizarlo como destino para los backups de Exadata Database Machine. Puede crearse un backup de base de datos completo a una velocidad máxima de 27 TB/hora con datos sin comprimir que se escriben al disco duplicado en un Exadata Storage Expansion Rack. Posee la capacidad de copiar cientos de terabytes por hora al realizar backups de bases de datos incrementales, y de copiar petabytes por hora con backups incrementales de datos con la tecnología Hybrid Columnar Compression. Un backup de disco en un Exadata Storage Expansion Rack es utilizable directamente, sin pérdida de rendimiento y sin la necesidad de realizar una restauración. Se trata de una capacidad exclusiva de backup solo disponible al realizar backups a un bastidor Exadata Storage Expansion Rack. Sin dudas, es la manera más simple y rápida de realizar backups y recuperar su equipo Oracle Exadata Database Machine.


15

A medida que se conectan nuevos bastidores Exadata Storage Expansion Rack a un Exadata Database Machine, aumentan la capacidad de almacenamiento y el rendimiento del sistema. Es posible ejecutar el sistema en modo de imagen única del sistema o particionado lógicamente para la consolidación de varias bases de datos. La escalabilidad horizontal es fácil de lograr con Exadata Database Machine y los bastidores Exadata Storage Expansion Rack. Automatic Storage Management (ASM) equilibra de forma dinámica y automática los datos entre servidores Exadata Storage Server, en línea, al distribuir de manera uniforme la carga de I/O en los bastidores y utilizar por completo todo el hardware para integrar fácilmente el bastidor de expansión en la configuración. También puede usarse el I/O Resource Manager a fin de repartir ancho de banda de I/O en diferentes bases de datos y usuarios del sistema para ofrecer los objetivos de nivel de servicio comercial.

Exadata Storage

Expansion Rack Full Rack

Exadata Storage

Expansion Rack Half Rack

Exadata Storage

Expansion Rack Quarter

Rack

Ancho de banda de datos de disco neto • SAS de alto rendimiento • SAS de alta capacidad (sin compresión de datos)


Hasta 16 GB/seg

11,5 GB/seg


Ancho de banda de datos Flash neto • SAS de alto rendimiento • SAS de alta capacidad (sin compresión de datos)




IOPS 1 Hasta 1 900 000 de memoria caché de Flash de base de datos

Hasta 950 000 Hasta 425 000

IOPS 1

• SAS de alto rendimiento

de disco de base de datos

• SAS de alta capacidad

Hasta 64 000 36 000

Hasta 32 000 18 000

Hasta 14 400 8000

1

Basado en solicitudes de IO de 8 K originadas en SQL

Rendimiento de I/O de Database Machine


16

Arquitectura de Exadata Database Machine

La siguiente figura es un esquema simplificado de una implementación típica de Database Machine Half Rack. Se muestran dos bases de datos Oracle Database, una base de datos Real Application Clusters (RAC) implementada en tres servidores de bases de datos y una base de datos de instancia única implementada en el servidor de bases de datos restante en Half Rack. (Por supuesto que los cuatro servidores de bases de datos pueden utilizarse para un solo clúster RAC de cuatro nodos). La base de datos RAC podría ser una base de datos de producción, y la base de datos de instancia única podría usarse con fines de prueba y desarrollo. Ambas bases de datos comparten las siete celdas Exadata del Half Rack, pero los diversos Oracle Home deben estar separados para mantener la independencia del software. Todos los componentes de esta configuración (servidores de bases de datos, celdas Exadata, conmutadores InfiniBand y otro hardware de soporte) se alojan en el bastidor de Database Machine.

Implementación de Database Machine Half Rack

Database Machine utiliza una interconexión InfiniBand de última generación entre los servidores y el almacenamiento. Cada servidor de bases de datos y cada celda Exadata cuenta con conectividad InfiniBand Quad Data Rate (QDR) de doble puerto para proporcionar un alto nivel de disponibilidad. Cada vínculo InfiniBand ofrece 40 gigabytes de ancho de banda, lo que supera ampliamente el que ofrecen las redes de servidores o de almacenamiento tradicionales. Además, el protocolo de interconexión de Oracle utiliza la colocación directa de datos (DMA, acceso directo a la memoria) para garantizar una baja sobrecarga de CPU mediante la transferencia de los datos directamente del cable a los búferes de la base de datos y sin necesidad de realizar copias adicionales de la información. La red InfiniBand cuenta con la flexibilidad de una red LAN y la eficacia de una SAN. Mediante el uso de una red InfiniBand, Oracle evita la generación de cuellos de botella en el rendimiento de la red. La misma red InfiniBand también ofrece una

RAC Database

Single - Instance Database

InfiniBand Network

Exadata Cells


17

interconexión de clústeres de alto rendimiento para los nodos de Oracle Database Real Application Cluster (RAC).

Oracle Exadata está diseñado para escalar a cualquier nivel de rendimiento. Para lograr un rendimiento superior y una mayor capacidad de almacenamiento, se agregan a la configuración celdas Exadata adicionales como una actualización de Half Rack a Full Rack. A medida que se agregan celdas Exadata a la configuración, la capacidad de almacenamiento y de rendimiento de I/O aumenta casi proporcionalmente. En la configuración de Exadata, no se ejecuta ni se necesita ninguna comunicación entre celdas.

La arquitectura de la solución Exadata incluye componentes en el servidor de bases de datos y en la celda Exadata. A continuación, se muestra la arquitectura del software para una configuración de Quarter Rack.

Arquitectura del software Exadata

Cuando se utiliza Exadata, gran parte del procesamiento SQL traslada la carga del servidor de bases de datos a las celdas Exadata. Exadata posibilita el envío de funciones desde la instancia de la base de datos hacia el almacenamiento subyacente, al tiempo que proporciona servicios en bloque tradicionales a la base de datos. Una de las funciones exclusivas del almacenamiento de Exadata que lo diferencian de los sistemas tradicionales es que devuelve solo las filas y las columnas que satisfacen la consulta de la base de datos, en lugar de devolver toda la tabla que se consulta. Exadata lleva el procesamiento SQL lo más cerca posible de los datos (o discos) y hace que todos los discos trabajen en paralelo. De esa manera, reduce el consumo de CPU en el servidor de bases de datos, ocupa mucho menos ancho de banda al mover los datos entre el servidor de bases de datos y el de almacenamiento, y devuelve un conjunto de resultados de las

DB Server DB Instance

DBRM ASM

DB Server DB Instance

DBRM ASM

OEL CELLSRV MS

RS IORM

iDB Protocol over InfiniBand with Path Failover

InfiniBand Network

Cell Control

CLI

Enterprise Manager

OEL CELLSRV MS

RS IORM

OEL CELLSRV MS

RS IORM Exadata Cell

…

Exadata Cell

…

Exadata Cell

…


18

consultas en lugar de tablas enteras. La eliminación de las transferencias de datos y de la carga de trabajo de los servidores de bases de datos puede representar un gran beneficio para las consultas de almacenamiento de datos que tradicionalmente se ven limitadas por el ancho de banda y el rendimiento del CPU. Asimismo, la eliminación de las transferencias de datos puede significar un beneficio importante para los sistemas de procesamiento de transacciones en línea (OLTP) que a menudo incluyen grandes operaciones de procesamiento de informes y por lotes.

