Die Database Machine als Hybrid Exadata auch für OLTP?

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1 Die Database Machine als Hybrid Exadata auch für OLTP? Rainer Marekwia Jürgen Paasch Oracle Deutschland GmbH Schlüsselworte: Database Machine, Data Warehouse, OLTP, Appliance Einleitung Mit Exadata und der HP Oracle Database Machine wurden bei der Oracle Open World 2008 zwei Produkte vorgestellt, die für Oracle revolutionär sind. Erstmals werden Hardware Produkte direkt und exklusiv von Oracle vertrieben. Die primäre Positionierung dieser Produkte liegt klar im Data Warehouse Umfeld. Allerdings hat sich in diversen Projekten gezeigt, dass insbesondere die HP Oracle Database Machine auch bei OLTP Anwendungen oder in Projekten mit gemischten Anforderungen durchaus geeignet ist. In diesem Vortrag werden diese Produkte vorgestellt und an realen Kundenanforderungen gemessen. Darüber hinaus werden Testergebnisse aus Kundenprojekten vorgestellt. Eine Live-Demonstration der Database Machine veranschaulicht diese Testergebnisse. Exadata und die HP Oracle Database Machine In Zusammenarbeit mit HP bietet Oracle zwei Produkte an, bei der die Hardware von HP und die darauf laufende Software von Oracle stammt. Beide Produkte werden exklusiv über Oracle vertrieben und supported.

2 Abbildung 1:Funktionsweise der Exadata Software Eine Exadata-Zelle basiert auf einem HP DL180 Rechner, der aus 2 Quad Core CPUs, 8 GB Hauptspeicher, einer Infiniband Karte sowie 12 Festplatten besteht. Die darauf installierte Software besteht aus einem Oracle Enterprise Linux sowie aus der von Oracle entwickelten Exadata Software. Die Exadata Software ist über das idb Protokoll mit einem Datenbankserver verbunden und ist in der Lage, sämtliche IO Aufrufe der Datenbank entgegen zunehmen, um das eigentliche IO dann durchzuführen. Eine wesentliche Funktionalität besteht in dem Offloading, bei dem eine Spalten- und Zeilen-Filterung der gelesenen Daten breits auf der Zelle stattfindet und nur relevante Daten an den Datenbankserver zur Weiterverarbeitung geleitet werden. Eine Minimalkonfiguration, die Exadata verwendet, besteht aus einem Datenbank-Rechner, der - aus Redundanzgründen - mit zwei Zellen über Infiniband gekoppelt ist. Eine mit SAS-Platten bestückte Zelle ist in der Lage, einen Durchsatz von 1 GB/Sekunde zu erreichen. Durch die Koppelung mehrerer Zellen wird der Durchsatz entsprechend linear gesteigert. Die HP Oracle Database Machine Die HP Oracle Database Machine besteht aus einem Grid von Oracle Datenbank-Servern und einem Grid der Oracle Exadata Storage Zellen, die in einem einzigen Rack untergebracht sind. Es handelt sich somit um eine Appliance, bei der die Hardware von HP entwickelt und konfiguriert wird. Die Software wird von Oracle geliefert, der gesamte Support wird von Oracle geleistet.

3 Es gibt hierbei zwei Ausprägungen: Abbildung 2: Übersicht der HP Oracle Database Machine Ausprägungen Ein Full Rack besteht aus 8 Datenbankknoten mit jeweils 2 Quad Core Intel CPUs, 32 GB Hauptspeicher und zwei Infiniband Anschlüssen, desweiteren 14 der oben beschriebenen Exadata Zellen, 4 Infiniband Switches und einem 1 GB Ethernet Switch. Eine Database Maschine liefert einen Durchsatz von maximal 14 GB/Sekunde, durch Koppelung mehrerer dieser Maschinen kann der Durchsatz linear erhöht werden. Ein Half-Rack beinhaltet 4 Datenbank Knoten, 7 Exadata Storage Zellen, 2 Infiniband Switches sowie einen GB Ethernet Switch und liefert einen Durchsatz von 7 GB/Sekunde. Bei beiden Konfigurationen ist gewährleistet, dass alle Komponenten optimal aufeinander abgestimmt sind. Die HP Oracle Database Machine ist vorkonfiguriert, leistungsoptimiert und zertifiziert für Oracle Business Intelligence Enterprise Edition Tools und Oracle Real Application Clusters. Die HP Oracle Database Machine ist somit eine Komplettlösung aus Server, Storage und Management-Software, was die Administration und Wartung insgesamt erleichtert. Die HP Oracle Database Machine in Data Warehouse Umgebungen Die HP Oracle Database Machine (DBM) wird von Oracle - bedingt durch ihre Systemarchitektur - zunächst primär für Data Warehouse Umgebungen positioniert. In diversen Machbarkeitsstudien für Kunden konnte die hervorragende Eignung hierfür

