Машини баз даних Oracle Exadata

Головна Огляди Машини баз даних Oracle Exadata

10.10.2018

Машини баз даних Oracle Exadata вирізняються винятково високою продуктивністю, економічністю та забезпеченням легкої доступності баз даних Oracle. В основі рішень Exadata лежить сучасна хмарна архітектура, яка поєднує високопродуктивні горизонтально масштабовані сервери баз даних, горизонтально масштабовані інтелектуальні сервери зберігання даних із сучасними флеш-накопичувачами PCI, а також уніфіковане високопродуктивне мережеве середовище InfiniBand, що об’єднує всі сервери та сховища.

Машини баз даних Exadata призначено для будь-яких завдань баз даних, включаючи обробку інтернет-транзакцій, організацію інформаційних сховищ, виконання аналітики в оперативній пам’яті (In-Memory Analytics) і будь-які їхні комбінації. Машину БД Exadata може бути розгорнуто в ЦОД у замовника як основу приватної хмари для баз даних або придбано як хмарне середовище через сервісну передплату у двох можливих варіантах розміщення: у публічній хмарі Oracle Public Cloud або ж у самого замовника Cloud at Customer.

Програмно-апаратний комплекс для швидкого та надійного розгортання

Машина баз даних Exadata легка в розгортанні, тому що включає всі необхідні для роботи із СКБД Oracle апаратні компоненти. Мережеве обладнання, сервери баз даних і сервери зберігання даних попередньо сконфігуровані, налаштовані та протестовані експертами Oracle, що економить тижні і навіть місяці робочого часу, які зазвичай потрібні для розгортання високопродуктивних систем. Конфігурації усіх машин баз даних Exadata стандартні, що дає можливість спиратися на досвід тисяч інших користувачів — банків, телекомунікаційних компаній і організацій роздрібної торгівлі, які вже впровадили Exadata для своїх критично важливих застосунків. Системи замовників також ідентичні системам, які служба підтримки Oracle використовує для виявлення та вирішення проблем; системам, які розробники Oracle застосовують під час створення та тестування СКБД Oracle; а також системам, які корпорація Oracle використовує для реалізації громадських хмарних середовищ. Таким чином, Exadata — це найретельніше протестована та налаштована платформа для роботи із СКБД Oracle, яка забезпечує найвищий рівень підтримки.

Високий рівень масштабованості та гнучке нарощування системи

Машини баз даних Exadata побудовано на горизонтально масштабованій архітектурі, як на рівні серверів баз даних, так і рівні серверів зберігання. Розширення потужностей і ємностей Exadata відбувається шляхом збалансованого збільшення кількості процесорів, ресурсів зберігання та мережевих ресурсів, що забезпечує масштабованість без виникнення вузьких місць.

Широкосмугова мережа InfiniBand з пропускною здатністю 40 Гбіт/с і малим часом затримки об’єднує всі внутрішні компоненти системи Exadata. Це забезпечує швидкий відгук під час виконання операцій OLTP і вищу пропускну здатність, необхідну під час вирішення аналітичних завдань. Машини Exadata X7-2 використовують потужні сервери баз даних, кожен з яких оснащено двома 24-ядерними процесорами x86 і 384 ГБ пам’яті (з можливістю розширення до 1,5 ТБ). Крім того, Exadata використовує горизонтально масштабовані сервери зберігання Hight Capacity (HC) і Extreme Flash (EF).

Горизонтальне розширення машин баз даних Exadata вирізняється винятковою легкістю. Опція Oracle Real Application Cluster (RAC) підтримує динамічне нарощування обчислювальної потужності, а функціонал Automatic Storage Management (ASM) — динамічне нарощування ємності системи зберігання даних. Можливість інтеграції нових поколінь серверів СКБД і систем зберігання у вже наявні конфігурації Exadata забезпечує захист інвестицій. Крім того, нові версії ПЗ сумісні із попередніми поколіннями машин баз даних Exadata.