Exadata es totalmente transparente para la aplicación que utiliza la base de datos. La misma versión de Oracle Database 11g (versión 2) que se usa con los sistemas tradicionales funciona con Database Machine, solo que con Database Machine es más rápido. Las instrucciones SQL existentes, ya sea para aplicaciones personalizadas, en paquete o ad hoc, no se ven afectadas y no requieren de ninguna modificación cuando se utiliza el almacenamiento de Exadata. El procesamiento de traslado de carga y las ventajas de ancho de banda de la solución se logran sin que sea necesario modificar la aplicación. Exadata admite completamente todas las características de Oracle Database. Exadata funciona a la perfección tanto con una implementación de Oracle Database de instancia única como con una de Real Application Cluster. Las funciones como las de Oracle Database Guard, Oracle Recovery Manager (RMAN), Oracle GoldenGate y otras herramientas de bases de datos se administran de la misma manera, con y sin Exadata. Los usuarios y administradores de bases de datos aprovechan las mismas herramientas y el conocimiento con el que están familiarizados en la actualidad, dado que trabajan de la misma manera que con los sistemas de almacenamiento convencionales que no pertenecen a Exadata.

Como Oracle Database y la funcionalidad son iguales en Database Machine y los sistemas tradicionales, el personal de TI que administra Database Machine debe dominar conocimientos similares sobre este mismo software para administrarlo en Database Machine. Es importante tener experiencia en OEL, RAC, recuperación, backup y administración de Oracle Database para administrar Database Machine.

Software del servidor de bases de datos

Oracle Database 11g versión 2 sufrió mejoras significativas para poder beneficiarse con el almacenamiento de Exadata. El software Exadata está dividido de manera óptima entre los servidores de bases de datos y las celdas Exadata. Los servidores de base de datos y el software Exadata Storage Server se comunican mediante el protocolo iDB, es decir, el protocolo de bases de datos inteligentes. iDB se implementa en el núcleo de la base de datos y asigna de forma transparente operaciones de base de datos a operaciones mejoradas por Exadata. iDB implementa una arquitectura de envío de funciones además del envío tradicional de bloques de datos que brinda la base de datos. iDB se utiliza para enviar operaciones SQL hacia las celdas Exadata con el fin de ejecutarlas y generar los conjuntos de resultados de las consultas en el núcleo de la base de datos. En lugar de devolver bloques de base de datos, las celdas de Exadata solo devuelven las filas y columnas que satisfacen la consulta SQL. Al igual que los protocolos de I/O existentes, el iDB también puede escribir y leer directamente los rangos de bytes desde y hacia un disco de modo que cuando no se pueden realizar procesos de descarga, Exadata


19

funciona como un dispositivo de almacenamiento tradicional para la base de datos de Oracle. Pero cuando es posible, la inteligencia en el núcleo de la base de datos, por ejemplo, permite que los análisis de tablas se transmitan para su ejecución en Exadata Storage Server a fin de que solo se devuelvan los datos pedidos en el servidor de bases de datos.

El protocolo iDB se integra al protocolo Reliable Datagram Sockets (RDSv3), estándar en el sector, y se ejecuta sobre InfiniBand. ZDP (Protocolo de datagrama con cero pérdidas y cero copias), una implementación del RDS sin copias, se utiliza para eliminar la copia innecesaria de bloques. Es posible utilizar varias interfaces de redes en los servidores de bases de datos y en las celdas Exadata. Se trata de un protocolo de baja latencia extremadamente rápido que reduce al mínimo la cantidad de copias de datos requeridas en las operaciones de I/O de los servicios.

Oracle Automatic Storage Management (ASM) se utiliza como sistema de archivos y administrador de volúmenes de Exadata. ASM virtualiza los recursos de almacenamiento y brinda las capacidades avanzadas de sistema de archivos y administración de volúmenes de Exadata. La segmentación pareja de los archivos de bases de datos en los discos y las celdas Exadata disponibles provoca una carga de I/O uniforme en todo el hardware de almacenamiento. La capacidad de ASM de asignar y reasignar recursos no intrusivos es una facultad clave de las capacidades de almacenamiento en malla compartido en entornos Exadata. La duplicación de discos que ofrece ASM, junto con los discos Exadata altamente intercambiables, garantiza que la base de datos pueda tolerar fallas en las unidades de disco individuales. Los datos se duplican en las celdas a fin de garantizar que la falla de una celda en particular no tenga como resultado la pérdida de información ni restrinja el acceso a los datos. Esta arquitectura masivamente paralela proporciona una escalabilidad sin límites y un alto nivel de disponibilidad.

La función Database Resource Manager (DBRM) de Oracle Database 11g se mejoró para que pueda utilizarse con Exadata. DBRM permite que el usuario defina y administre el ancho de banda de I/O dentro de las bases de datos y entre ellas, además del CPU, la anulación, el grado de paralelismo, las sesiones activas y los otros recursos que administra, lo que permite que el almacenamiento pueda compartirse entre las bases de datos sin que una base monopolice el ancho de banda de I/O e influya en el rendimiento de las otras bases que comparten el almacenamiento. A los grupos de consumidores se les asigna un porcentaje del ancho de banda de I/O disponible y la función DBRM se asegura de que esos objetivos se cumplan. Para implementarlo, la base de datos etiqueta las I/O con la base de datos asociada y el grupo de consumidores. De este modo, la base de datos cuenta con una visualización completa de las prioridades de I/O en toda la estructura de I/O. Las asignaciones de I/O del grupo de consumidores dentro de la base de datos se definen y administran en el servidor de bases de datos. Las asignaciones de I/O entre las bases de datos se definen dentro del software en la celda Exadata y se administran mediante I/O Resource Manager (IORM). El software de la celda Exadata permite asegurarse de que los recursos de I/O entre las bases de datos se administren y asignen adecuadamente dentro de las bases de datos y entre ellas. En general, DBRM se asegura


20

de que cada base de datos reciba la cantidad especificada de recursos de I/O y de que se cumplan los acuerdos SLA definidos por el usuario.

Dos de las funciones de Oracle Database que se ofrecen exclusivamente en Exadata Database Machine son Quality of Service (QoS) Management de Oracle Database y Memory Guard de QoS Management. QoS Management permite que los administradores de sistemas administren directamente los niveles de servicio de las aplicaciones alojadas en Oracle Exadata Database Machine. Mediante el uso de una arquitectura basada en políticas, QoS Management establece una correlación entre el rendimiento en tiempo de ejecución preciso y las métricas de los recursos, analiza estos datos con su sistema experto para identificar los cuellos de botella y genera recomendaciones para ajustar los recursos de modo que se cumplan y se mantengan los objetivos en condiciones de carga dinámica. En caso de que no existan suficientes recursos disponibles, QoS da prioridad a los objetivos más importantes para la empresa a expensas de los menos importantes. Junto con la opción Cluster Health Monitor, la función Memory Guard de QoS Management detecta los nodos que están en riesgo de fallar debido a la actividad excesiva de la memoria. Para eso, evita automáticamente las conexiones nuevas para que se preserven las cargas de trabajo existentes y se restaure la conectividad una vez que la memoria disponible vuelva a ser suficiente.

Soporte de Enterprise Manager para Exadata Database Machine

Oracle Enterprise Manager Cloud Control 12c utiliza un enfoque holístico para la administración de Exadata Database Machine y ofrece una administración integral del ciclo de vida para todo el sistema de ingeniería, desde la supervisión hasta la administración y el mantenimiento continuo.

Supervisión del sistema integrado

Oracle Enterprise Manager ofrece supervisión y notificaciones integrales para permitir que los administradores detecten y respondan a los problemas de forma anticipada con Oracle Exadata Data Machine y sus componentes de software y hardware. Los administradores pueden ajustar fácilmente estas opciones de supervisión para adaptarlas a las necesidades de su entorno de centro de datos. Al notificarse sobre estas alertas, los administradores pueden visualizar fácilmente el historial de alertas y las métricas de rendimiento asociadas del componente problemático, por ejemplo, el rendimiento de red de un puerto InfiniBand o la actividad de disco de una celda de almacenamiento Exadata, para identificar el origen del problema. Con conectividad directa en los componentes de hardware de Exadata, Oracle Enterprise Manager puede alertar a los administradores sobre fallas relacionadas con el hardware y registrar automáticamente las solicitudes de servicio mediante la integración con Oracle Automatic Service Requests (ASR) para una revisión inmediata a cargo de Oracle Support.