4 nachgewiesen werden. In Data Warehäusern profitieren die Kunden insbesondere von dem enormen IO Durchsatz, den die Database Machine bietet. Dieser wird erreicht durch die parallele Architektur der Storage-Anbindung, die Nutzung von breitbandigen Infiniband-Leitungen, und die Tatsache, dass durch die Nutzung der Exadata-Software auf den Zellen weniger Daten vom Storage zum Datenbankserver übertragen werden müssen. In Data Warehouse Systemen ist gerade die IO Anbindung sehr häufig der Engpass in Bezug auf die Leistung. Durch das Lesen von Massendaten in aufwendigen Analysen, müssen enorme Datenmengen vom Storage gelesen und zum Datenbankserver transportiert werden. Dieses Bottleneck ist mit der Database Maschine komplett umgangen worden. In diversen Kundenprojekten wurden Leistungssteigerungen im Vergleich zu herkömmlichen Systemen um Faktoren im Bereich von 10 bis teilweise 400 nachgewiesen. Kundenanforderungen an transaktionale und gemischte Systeme Gerade in Data Warehäusern zeigt die HP Oracle Database Machine mit ihren Exadata Storage Zellen ihre Stärken: Hohe Bandbreite bei IO Anfragen sowie intelligentes Filtern dort, wo die Daten sind. Immer häufiger finden wir auch in solchen auswertungsorientierten Umgebungen dass neben den klassischen Datenanalysen und dem Berichtswesen auch transaktionale Anwendungen betrieben werden. Oft machen sich Kunden so die Vorteile einer einzigen stets aktuellen Datenbasis für mehrere Anwendungsgebiete zu Nutzen. Unterstützt wird dieser Ansatz zudem durch den Einsatz von Real Application Clusters, was die flexible und dynamische Resourcen-Verteilung aber auch Trennung über mehrere RAC Knoten hinweg, unterstützt. Auch für solche gemischten Anforderungen, häufig basierend auf RAC Technologie, ist daher die Database Machine bestens geeignet. Bei Anwendungen, bei denen sehr große Datenmengen gespeichert und verarbeitet werden müssen, kann die HP Oracle Database Machine ebenso einige Vorzüge ausspielen: Denken wir an Messdatenverarbeitung, Text Verarbeitung mit BLOB/CLOB oder SecureFile Strukturen, oder Multimedia-Anwendungen. Allen ist gemeinsam, dass sie große Datenbanken im Terabyte nutzen, dass sie häufig eher Lese-intensiv sind und den Anwendungen eine hohe IO Bandbreite positiv zu gute kommt. Gerade hier kommen die Leistungsvorteile, welche die Database Machine durch die Infiniband-Anbindung zum Plattenspeicher bietet, zum Tragen und können die Gesamtanwendung schneller machen. Auf der anderen Seite finden wir immer wieder Anwendungen, die sich durch ihre schwer vorhersagbaren Abfragemuster auszeichnen. Solche Ad-Hoc Abfragen können in der Regel nicht immer durch entsprechende Indizes unterstützt werden. Sofern die zu verarbeitende Datenmenge auch noch ein entsprechendes Volumen hat, können sich so Langläufer entwickeln, die IO- und CPU- Ressourcen für lange Zeit blockieren. Auch für solche Systeme kann sich die Database Machine anbieten: Einerseits kann die Oracle Exadata Software häufig das immense Datenvolumen, das bei der Abfragen bearbeitet wird (Full-Scan), filtern und so schon auf den Exadata Zellen entsprechend reduzieren. Andererseits bietet die extrem