Сервери зберігання Extreme Flash: рекордна продуктивність підсистеми введення-виведення

Сервери зберігання Extreme Flash (EF) є одними з основних компонентів оптимізованих машин баз даних Exadata на основі флеш-пам’яті. Кожний сервер зберігання EF містить вісім сучасних флеш-накопичувачів Flash Accelerator F640 NVMe PCI ємністю 6,4 ТБ. Таким чином, загальна неформатована ємність сервера зберігання EF становить 51,2 ТБ. Машина баз даних Exadata X7-2 в конфігурації Full Rack, тобто із 8 серверами баз даних і 14 серверами зберігання Extreme Flash дає можливість досягти для аналітичних запитів швидкість сканування потоку даних SQL до 350 ГБ/с і виконувати 3,5 млн IOPS з часом відповіді флеш-пам’яті 0,25 мс для завдань баз даних. Крім того, машина Exadata в цій конфігурації може виконувати до 5,97 млн IOPS у разі довільного читання/запису блоків розміром по 8 КБ, що є абсолютним рекордом для навантажень СКБД. Продуктивність збільшується у разі додавання стойок. Ця продуктивність на порядок вища, ніж у масивів зберігання даних традиційної архітектури, і значно вища, ніж у сучасних СЗД на основі флеш-пам’яті.

Сервери зберігання високої ємності: великі обсяги недорогих дискових накопичувачів зі швидкістю флеш-технологій

Друга доступна опція комплектування Exadata X7-2 — сервер зберігання високої ємності. У нього дванадцять дисків SAS ємністю 10 ТБ, що в сумі становить 120 ТБ загального неформатованого дискового простору. Крім того, сервер має чотири NVMe PCLe-карти Flash Accelerator F640 NVMe із флеш-пам’яттю загальною ємністю 25,6 ТБ. Флеш-пам’ять сервера зберігання високої ємності можна використовувати як флеш-диски, але майже завжди її конфігурують як дисковий кеш на основі флеш-пам’яті (Exadata Smart Flash Cache) над рівнем дискового сховища. У цьому випадку кешування забезпечує продуктивність флеш-рівня під час роботи із набагато більшим обсягом даних, ніж може вмістити флеш-пам’ять.

Exadata Smart Flash Cache автоматично кешує часто використовувані дані, зберігаючи дані, що зрідка використовують, на диску. Це забезпечує продуктивність на рівні флеш-пам’яті, у той час як ємність і вартість знаходяться на рівні дискових накопичувачів. Машина баз даних Exadata X7-2 із 8 серверами баз даних і 14 серверами зберігання високої ємності може здійснювати аналітичне сканування потоку даних SQL зі швидкістю до 350 ГБ/с і виконувати до 4,8 млн IOPS у разі довільного читання/запису блоків по 8 КБ, а також забезпечує час відповіді в 0,25 мс звернення до флеш-пам’яті за 2,7 млн IOPS для виконання стандартних робочих завдань СКБД.

Автоматичний перерозподіл даних між ОЗП, флеш-накопичувачами та дисками, реалізований в Exadata, забезпечує суттєві переваги щодо інших рішень на базі флеш-технологій. Більшість виробників систем зберігання даних визнають, що архітектура традиційних масивів зберігання має вузькі місця, які обмежують продуктивність флеш-пам’яті, і тому розробляють нові масиви на базі тільки флеш-накопичувачів. Ці флеш-масиви забезпечують вищу продуктивність, порівняно із традиційними масивами, проте вони дорожчі за системи, які використовують інтелектуальний поділ даних на рівні між дисками та флеш-накопичувачами.

Прискорення обробки баз даних завдяки інтелектуальному системному ПЗ

Сучасні сервери із кількома процесорними ядрами обробляють дані зі швидкістю десятки та навіть сотні гігабайтів на секунду. Традиційні масиви не можуть забезпечити еквівалентної швидкості передавання даних через контролери та мережеве середовище системи зберігання.

Безпрецедентна продуктивність Exadata і відсутність вузьких місць, характерних для звичайних масивів зберігання, забезпечуються за рахунок ПЗ серверів зберігання Exadata. Це ПЗ для серверів зберігання Exadata допомагає створити високоефективну інфраструктуру зберігання, оптимізовану для баз даних. Кожен сервер зберігання Exadata з двома 10-ядерними процесорами х86, які використовують для розвантаження завдань обробки баз даних. У стійці Exadata може бути до 360 ядер процесорів на рівні системи зберігання, які використовують для обробки даних типово здійснюваних у серверах СКБД. Процесори серверів зберігання не замінюють ЦП баз даних. Вони прискорюють інтенсивну обробку даних подібно до того, як графічні карти прискорюють обробку зображень.