Los problemas que en sistemas tradicionales hubieran requerido una combinación de administradores de bases de datos, sistemas y almacenamiento para ser detectados, ahora pueden ser diagnosticados en minutos gracias a la supervisión de sistemas integrada para todo el equipo Exadata Database Machine.


21

La administración de muchos

Oracle Enterprise Manager ofrece una vista unificada del hardware y el software de Oracle Exadata, donde puede visualizar el estado y el rendimiento de todos los componentes, por ejemplo, servidores de bases de datos, conmutadores InfiniBand, celdas de almacenamiento Exadata, bases de datos Oracle, ASM, etc.

Supervisión de Exadata mediante Enterprise Manager Cloud Control 12c


22

Las bases de datos Oracle se ejecutan de forma transparente en Oracle Exadata Database Machine sin ningún cambio. Sin embargo, en ciertos momentos un administrador de base de datos (DBA) necesita profundizar en el sistema de almacenamiento de la base de datos para identificar y diagnosticar cuellos de botellas o fallas de hardware. La vista integrada del hardware y el software de Exadata incluida en Enterprise Manager permite que el administrador de la base de datos (DBA) navegue sin inconvenientes desde las páginas de rendimiento de la base de datos hasta el servidor de almacenamiento Exadata asociado para aislar el problema, esté causado por un componente de hardware o por otras bases de datos en ejecución en el mismo subsistema de almacenamiento. La capacidad de supervisión de SQL que analiza el rendimiento de ejecuciones SQL en tiempo real toma en cuenta a Exadata y puede identificar las operaciones de plan del plan de ejecución que se están trasladando la carga en los servidores de almacenamiento Exadata, lo que les brinda a los administradores de bases de datos (DBA) una visibilidad de la eficiencia de la sentencia SQL.

Las capacidades de administración de Exadata en Enterprise se proporcionan en línea con las funciones de estado y rendimiento del componente específico que se administra. Por ejemplo, además de supervisar el rendimiento de la red InfiniBand, los administradores pueden alterar la configuración de puertos si Enterprise Manager detecta una degradación en ellos. En la celda de almacenamiento Exadata, los administradores pueden configurar y activar los planes del administrador de recursos de I/O dentro de Enterprise Manager si observan un consumo excesivo de recursos de I/O por parte de una base de datos particular que afecte el rendimiento de otras bases de datos en el mismo conjunto de celdas de almacenamiento.

Planificación de consolidación

A medida que las empresas intentan consolidar cada vez más sus bases de datos dispares en la infraestructura de Oracle Exadata, los administradores pueden usar Consolidation Planner en Oracle Enterprise Manager para determinar las estrategias de consolidación óptimas para las distintas configuraciones de Exadata. Con las configuraciones de hardware reales y el historial de cargas de trabajo del servidor almacenados en Enterprise Manager, Consolidation Planner analiza las cargas de trabajo de los sistemas de origen y computa la utilización esperada para el plan de consolidación en los sistemas Exadata de destino. Equipado con una biblioteca enriquecida de configuraciones de hardware, Consolidation Planner puede guiar a los administradores para que definan los escenarios de consolidación incluso para servidores Exadata fantasma, en las distintas versiones de X2-2 a X2-8. Ahora las empresas pueden tomar decisiones más inteligentes y optimizadas sobre las configuraciones exactas y apropiadas de Exadata para sus necesidades de consolidación de bases de datos.

En Oracle Exadata Database Machine, la administración se presenta de forma conjunta con el hardware y el software para brindarle no solo alto rendimiento y disponibilidad, sino también facilidad de administración y consolidación.


23

Software Exadata Storage Server

Al igual que otros dispositivos de almacenamiento, Exadata Storage Server es una computadora con CPU, memoria, bus, discos, NIC y los demás componentes que generalmente se encuentran en un servidor. También cuenta con un sistema operativo, que en el caso de Exadata es Oracle Linux 5.5. El software Exadata Storage Server que reside en la celda Exadata se ejecuta en el sistema OEL. Es posible obtener acceso a este sistema en un modo restringido para administrar y manejar la celda Exadata.

CELLSRV (servicios de celdas) es el componente principal del software Exadata, que se ejecuta en la celda y ofrece la mayoría de los servicios de almacenamiento de Exadata. El componente CELLSRV es un software multicadena que se comunica con la instancia de la base de datos en el servidor de bases de datos y presenta los bloques a las bases de datos mediante el protocolo iDB. Brinda capacidades de descarga SQL avanzadas, presenta los bloques de Oracle cuando no puede realizarse un procesamiento de traslado de carga SQL e implementa la función de administración de recursos de I/O de DBRM a fin de medir el ancho de banda para I/O de las diversas bases de datos y los grupos de consumidores que generan I/O.

Otros dos componentes del software de Oracle que se ejecutan en la celda son Management Server (MS) y Restart Server (RS). MS es la interfaz principal para administrar, manejar y consultar el estado de la celda Exadata. Funciona junto con una interfaz de línea de comandos (CLI) de la celda Exadata y un plug-in de EM Exadata, lo que permite ejecutar una configuración y administración independiente de la celda Exadata. Por ejemplo, desde la celda se emiten los comandos CLI para configurar el almacenamiento, consultar las estadísticas de I/O y reiniciar la celda. También se ofrece una interfaz CLI distribuida a fin de que puedan enviarse los comandos a diversas celdas para facilitar la administración. Restart Server (RS) garantiza el funcionamiento continuo del software y los servicios de Exadata. Se utiliza para actualizar el software Exadata. Además, se garantiza que los servicios de almacenamiento se hayan iniciado y se encuentren en ejecución, y también que los servicios se reinicien cuando sea necesario.

Procesamiento de análisis inteligente de Exadata

Con un tipo de almacenamiento tradicional que no reconozca el protocolo iDB, toda la inteligencia de la base de datos reside en el software de la base de datos en el servidor. A continuación, se presenta un ejemplo de análisis de tablas para demostrar la forma en que se lleva a cabo el procesamiento SQL en esta arquitectura.


24

Modelo de procesamiento SQL y de I/O de bases de datos tradicional

El cliente envía una sentencia SELECT con un predicado para filtrar y obtener solo las filas de interés. El núcleo de la base de datos asigna este pedido al archivo y las extensiones que contienen la tabla analizada. El núcleo de la base de datos genera I/O para leer los bloques. Todos los bloques de la tabla consultada se leen y se colocan en la memoria. Luego se realiza el procesamiento SQL de los bloques no procesados en busca de las filas que cumplen con el predicado. Finalmente, las filas se devuelven al cliente.

A menudo, como ocurre con otras consultas extensas, el predicado filtra y elimina la mayoría de las filas leídas. Sin embargo, todos los bloques de la tabla deben leerse, transferirse por toda la red de almacenamiento y copiarse en la memoria. Se leen muchas más filas en la memoria que las necesarias para completar la operación SQL solicitada, lo que genera una gran cantidad de transferencias de datos que consumen ancho de banda e influyen en el tiempo de procesamiento y respuesta de la aplicación.

La integración de la función de bases de datos en la capa de almacenamiento de la pila de bases de datos permite que las consultas y otras operaciones se ejecuten con mayor eficiencia. En el caso de Exadata en el ámbito de los discos, la implementación de la función de bases de datos lo más cerca posible del hardware puede mejorar significativamente la velocidad de las operaciones de las bases de datos y aumentar el procesamiento del sistema.