5 parallele Architektur der Database Machine ideale Voraussetzungen, um solche Abfragen durch Inter- und Intra-Node Parallel Query zu beschleunigen. Extrem hohe IO Leistung ist allerdings nicht nur für Abfragen und im operativen Betrieb einer Datenbank erforderlich. Im Administrations- und Wartungsbereich stehen ebenso zeitkritische Aufgaben an, die primär durch die IO Bandbreite eines Systems bestimmt werden: Datensicherung und vor allem wiederherstellung (Backup/Restore), logische Sicherungen (Datapump, Export), Aktualisierung von Statistiken und Reorganisation von Datenbank Objekten (Index Rebuild, Create Table As Select). Durch Einsatz von Exadata innerhalb einer HP Oracle Database Machine lassen sich die Zeiten für solche Aufgaben auf einen Bruchteil reduzieren und schaffen Freiräume und freie Ressourcen für produktive Aufgaben. Waren ohne Exadata extra Wartungsfenster in großen zeitlichen Abständen für solche Operationen nötig, lassen sie sich nun im Minutenbereich und täglich ausführen. In bestimmten Fällen bietet sich die HP Oracle Database Machine auch als Konsolidierungsplatform an. Wie auf anderen Architekturen teilen sich viele gleichzeitig aktive Benutzer alle vorhandenen Ressourcen: Prozessoren, Hauptspeicher und IO. Durch ihre ausgewogene Konfiguration und die hohe Leistungsfähigkeit der einzelnen Komponenten bietet die Database Machine in Summe eine enorm leistungsfähige Platform: Insgesamt 64 Intel Xeon Prozessor-Cores mit 2.66 Mhz, 256 GB Hauptspeicher, dazu eine schnelle IO Anbindung über Infiniband zu den Exadata Storage Zellen, ein 8-Knoten RAC System mit Infiniband Interconnect. Nach einer Konsolidierung von mehreren Anwendungen auf einen Rechner oder sogar in eine Datenbank, lassen sich so alle zur Verfügung stehenden Ressourcen optimal ausnutzen. Unterstützt wird dieser Ansatz zudem durch den Einsatz des IO Resource Manager für Exadata, der es erstmals ermöglicht, IO zu koordinieren und zu priorisieren, und das zwischen Datenbanken oder Benutzergruppen. Suchen Kunden eine hochverfügbare Oracle Platform, können sich diese entweder selbst eine Architektur zusammenstellen, aufbauen, konfigurieren, installieren und dann betreiben. Alternativ bietet sich hier auch an, die optimal konfigurierte und vorinstallierte RAC Konfiguration innerhalb einer Database Machine zu nutzen. Hierbei gibt es keine einzelne Fehlerstelle (Single Point of Failure). Das System nutzt Oracle Automatic Storage Management (ASM), wobei eine Diskgruppe mit normaler Redundanz eingerichtet ist. Dabei bildet jede Exadata Zelle eine Failure Group. Dadurch erfolgt eine Spiegelung immer über Zellen hinweg, womit ein Schutz sowohl gegen Plattenausfall als auch gegen den Ausfall einer gesamten Zelle gewährleistet ist. Die Infiniband-Leitungen zum Storage sind - genau wie der Cluster-Interconnect - redundant ausgelegt. Ein Full Rack beinhaltet 4 Infiniband Switches, während ein Half Rack 2 Infiniband Switches vorsieht. In beiden Fällen liegt eine redundante Verkabelung über die Switches vor, wobei der Ausfall eines Switches zu keinerlei Unterbrechungen führt. Oracle RAC sorgt für die bestmögliche Absicherung beim Ausfall eines Knotens. Als Disaster Recovery Lösung ist Oracle DataGuard zertifiziert und erfolgreich getestet worden Über all diesen technischen Betrachtungen steht zudem ein großer Vorteil der Database Machine: Der Appliance Gedanke Hardware und Software aus einer Hand, einen Support Ansprechpartner, optimal aufeinander eingestellte und zertifizierte Komponenten, einheitliche