Серед безлічі унікальних функцій ПЗ серверів зберігання Exadata слід зазначити технологію інтелектуального сканування Smart Scan, яка дає змогу виконувати складні SQL-операції з обробки даних не на серверах баз даних, а безпосередньо на серверах зберігання. У цьому випадку фільтрацію й обробку даних виконують негайно, причому паралельно на всіх серверах зберігання за мірою зчитування даних із диска або з флеш-пам’яті. На сервери баз даних відправляють тільки рядки та стовпчики, безпосередньо пов’язані із запитом.

Оптимізація використання простору сховища й інтенсивність введення-виведення за рахунок стиснення даних

Сервер зберігання даних Exadata підтримує передову технологію стиснення даних Hybrid Columnar Compression (HCC), яка забезпечує значну економію простору, що займають великі бази даних у системі зберігання. Інноваційним методом організації даних у таблицях баз даних є технологія HCC, яка поєднує методи зберігання даних у стовпчиках і рядках. Цей гібридний підхід надає переваги щодо систематизації даних за стовпчиками, запобігаючи при цьому вузьким місцям продуктивності, пов’язаним із таким способом зберігання.

Технологія HCC забезпечує найвищий ступінь стиснення даних із можливих для баз даних Oracle, істотну економію коштів і підвищення продуктивності за рахунок зменшення необхідної кількості операцій введення-виведення, особливо для аналітичних завдань. Коефіцієнт економії залежить від даних, що зберігають. Як правило, дані можна стискати у 5-20 разів. Типовий коефіцієнт економії — 10, і це найвищий показник у галузі. Високий ступінь стискання даних у традиційних системах призводить до зниження продуктивності через використання ресурсів ЦП. Оскільки машина баз даних Exadata здатна виконувати розпаковування даних на великій кількості процесорів у сховище Exadata, а високий коефіцієнт стиснення дає можливість скоротити навантаження на підсистему введення-виведення, використання технології HCC може прискорити виконання більшості аналітичних завдань.

Для прискорення звітності й обробки аналітичних запитів застосовують унікальну функцію Exadata Smart Flash Cache під назвою Exadata Columnar Flash Cache. Завдяки технології Columnar Flash Cache дані у флеш-пам’яті Exadata можна зберігати у двох форматах, автоматично перетворюючи часто скановані дані, що зберігають у Hybrid Columnar Compressed, на чистий постовпчиковий формат зберігання під час їхнього завантаження в кеш флеш-пам’яті. Інтелектуальне сканування даних (Smart Scan) з колонковою організацією можна виконати швидше завдяки зчитуванню тільки необхідних стовпчиків. Це дає змогу знизити навантаження на підсистему введення-виведення флеш-пам’яті та ресурси ЦП. Такий підхід прискорює звітність і обробку аналітичних запитів, одночасно забезпечуючи високу продуктивність у разі доступу до поодиноких рядків.

Безпека корпоративного класу й екстремальна продуктивність

БД Exadata — найбезпечніша у світі машина для баз даних. Спираючись на засоби гарантування високої безпеки, що вбудовано в СКБД Oracle, Exadata виконує дешифрування даних не у ПЗ серверів СКБД, а на апаратних компонентах сервера зберігання Exadata. Завдяки технології Security in Silicon можна виявити неприпустимі операції над даними застосунку та запобігти їм завдяки апаратному відстеженню доступу ПЗ до пам’яті. Це запобігає використанню вразливих місць у ПЗ шкідливими програмами, наприклад, атаці переповнення буфера.

Систему Exadata спроектовано як інтегроване ціле, а не набір компонентів. Під час використання традиційних баз даних замовнику доводиться брати на себе усі завдання із системної інтеграції, включаючи гарантування безпеки кожного програмного й апаратного компонента у масштабі всього стека продуктів. Машина баз даних Oracle Exadata гарантує безпеку всього стека. Безпеку Exadata підтверджують сотні провідних банків, телекомунікаційних компаній і державних установ по всьому світу.