Gracias al almacenamiento de Exadata, las operaciones de las bases de datos se manejan con más eficiencia. Las consultas que realizan análisis de tablas pueden procesarse dentro del almacenamiento de Exadata solo con el subgrupo de datos solicitados que se devuelve al servidor de bases de datos. El filtrado de filas, columnas y algunos procesamientos conjuntos (entre otras funciones) se realizan con las celdas de almacenamiento de Exadata. Cuando se realizan estas tareas, el servidor de bases de datos solo recibe la información solicitada y necesaria.


25

En la siguiente figura, se ilustra el funcionamiento de un análisis de tablas con el almacenamiento de Exadata.

Procesamiento de traslado de carga de análisis inteligente

El cliente envía una sentencia SELECT con un predicado para filtrar y obtener solo las filas de interés. El núcleo de la base de datos determina que el almacenamiento de Exadata se encuentra disponible y crea un comando iDB que representa el comando SQL emitido y lo envía al almacenamiento de Exadata. El componente CELLSRV del software Exadata analiza los bloques de datos a fin de identificar las filas y columnas que cumplen con el comando SQL emitido. Solo las filas que cumplen con el predicado y las columnas solicitadas se leen en la memoria. El núcleo de la base de datos consolida los resultados desde las celdas Exadata. Finalmente, las filas se devuelven al cliente.

Los análisis inteligentes son transparentes para la aplicación y no es necesario realizar ningún cambio en la aplicación ni en SQL. El plan de ejecución SQL EXPLAIN PLAN muestra cuándo se utiliza la función de análisis inteligente. Los datos recuperados son congruentes y transaccionales, y cumplen rigurosamente con el comportamiento y la función de lectura consistente de Oracle Database. Si una celda desaparece durante un análisis inteligente, las porciones incompletas del análisis inteligente se enrutan de manera transparente a otra celda de modo que se completen. Los análisis inteligentes manejan adecuadamente los mecanismos internos complejos de Oracle Database, entre los cuales se encuentran: datos no ejecutados y filas bloqueadas, filas en cadena, tablas comprimidas, procesamiento de lenguaje nacional, operaciones aritméticas con fechas, búsquedas de expresiones comunes, vistas materializadas y tablas particionadas.


26

El servidor de Exadata y Oracle Database ejecutan en forma conjunta diversas sentencias SQL. El traspaso del procesamiento SQL fuera del servidor de bases de datos libera ciclos de CPU del servidor y elimina una gran cantidad de consumo de ancho de banda, que posteriormente puede utilizarse para mejorar el servicio de otras solicitudes. Las operaciones SQL se ejecutan más rápido y se pueden implementar más operaciones concurrentes gracias a que la disputa por el ancho de banda de I/O es menor. A continuación, analizaremos las diversas operaciones SQL que se benefician con el uso de Exadata.

Filtrado de predicados en tareas de análisis inteligente

Exadata admite el filtrado de predicados para los análisis de tablas. El servidor de bases de datos recibe solo las filas solicitadas y no todas las de una tabla. Por ejemplo, cuando se emite la siguiente sentencia SQL, solo las filas que contienen la fecha de contratación de los empleados después de la fecha especificada se envían de Exadata a la instancia de la base de datos.

SELECT * FROM employee_table WHERE hire_date > ‘1-Jan-2003’;

Esta capacidad de devolver solo las filas relevantes al servidor mejorará significativamente el rendimiento de la base de datos. Esa mejora en el rendimiento también se aplicará a medida que las consultas sean más complicadas, a fin de que las consultas complejas cuenten con las mismas ventajas, incluidas las de las subconsultas.

Filtrado de columnas en tareas de análisis inteligente

Exadata ofrece el filtrado de columnas, también conocido como proyección de columnas, para los análisis de tablas. El servidor de bases de datos recibe solo las columnas solicitadas y no todas las de una tabla. Por ejemplo, cuando se emite la siguiente sentencia SQL, solo las columnas del nombre del empleado y del número del empleado se devuelven de Exadata al núcleo de la base de datos.

SELECT employee_name, employee_number FROM employee_table;

En el caso de tablas con muchas columnas o con columnas que contienen datos LOB (Large Object), el ancho de banda de I/O que se ahorra puede ser enorme. Cuando se utilizan juntos el filtrado de columnas y el de predicados, el rendimiento mejora significativamente y disminuye el consumo del ancho de banda de I/O. Además, el filtrado de columnas también se aplica a los índices, lo cual permite que el rendimiento de las consultas sea aún más rápido.

Procesamiento conjunto de tareas de análisis inteligente

Exadata establece enlaces entre tablas grandes y tablas de búsqueda pequeñas, situación que suele presentarse en los almacenes de datos con esquemas de estrella. Se logra mediante el empleo de filtros Bloom, que funcionan como un método probabilista muy eficiente para determinar si una fila forma parte del grupo de resultados deseados.


27

Procesamiento de análisis inteligente de columnas y espacios de tablas cifrados

El procesamiento de traslado de carga de análisis inteligente de espacios de tablas cifrados (TSE) y columnas cifradas (TDE) es compatible con el almacenamiento de Exadata. Esto permite alcanzar un mayor rendimiento al acceder a los datos más confidenciales de la empresa.

Indexado de almacenamiento

Los índices de almacenamiento son una potente característica que brinda el almacenamiento de Exadata y facilita las operaciones de I/O. El software Exadata Storage Server crea y mantiene un índice de almacenamiento (es decir, metadatos sobre los objetos de la base de datos) en la celda Exadata. El índice de almacenamiento lleva un seguimiento de los valores mínimos y máximos de las columnas que presentan las tablas almacenadas en esa celda. Cuando una consulta especifica la cláusula WHERE, pero antes se realizan I/O, el software Exadata examina el índice de almacenamiento para determinar si existe alguna fila con el valor de columna especificado en la celda mediante la comparación del valor de la columna con los valores máximos y mínimos guardados en el índice de almacenamiento. Si el valor de la columna no se encuentra comprendido entre los límites máximo y mínimo, no se realizan las I/O del análisis. Muchas operaciones SQL se ejecutarán significativamente más rápido, ya que gran cantidad de las operaciones de I/O se reemplazarán de forma automática por algunas búsquedas. A fin de reducir al mínimo la carga operacional, los índices de almacenamiento se crean y se mantienen de forma transparente y automática con el software Exadata Storage Server.

Traslado de carga de puntuación del modelo de extracción de datos

La puntuación del modelo de extracción de datos se descarga en Exadata. Esto convierte a la implementación de almacenes de datos en Database Machine en una plataforma de análisis de datos mejorada y de mayor rendimiento. Todas las funciones de puntuación de la extracción de datos (por ejemplo, la predicción y la probabilidad) se descargan en Exadata para su procesamiento, lo cual no solo acelera el análisis del almacén de datos sino que también reduce el consumo de CPU del servidor de bases de datos y la carga de I/O entre el servidor de bases de datos y el almacenamiento de Exadata.

Más procesamiento de análisis inteligente de Exadata

Exadata también cuenta con otras dos operaciones para bases de datos: backup incremental de bases de datos y creación de espacios de tablas. La velocidad y la eficacia de los backups incrementales de bases de datos mejoraron notablemente gracias a Exadata. El seguimiento de la granularidad de los cambios es aún más detallado cuando se utiliza el almacenamiento de Exadata. Los cambios se rastrean con Exadata en cada bloque particular de Oracle y no en un grupo grande de bloques. Como resultado, se consume menos ancho de banda de I/O para los backups, y los backups se ejecutan con mayor rapidez.