6 Überwachungs- und Administrationsmöglichkeiten. Dieser innovative Ansatz ist nicht nur für Data Warehouse Kunden von Vorteil sondern wird von vielen Kunden erwünscht und als positiv gesehen. Die HP Oracle Database Machine kann somit eine Komplettlösung für einige Oracle Datenbank Anwendungen sein, nicht nur für Data Warehäuser, allerdings natürlich nicht generell für alle! Wichtig ist in all den oben genannten Fällen eine genaue Analyse der Anwendungen sowie der Datenbank, durchgeführt von Experten, um so die Eignung von Exadata und der Database Machine im Einzelfall zu beurteilen. Kundenerfahrungen Generell wird die Tatsache, dass die Database Machine eine Appliance ist, sehr positiv von allen Kunden bewertet. Der Bedarf nach einer Lösung, bei der alle Hard- und Softwarekomponenten aus einer Hand kommen, ist immens, weil dadurch auch die Wartungsprozesse für den Kunden deutlich vereinfacht werden. Es wird allgemein großer Wert darauf gelegt, dass die Komponenten gut aufeinander abgestimmt sind, und somit kein systembedingter Engpass vorhanden ist. Dies macht sich nicht nur beim IO-Durchsatz bemerkbar, sondern auch in für OLTP-artigen Betrieb wichtigen Komponenten, wie beispielsweise dem Infiniband-basierten Cluster-Interconnect. Auch für klassische OLTP Operationen ist die gute Ausgewogenheit von IO-Durchsatz zu Prozessorleistung extrem wichtig. Unter anderem werden dadurch Wartungsarbeiten, wie die Durchführung des Backups, das Erstellen von Statistiken oder die Reorganisation von Indizes dramatisch verkürzt. Aber auch herkömmliche indexbasierte Abfragen können von der Database Machine profitieren. Dies spiegeln auch konkrete Kundenerfahrungen wieder, die im Folgenden anhand von zwei Beispielen kurz beschrieben werden: Outsorcing Unternehmen: Bei einem Proof of Concept für diesen bestehenden Oracle Kunden wurden neben den klassischen Data Warehouse Funktionalitäten auch die Eigenschaft als Konsolidierungsplattform für diverse Kundensysteme untersucht. Hierbei wurde getestet, ob die Database Machine in der Lage ist, eine vierstellige, gleichzeitig aktive Nutzerzahl zu bewältigen. Dabei wurden Lasttreiber verwendet, die eine reale Nutzerlast simulieren und gegen die Database Machine starten. Die Ergebnisse waren im Hinblick auf den Durchsatz und die Stabilität beeindruckend und konnten die Erfahrungen aus dem produktiven 6-Knoten Cluster bei weitem übertreffen. So bewältigt der produktive Cluster bei dieser vorhandenen Applikation lediglich eine Last von 50 gleichzeitig angemeldeten OLTP-Nutzern, während die Database Machine in der Lage ist, mehr als 1000 Nutzer bei sehr guter Antwortzeit zu betreiben. Desweiteren wurden Standardfunktionalitäten, wie das Erzeugen von Statistiken bewertet, und es konnte nachgewiesen werden, dass diese Routinearbeiten um Faktoren schneller zu bewältigen sind. Zwei Kundenzitate belegen die guten Erfahrungen mit der Database Machine: Exadata Tests waren sehr erfolgreich Erwartungen sind weit übertroffen worden