Con Exadata, la operación de creación de archivos también se ejecuta con mayor eficiencia. Por ejemplo, cuando se emite un comando Create Tablespace, en lugar de operar en forma sincrónica


28

con cada bloque del nuevo espacio de tablas que está formateándose en la memoria del servidor e incorporándose al almacenamiento, se envía un comando iDB a Exadata para que cree el espacio de tablas y formatee los bloques. Se reduce el uso de la memoria del host y se descargan las I/O asociadas a la creación y el formateado de los bloques del espacio de tablas. El ancho de banda de I/O que se ahorra con esas operaciones queda disponible para otros trabajos importantes de la empresa.

Análisis de memoria inteligentes de Exadata

Exadata puede ofrecer todos los beneficios de rendimiento de bases de datos en memoria, flash y almacenamiento de alto rendimiento en una sola solución integrada. Gracias a Oracle Database 11.2.0.3, es posible ejecutar consultas paralelas en memoria en los datos de tablas de la memoria caché del búfer, mientras de forma simultánea, se descarga la consulta en el almacenamiento Exadata, si es necesario, para obtener un rendimiento adicional. Aunque el rendimiento de datos de Exadata desde una combinación de disco y flash es más que suficiente para la mayoría de las aplicaciones, las que pueden aprovechar un rendimiento de datos superior pueden ejecutarse a más de 200 GB/segundo gracias a esta función de consultas en memoria. Con Hybrid Columnar Compression, es posible almacenar más datos de tablas en memoria y, en consecuencia, obtener anchos de banda de análisis efectivo más altos. Esta combinación de consultas paralelas en memoria y almacenamiento Exadata inteligente le brinda a Exadata todos los beneficios de una solución en memoria, pero sin perder los beneficios de costo y capacidad de disco y flash.

Compresión híbrida en columnas

Si los datos se comprimen, el almacenamiento que ocupan las grandes bases de datos se reduce notablemente. Exadata proporciona una capacidad de compresión muy avanzada llamada Hybrid Columnar Compression (HCC). Hybrid Columnar Compression permite alcanzar los niveles de compresión más altos y ayuda a las empresas a lograr ahorros enormes en los costos y a mejorar el rendimiento debido a la menor cantidad de I/O. El ahorro promedio en almacenamiento es de diez a quince veces mayor, según la forma en que se use HCC. Con un ahorro promedio diez veces mayor, los administradores de TI pueden reducir drásticamente e incluso eliminar la necesidad de comprar nuevos espacios de almacenamiento por varios años. Por ejemplo: una base de datos de 100 terabytes que alcanza un ahorro diez veces mayor ocuparía solamente 10 terabytes de almacenamiento físico. Con 90 terabytes de almacenamiento, las organizaciones de TI pueden posponer la compra de espacios de almacenamiento por mucho tiempo.


29

HCC es un nuevo método para organizar la información dentro de un bloque de una base de datos. Por tratarse de una compresión "híbrida", esta tecnología combina los métodos de filas y columnas para almacenar datos. Este enfoque híbrido, que aprovecha lo mejor de ambas partes, brinda los beneficios de compresión del almacenamiento en columnas y, a su vez, evita los inconvenientes que ocasiona el formato exclusivo de columnas en el rendimiento. Para almacenar un conjunto de filas comprimidas con el método de compresión híbrida en columnas, se usa una construcción lógica llamada "unidad de compresión". Cuando se cargan los datos, los valores de las columnas se desprenden del conjunto de filas, se ordenan y se agrupan para luego comprimirse. Una vez comprimidos los datos de la columna correspondiente a un conjunto de filas, esos datos se introducen en la unidad de compresión.

Se brinda procesamiento de análisis inteligente de datos de HCC, mientras que el filtrado y la proyección de columnas se realizan en Exadata. Las consultas se ejecutan directamente en los datos comprimidos con el método de compresión híbrida en columnas y no es necesario descomprimir los datos. No existe la necesidad de descomprimir los datos requeridos para satisfacer el predicado de una consulta, sino que únicamente se descomprimen en la memoria las columnas y las filas devueltas al cliente. El proceso de descompresión se lleva a cabo en la celda Exadata para maximizar el rendimiento y no sobrecargar al servidor de bases de datos con tareas de procesamiento. Dada la compresión diez veces mayor típica de las tablas comprimidas con columnas híbridas, se aumenta eficazmente la velocidad de I/O diez veces más que con los datos no comprimidos.

Funciones de Exadata Smart Flash Cache

Oracle ha implementado una memoria caché de flash inteligente directamente en Oracle Exadata Storage Server. Exadata Smart Flash Cache conserva los datos de acceso frecuente en un almacenamiento flash muy rápido, mientras que la mayor parte de los datos se conserva en un almacenamiento de disco muy rentable. Esto se realiza de forma automática, sin ninguna intervención del usuario. Oracle Flash Cache es inteligente, ya que sabe cuándo debe evitar almacenar en la memoria caché datos que nunca volverán a utilizarse o poseen un tamaño demasiado grande. Oracle Database y el almacenamiento Exadata permiten que el usuario brinde directivas en los niveles de la tabla de base de datos, el índice y el segmento para garantizar que se conserven datos específicos en la memoria flash. Las tablas pueden almacenarse y eliminarse de la memoria flash con un simple comando, sin la necesidad de mover la tabla a diferentes espacios de tablas, archivos o LUNs, como debía hacerse con el almacenamiento tradicional en discos flash.


30

Exadata Smart Flash Cache también se utiliza para reducir la latencia de I/O de escritura de registros, ya que elimina los cuellos de botella de rendimiento que pueden producirse debido al registro de bases de datos. El tiempo para confirmar las transacciones de usuarios es muy sensible a la latencia de las escrituras de registro. Muchos algoritmos de bases de datos críticos para el rendimiento, como la administración de espacio y las divisiones de índices, también son muy sensibles a la latencia de escrituras de registro. Actualmente, el almacenamiento Exadata acelera las escrituras de registro con la memoria caché DRAM con respaldo de baterías en el controlador de disco. Por lo general, las escrituras en la memoria caché del controlador de disco son muy rápidas, pero pueden volverse más lentas durante períodos de alto IO en el disco. Smart Flash Logging aprovecha la memoria flash en el almacenamiento Exadata para acelerar las escrituras de registro.

La memoria flash posee una latencia de escritura muy buena, pero ocasionalmente puede volverse una o dos órdenes de magnitud más lenta que la velocidad promedio. La idea de Exadata Smart Logging es realizar reescrituras de forma simultánea tanto en la memoria flash como en el caché del controlador de disco, y completar la escritura cuando se complete uno de los dos. Esto le permite a Exadata aprovechar literalmente al máximo ambas opciones. Smart Flash Logging mejora el tiempo de respuesta de las transacciones del usuario y además aumenta el rendimiento general de la base de datos para cargas de trabajo de IO intensiva, al acelerar los algoritmos críticos de la base de datos.

Smart Flash Logging maneja todos los escenarios de fallos y recuperación del sistema sin requerir ninguna intervención adicional o especial del administrador, más allá de lo que se necesita normalmente para la recuperación de bases de datos a partir de registros de reconstrucción. Desde la perspectiva de un administrador de base de datos (DBA), el sistema se comporta de manera completamente transparente, y el DBA no debe preocuparse por el hecho de que la memoria flash se use como almacenamiento temporario para la reconstrucción. La única diferencia en el comportamiento serán las latencias bajas uniformes para las escrituras de los registros de reconstrucción.

La funcionalidad de Exadata Smart Flash Cache se analiza con más profundidad en el documento técnico “Funciones de Exadata Smart Flash Cache y Oracle Exadata Database Machine”.

Administración de recursos de I/O con Exadata

En el caso del almacenamiento tradicional, la creación de una malla de almacenamiento compartida se ve obstaculizada porque no existe la posibilidad de priorizar el trabajo de las distintas tareas y usuarios que consumen ancho de banda de I/O desde el subsistema de almacenamiento. Lo mismo ocurre cuando muchas bases de datos comparten el subsistema de almacenamiento. DBRM y las capacidades de administración de recursos de I/O que brinda el almacenamiento de Exadata evitan que una clase de trabajo o una base de datos monopolice los recursos del disco y el ancho de banda, y garantizan el cumplimiento de los acuerdos SLA definidos por el usuario cuando se utiliza el almacenamiento Exadata. DBRM permite coordinar


31

y priorizar el ancho de banda de I/O que se consume entre las bases de datos, y también entre los distintos usuarios y clases de trabajo. Gracias a que la base de datos y el entorno de almacenamiento se encuentran perfectamente integrados, Exadata conoce los tipos de trabajos que se realizan y la cantidad de ancho de banda de I/O que se consume. De ese modo, los usuarios pueden hacer que Exadata identifique diferentes tipos de cargas de trabajo, les asigne prioridades y se asegure de que las cargas de trabajo fundamentales tengan prioridad.

En el caso de un almacén de datos o de entornos de cargas de trabajo mixtas, es conveniente lograr que se asigne la cantidad apropiada de recursos de I/O relativa a los distintos usuarios y tareas. Por ejemplo, puede asignar un 70% de los recursos de I/O a usuarios interactivos en el sistema y un 30% de los recursos de I/O a trabajos de informes por lotes. Este método se puede aplicar mediante DBRM y las capacidades de administración de recursos de I/O que brinda el almacenamiento de Exadata.

Un administrador de Exadata puede crear un plan de recursos que especifique la forma en que deben priorizarse las solicitudes de I/O. Eso se logra al colocar los distintos tipos de trabajo en agrupaciones de servicio denominadas "grupos de consumidores". Los grupos de consumidores pueden definirse por medio de distintos atributos, incluido el nombre de usuario, el nombre del programa del cliente, la función o el tiempo de ejecución de la consulta. Una vez definidos los grupos de consumidores, el usuario puede fijar una jerarquía que determine el grupo de consumidores que tendrá prioridad para los recursos de I/O y la proporción del recurso de I/O que se le dará a cada uno. La jerarquía que determina la prioridad de uso de los recursos de I/O se puede aplicar de forma simultánea tanto a operaciones realizadas dentro de la base de datos como a operaciones realizadas entre diversas bases de datos.

Cuando se comparte el almacenamiento de Exadata entre diversas bases de datos, también se pueden priorizar los recursos de I/O asignados a cada base de datos. De esa manera, se evita que una base de datos monopolice los recursos del disco y el ancho de banda para así asegurarse de que se cumplan los acuerdos SLA definidos por el usuario. Por ejemplo, puede tener dos bases de datos que compartan el almacenamiento Exadata. Los objetivos comerciales determinan que cada una de esas bases de datos posee una importancia y un valor relativo para la empresa. Se decide asignar el 33% del total de recursos de I/O disponibles a la base de datos A y el 67% del total de los recursos a la base de datos B. Se definen diversos grupos de consumidores con el objetivo de garantizar que los distintos usuarios y tareas reciban la cantidad relativa de recursos de I/O que corresponda.


32

• Para la base de datos A, se definen dos grupos de consumidores.

• El 60% de los recursos de I/O se reservan para actividades de marketing interactivas.

• El 40% de los recursos de I/O se reservan para actividades de marketing por lotes.

• Para la base de datos B, se definen tres grupos de consumidores.

• El 60% de los recursos de I/O se reservan para actividades de ventas interactivas.

• El 30% de los recursos de I/O se reservan para actividades de ventas por lotes.

• El 10% de los recursos de I/O se reservan para actividades de ventas de grandes cuentas.

Las distintas asignaciones realizadas a los grupos de consumidores son relativas al total de recursos de I/O destinado para cada base de datos.

La consolidación de varias bases de datos en un solo Exadata Database Machine es una solución que permite a los clientes ahorrar en costos. Con el software Exadata Storage Server 11.2.2.3 y sus versiones superiores, es posible usar Exadata I/O Resource Manager (IORM) para habilitar o deshabilitar el uso de Flash con las distintas bases de datos que funcionan en Database Machine. Esto permite que los clientes reserven Flash para las bases de datos que son fundamentales para el rendimiento.

Básicamente, Exadata I/O Resource Manager resuelve uno de los desafíos que la tecnología de almacenamiento tradicional deja de lado: la creación de un entorno de almacenamiento en malla compartido que tenga la capacidad de equilibrar y priorizar el trabajo de los diferentes usuarios y las bases de datos que comparten el subsistema de almacenamiento. La administración de recursos de I/O de Exadata garantiza que se cumplan los acuerdos de nivel de servicio definidos por el usuario para las distintas bases de datos que comparten el almacenamiento de Exadata. De ese modo, se logra que cada base de datos o usuario reciba la porción correcta de ancho de banda del disco para cumplir con los objetivos comerciales.

Quality of Service (QoS) Management con Exadata

Oracle Exadata QoS Management es un producto automático basado en políticas que supervisa las solicitudes de carga de trabajo para un sistema completo. Se ocupa de administrar los recursos que comparten las aplicaciones y ajustar la configuración del sistema para que las aplicaciones funcionen en el nivel de rendimiento que la empresa necesita. Responde satisfactoriamente a los cambios en la configuración del sistema, de modo que evita otras fluctuaciones en los niveles de rendimiento de las aplicaciones.


33

Oracle Exadata QoS Management monitorea el rendimiento de las solicitudes de trabajo en un sistema de destino. El seguimiento de una solicitud de trabajo comienza en el momento en que esta solicita una conexión a la base de datos mediante un servicio de base de datos. El tiempo necesario para completar una solicitud de trabajo, o el tiempo de respuesta (también conocido como tiempo de respuesta end-to-end o tiempo de recorrido de ida y vuelta), es el período que va desde el inicio de la solicitud de datos hasta que dicha solicitud se completa. Al medir con precisión los dos componentes del tiempo de respuesta (el tiempo durante el cual se usan los recursos y el tiempo durante el cual se espera hasta que se puedan usar), QoS Management puede detectar cuellos de botella en el sistema rápidamente. Luego, recomienda soluciones para reasignar recursos y así liberar los cuellos de botella, con lo cual preserva o restaura los niveles de servicio. Los administradores del sistema reciben alertas sobre la necesidad de esta reasignación, la cual se implementa con solo hacer clic en el cuadro de mando de QoS Management. También se presenta información detallada sobre la proyección del impacto de esta acción en el rendimiento de todo el clúster. Por último, se conserva un registro de auditoría con todos los cambios de políticas y medidas, junto con gráficos históricos de rendimiento del sistema.

Oracle Exadata QoS Management administra los recursos del sistema para que:

• cuando existan recursos suficientes para satisfacer la demanda, se cumplan los requisitos de rendimiento de las aplicaciones en el nivel de la empresa, aunque se cambie la carga de trabajo;

• cuando los recursos no sean suficientes para satisfacer la demanda, Oracle Exadata QoS Management intente cumplir los requisitos de rendimiento más importantes para la empresa a expensas de otros requisitos de rendimiento menos importantes;

• cuando las condiciones de la carga sean excesivas para la capacidad, los recursos sigan disponibles.

Ventajas de usar Oracle Exadata QoS Management

En una empresa típica, cuando los tiempos de respuesta de las aplicaciones no están dentro de los niveles aceptables, la resolución de problemas puede ser muy lenta. Con frecuencia, las primeras preguntas que se hacen los administradores son: "¿Hemos configurado correctamente el sistema? ¿Es posible cambiar algún parámetro para corregir el problema? ¿Necesitamos más hardware?" Lamentablemente, es muy difícil responder estas preguntas con precisión; el resultado suele implicar largas horas de experimentación frustrante e improductiva.