7 Darüber hinaus wurde seitens dieses Kunden sehr positiv bewertet, dass der Exadata- Storage exklusiv von Oracle Datenbanken nutzbar ist und keine externen Applikationen die Storage-Nutzung und Performance beeinflussen können. Somit bildet die Database Machine für diesen Kunden eine als Konsolidierungsplattform hervorragend geeignete Lösung. Kunde aus dem Bereich Öffentliche Auftraggeber Dieser Kunde betreibt eine Oracle-Text basierte Dokumentenmanagementlösung auf einem RAC Cluster und hat in einem ausgiebigen Test untersucht, ob die Database Maschine seine im Hinblick auf Leistung und Wartbarkeit vorhandenen Probleme lösen kann. Hierzu wurden 10 konkrete Testfälle identifiziert und jeweils gegen die Produktionsumgebung sowie gegen die Database Machine gestartet. Der Test wurde hierbei zweistufig durchgeführt: Zunächst sollte geprüft werden, ob die Anwendung ohne eine Änderung auf dieser Hard- und Software Kombination schneller wird. Anschließend wurde getestet, ob sich durch leichte Änderungen in Wartungsskripten unter Ausnutzung der parallelen Architektur und des IO-Durchsatzes der Database Machine, weitere Performancevorteile erzielen lassen. Exemplarisch für die Erkenntnisse aus diesem Proof of Concept sollen hier die Ergebnisse von vier Testfällen genauer vorgestellt werden: 1. Oracle-Text-basierte Wartungsarbeiten Hier wurden drei kritische Fälle untersucht, die für diesen Kunden eine enorme Bedeutung haben, da deren Ausführung in der Produktion sehr viel Zeit in Anspruch nimmt und somit zu Beeinträchtigungen im Tagesablauf führt. Es handelt sich hierbei um Routineaufgaben, wie das Anlegen und die Pflege von Textindizes. Ohne Änderung der Applikation konnte mit der Database Machine eine Steigerung der Performance um den Faktor 2 bis teilweise 20 gemessen werden. Durch kleinere Änderungen der Skripte konnte unter Ausnutzung der parallelen Architektur sowie des hohen IO Durchsatzes eine Performancesteigerung um den Faktor 400 erzielt werden. 2. Anmeldevorgänge In einem Anmeldevorgang werden in dieser Applikation eine Vielzahl von Transaktionen durchgeführt, die u.a. auch Änderungen in die Datenbank schreiben. In der Produktion dauert ein Anmeldevorgang 7 Sekunden. Mit der Database Machine konnte diese Laufzeit auf 0.17 Sekunden reduziert werden. 3. Benutzerabfragen Für diesen Test wurden annähernd SQL Befehle aus der Produktion abgezogen und in einem Skript parallelisiert zunächst gegen die Produktion und anschließend gegen die Database Machine gestartet. Es konnte hierbei eine Laufzeitverbesserung von 6 Stunden und 10 Minuten in der Produktion auf

8 hervorragende 40 Sekunden in der Database Machine erreicht werden. 4. Wartungsarbeiten Auch bei den Wartungsarbeiten konnte mit der Database Machine eine deutliche Performanceverbesserung erziehlt werden. Das Backup wurde von 60 Minuten in der Produktion auf 70 Sekunden in der DBM verbessert. Beim Export wurde eine Verbesserung um den Faktor 4 gemessen, während das Erzeugen von Statistiken etwa dreimal so schnell durchgeführt werden konnte. Der deutlichste Vorteil der DBM wurde beim Erzeugen der relationalen Indizes ermittelt. Hier konnte die Laufzeit von 250 Minuten auf 10 Minuten reduziert werden. Zusammenfassend konnte in diesem Test gezeigt werden, daß diese Oracle-Text basierte Anwendung sehr von der Database Machine profitiert. Diese positiven Kundenerfahrungen mit der Database Machine aus transaktionalen und gemischten Umgebungen konnten ebenso in zahlreichen Oracle-internen Tests und Projekten bestätigt werden. Zusammenfassung Die HP Oracle Database Machine findet zunächst primär in klassischen Datawarehouse Umgebungen ihren Einsatz. Darüberhinaus zeigen sowohl die Betrachtungen, welche Anforderungen heute in Punkte Leistung, Hochverfügbarkeit und Administrierbarkeit generell an Oracle Datenbank Systeme gestellt werden, als auch die bereits gesammelten Kundenerfahrungen, dass dieser Komplett-Ansatz auch durchaus seine Vorteile in gemischten Anwendungsgebieten zeigt. Kontaktadresse: Rainer Marekwia Oracle STU (Strategisch Technische Unterstützung) Jürgen Paasch Oracle STU (Strategisch Technische Unterstützung) Oracle Deutschland GmbH Oracle Deutschland GmbH Liebknechtstraße 35 Kühnehöfe Stuttgart Hamburg Internet:

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