Oracle Exadata QoS Management proporciona los siguientes beneficios:

• Reduce los requisitos de tiempo y experiencia para los administradores del sistema que administran los recursos Oracle Real Application Clusters (Oracle RAC).

• Ayuda a reducir las interrupciones en el rendimiento.


34

• Reduce el tiempo necesario para resolver problemas que limitan o empobrecen el rendimiento de las aplicaciones.

• Proporciona estabilidad al sistema cuando cambian las cargas de trabajo.

• Muestra claramente a las aplicaciones cuando se agregan o se quitan servidores.

• Reduce el impacto que producen las fallas de los servidores en el sistema.

• Ayuda a garantizar que se cumplan los acuerdos de nivel de servicio (SLA).

• Permite compartir recursos de hardware con mayor eficacia.

• Protege las cargas de trabajo existentes contra fallas en el servidor causadas por una sobrecarga en la memoria.

• Virtualización del almacenamiento de Exadata

• Exadata ofrece un abanico de sofisticadas y potentes capacidades de virtualización de administración del almacenamiento que aprovechan las fortalezas de Oracle Database y del software y el hardware de Exadata.

Software de almacenamiento de Exadata

Como se explicó anteriormente, la celda Exadata es un servidor que ejecuta Oracle Linux (OL), así como el software Oracle Exadata Storage Server. Cuando se activa por primera vez, la celda se inicia en modo de almacenamiento de Exadata, como cualquier otra computadora. Las dos primeras unidades de disco cuentan con un pequeño sector de número de unidad lógica (LUN), denominado área de sistema, con un tamaño aproximado de 31 GB reservado para el sistema operativo OL, el software Exadata y los metadatos de configuración. El área de sistema contiene los datos del repositorio de diagnóstico automático de Oracle Database 11g y otros metadatos sobre la celda Exadata. No es necesario que el administrador gestione el sector LUN del área de sistema, ya que se crea automáticamente. Sus contenidos se reflejan en todos los discos físicos de forma automática para brindar protección contra fallas en la unidad y permitir el intercambio de discos sin interrupciones. El espacio restante de las unidades de disco queda disponible para datos de los usuarios.

Virtualización del almacenamiento de usuarios de Exadata

Automatic Storage Management (ASM) se utiliza para administrar el almacenamiento en la celda Exadata. Los servicios de segmentación, protección de datos y administración de volúmenes de ASM la convierten en una opción óptima para la administración de volúmenes. ASM brinda protección de datos contra fallas en la unidad y la celda, rendimiento insuperable, además de opciones de configuración y reconfiguración ampliamente flexibles.


35

Un disco de celda es la representación virtual del disco físico sin el sector LUN del área de sistema (en caso de que exista) y es uno de los objetos de disco clave que maneja el administrador dentro de una celda Exadata. El disco de celda está representado por un solo LUN que se crea y administra de forma automática mediante el software Exadata una vez detectado el disco físico.

Además, los discos de celda se pueden virtualizar en uno o más discos de malla. Los discos de malla constituyen la entidad de disco asignada a ASM, como discos ASM, para administrar los datos de los usuarios en representación de la base de datos. El caso más simple se produce cuando un solo disco de malla ocupa todo el disco de celda. Sin embargo, también es posible dividir un disco de celda en varios sectores de disco de malla. La colocación de varios discos de malla en un disco de celda permite que el administrador divida el almacenamiento en grupos con diferentes requisitos de disponibilidad o rendimiento. Los sectores del disco de malla se pueden utilizar para asignar las regiones "calientes", "tibias" y "frías" de un disco de celda o para separar las bases de datos que comparten los discos de Exadata. Por ejemplo, un disco de celda podría dividirse de forma tal que el primer disco de malla se encuentre en la parte del disco físico de mayor rendimiento y esté configurado para triplicarse, mientras que el segundo disco de malla se encuentre en la parte del disco de menor rendimiento y se utilice para datos de backup o archivo sin duplicación. Por medio de la función de disco de malla, podría implementarse una estrategia de administración del ciclo de vida de la información (ILM).

Virtualización del disco de malla

El siguiente ejemplo muestra la relación entre los discos de celda y los discos de malla en una malla de almacenamiento de Exadata más integral.

Una vez configurados los discos de celda y los discos de malla, los grupos de discos ASM se definen en toda la configuración de Exadata. Los grupos de discos ASM que se definen son dos: uno, en los discos de malla "calientes" y otro, en los discos de malla "fríos". Los discos de malla "calientes" se colocan en un grupo de discos ASM y los discos de malla "fríos" se colocan en un grupo de discos diferente. Cuando los datos se cargan a la base de datos, ASM distribuye homogéneamente los datos y los recursos de I/O en los grupos de discos. En esos grupos de discos, es posible activar la duplicación ASM como protección contra fallas en los discos, ya sea para ambos, uno o ninguno de los grupos de discos. La duplicación se puede activar o desactivar de forma independiente para cada uno de los grupos de discos.

Physical

Disk Cell Disk

Grid Disk

Grid Disk Grid Disk Grid Disk

Physical Disk

Physical Disk

Physical Disk

Cell Disk Cell Disk

Grid Disk Grid Disk




36

Ejemplo de duplicación y grupos de discos ASM

Por último, se definen grupos de falla ASM como protección contra fallas en toda una celda Exadata. Los grupos de falla garantizan que las extensiones de las duplicaciones ASM se ubiquen en distintas celdas Exadata.

Ejemplo de duplicación y grupos de falla ASM

Con Exadata y ASM:

• Se automatiza la configuración de los discos de celda (creación de LUN) mediante el software Exadata.

• Opcionalmente, varios discos de malla pueden coexistir en los discos físicos para adaptar el rendimiento según las necesidades de la aplicación de bases de datos o crear una estrategia ILM con Exadata.

• ASM automáticamente configura en bandas los datos de la base de datos en todos los discos y las celdas Exadata para garantizar una carga de I/O equilibrada y un rendimiento óptimo.

• La capacidad dinámica de ASM de agregar y eliminar posibilita la asignación, desasignación y reasignación de celdas y discos de forma no intrusiva.

• La duplicación ASM y la capacidad de intercambio sin interrupciones de la celda Exadata brindan una protección de datos transparente y la posibilidad de obtener acceso a pesar de las posibles fallas en el disco.

Exadata Cell Exadata Cell

Hot Hot Hot Hot Hot Hot Cold Cold Cold Cold Cold Cold

ASM Disk Group

ASM Failure Group

ASM Failure Group


Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold

ASM Disk Group

ASM Failure Group

ASM Failure Group


Hot Hot Hot Hot Hot Hot Cold Cold Cold Cold Cold Cold

Hot ASM Disk Group Cold ASM

Disk Group Exadata Cell Exadata Cell

Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Hot Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold Cold

Hot ASM Disk Group Hot ASM

Disk Group Hot ASM

Disk Group Cold ASM Disk Group Cold ASM Disk Group Cold ASM Disk Group


37

• ASM permite la duplicación o triplicación de los datos con el fin de adaptar la protección de acuerdo con la importancia de la información.

• Los grupos de falla ASM se crean con Exadata automáticamente para brindar una protección de datos transparente y la posibilidad de obtener acceso a pesar de las posibles fallas en la celda.

Migración al almacenamiento de Exadata

Existen varias técnicas para realizar una migración de datos a Database Machine. La migración se puede realizar mediante Oracle Recovery Manager (RMAN) para ejecutar un backup del almacenamiento tradicional y restablecer los datos en Exadata. También se puede utilizar Oracle Data Guard para facilitar la migración. Para lograr esto, primero se debe crear una base de datos de reserva basada en el almacenamiento de Exadata. La base de datos de reserva puede utilizar el almacenamiento de Exadata, y la base de datos de producción puede encontrarse en un almacenamiento tradicional. Por medio de una transición rápida que toma solo segundos, es posible transformar la base de datos de reserva en la base de datos de producción. Esto proporciona una red de seguridad incorporada, ya que se puede deshacer la migración fácilmente en caso de que surjan imprevistos. También es posible usar espacios transportables y Data Pump para realizar migraciones a Exadata. Exadata admite cualquier técnica que se utilice para pasar datos entre bases de datos de Oracle.

Protección de datos adicional con Exadata

Exadata ha sido diseñado para incorporar el mismo nivel de alta disponibilidad (HA) que los clientes esperan obtener con los productos Oracle. Con Exadata, todas las funciones y herramientas de bases de datos funcionan del mismo modo que con un almacenamiento convencional. Los usuarios y administradores de bases de datos pueden usar herramientas conocidas y aprovechar los conocimientos y procedimientos de Oracle Database que ya poseen. Con la arquitectura de Exadata, todos los puntos únicos de falla quedan eliminados. Las funciones ya conocidas, como la duplicación, el aislamiento de fallas y la protección contra fallas en la unidad y en la celda, se han incorporado a Exadata para permitir una protección y una disponibilidad de datos continuas. A continuación, se describen otras funciones que garantizan la alta disponibilidad en el servidor de Exadata.

Hardware Assisted Resilient Data (HARD) en Exadata

La iniciativa Hardware Assisted Resilient Data (HARD) de Oracle constituye un programa integral diseñado para evitar daños en los datos antes de que ocurran. El daño de datos es poco frecuente, pero cuando se produce, puede implicar efectos catastróficos para la base de datos y, en consecuencia, para la empresa. Exadata mejoró la función HARD incorporada y ofrece mayores niveles de protección y validación de datos end-to-end para su información. Exadata realiza una validación integral de los datos que almacena; por ejemplo, sumas de validación, ubicación de bloques, números mágicos, verificaciones de cabecera y cola, errores de alineación,


38

etc. La implementación de esos algoritmos de validación de datos en Exadata impide que los datos dañados se escriban en el almacenamiento permanente. Además, esas verificaciones y protecciones se proveen sin los pasos manuales que resultan necesarios cuando se utiliza HARD con el almacenamiento convencional.

Data Guard

Oracle Data Guard es la función de software de Oracle Database que crea, mantiene y supervisa una o varias bases de datos de reserva para proteger las bases de datos contra fallas, desastres, errores y daños. Data Guard funciona con Exadata sin necesidad de realizar modificación alguna y puede utilizarse tanto para bases de datos de reserva como de producción. El uso de Active Data Guard con el almacenamiento de Exadata permite que las solicitudes y los informes se descarguen de la base de datos de producción a una base de datos de reserva sumamente rápida, y garantiza que las tareas más importantes de la base de datos de producción no se vean afectadas mientras se sigue brindando protección contra desastres.

Flashback

Exadata se vale de la tecnología Oracle Flashback para ofrecer un conjunto de funciones que permiten visualizar y restaurar datos. Flashback funciona con Exadata de la misma forma que en otros entornos. Las características de Flashback ofrecen la capacidad de consultar datos históricos, realizar análisis de cambios y reparaciones de autoservicio para solucionar daños lógicos mientras la base de datos se encuentra en línea. En esencia, con las características incorporadas de Oracle Flashback, Exadata le permite al usuario contar con capacidades de réplicas instantáneas y restaurar la base de datos a un momento previo al surgimiento de un error.

Recovery Manager (RMAN) y Oracle Secure Backup (OSB)

Exadata funciona en conjunto con Oracle Recovery Manager (RMAN) para brindar capacidades de backup y recuperación de la base de datos de Oracle de forma eficaz. Todos los scripts RMAN existentes funcionan en el entorno de Exadata sin necesidad de modificaciones. RMAN está diseñado para funcionar de manera totalmente integrada con el servidor y brinda la posibilidad de detectar daños en los bloques durante los procesos de backup y restauración. RMAN optimiza el rendimiento y el consumo de espacio durante los procesos de backup con la multiplexación de archivos y la compresión de backup. Además, se integra con Oracle Secure Backup (OSB) y con productos de administración de medios de otros fabricantes para el backup en cinta.


39

Conclusión

Hoy en día, las empresas muestran una necesidad cada vez mayor de aprovechar una plataforma de bases de datos unificada que permita la implementación y la consolidación de todas las aplicaciones en una sola infraestructura común. Ya sea OLTP, DW o una carga de trabajo mixta, una infraestructura común permite alcanzar la eficiencia y la capacidad de reutilización que el centro de datos necesita, mientras ofrece la realidad de la computación en mallas (grid computing) dentro de la empresa. Crear o usar sistemas personalizados con propósitos especiales para diferentes aplicaciones es costoso y constituye un desperdicio. La necesidad de procesar más datos aumenta día a día, pero el presupuesto de las empresas para TI es cada vez menor. Un análisis del costo total de propiedad (TCO) para hardware y software de TI conduce a seleccionar una infraestructura común de alto rendimiento para la implementación de todas las aplicaciones. Al incorporar Database Machine basado en Exadata a la infraestructura de TI, las empresas pueden:

• Acelerar el rendimiento de las bases de datos y ejecutar muchas más tareas con la misma cantidad de tiempo.

• Consolidar las implementaciones en una infraestructura común para manejar los cambios y los aumentos en pasos incrementales y graduales.

• Ofrecer disponibilidad y capacidades de protección de datos esenciales para la empresa.

Resumen técnico de Oracle Exadata Database

Machine y Oracle Exadata Storage Server

Enero de 2012

Autor: Ronald Weiss

Oracle Corporation

Sede mundial

500 Oracle Parkway

Redwood Shores, CA 94065

EE. UU.

Consultas internacionales:

Teléfono: +1.650.506.7000

Fax: +1.650.506.7200

Copyright © 2012, Oracle y/o sus subsidiarias. Todos los derechos reservados. Este documento se proporciona exclusivamente con

fines informativos y su contenido está sujeto a cambios sin previo aviso. No se garantiza que el presente documento esté libre de

errores, ni tampoco está sujeto a otras garantías o condiciones, ya sean expresadas oralmente o implícitas en la legislación,

incluidas garantías y condiciones implícitas de comerciabilidad o adecuación para un propósito en particular. Oracle se exime

específicamente de cualquier responsabilidad con respecto al presente documento, el cual no establece ninguna relación

contractual directa o indirecta. El presente documento no podrá reproducirse, ni transmitirse de forma ni por medio alguno, sea este

electrónico o mecánico, para finalidad alguna, sin el expreso consentimiento escrito de Oracle Corporation.

Oracle y Java son marcas comerciales registradas de Oracle y/o sus subsidiarias. Los demás nombres pueden ser marcas

comerciales de sus respectivos propietarios.

AMD, Opteron, el logotipo de AMD y el logotipo de AMD Opteron son marcas comerciales o marcas registradas de Advanced Micro

Devices.

Intel e Intel Xeon son marcas comerciales o marcas registradas de Intel Corporation. Todas las marcas comerciales SPARC se

utilizan con licencia y son marcas comerciales o marcas registradas de SPARC International, Inc. UNIX es una marca comercial

registrada con licencia a través de X/Open Company, Ltd. 1010.

Technical Overview of the Oracle Exadata Storage Server ......avanzada, Hybrid Columnar Compression,...

Documents

Transcript of Technical Overview of the Oracle Exadata Storage Server ......avanzada, Hybrid Columnar Compression,...