HP IT-Symposium

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2 HP User Society / DECUS IT-Symposium 2006 Oracle I/O und ASM BU Database Technologies ORACLE Deutschland GmbH Vorab: Effektive Datenbank- und Storage-Layouts Bedeuten im Unternehmen in der Regel: Kommunikation Es sei denn, Storage und Datenbank werden von einer Person allein verwaltet. 2

3 Typische Oracle / Storage-Fragestellungen Storage-Art Direct Attached Storage (SCSI / (S)ATA) Storage Attached Network (SAN) Network Attached Storage (NAS) Spiegelung: RAID 0 (!?), RAID 1, RAID 3, RAID 5 IO-Fragen Sequentielles / zufälliges IO Durchsatz / Transferrate Dateisystem / RAW Devices / ASM Anwendungsszenario: OLTP Data Warehouse Früher war alles leichter... oder nicht!? ls -lart /dev/sd* brw-rw---- brw-rw---- brw-rw---- brw-rw---- brw-rw---- brw-rw root disk 8, 0 Oct 27 13:12 /dev/sda 1 root disk 8, 1 Oct 27 13:12 /dev/sda1 1 root disk 8, 5 Oct 27 13:12 /dev/sda5 1 root disk 8, 6 Oct 27 13:12 /dev/sda6 1 root disk 8, 7 Oct 27 13:12 /dev/sda7 1 root disk 8, 9 Oct 27 13:12 /dev/sda9 3

4 Früher war alles vorhersagbar... Damals und Heute - am Beispiel einer 180 GB Datenbank Einzelne Platte 1 GB Platte 2 MB/sek 50 IO/sek 20 ms Zugriff upm 4 GB Platte 6 MB/sek 70 IO/sek 14 ms Zugriff upm 72 GB Platte 40 MB/sek 160 IO/sek 6 ms Zugriff upm 180 GB Platte 30 MB/sek 120 IO/sek 8 ms Zugriff upm Gesamtsystem 180 GB 180 Platten 45 Platten 3 Platten 1 Platte 360 MB/sek 270 MB/sek 120 MB/sek 30 MB/sek 9000 IO/sek 3150 IO/sek 480 IO/sek 120 IO/sek Vorausgesetzt: adäquate Konfiguration des I/O Bussystems Empfehlungen aus dieser Zeit: SAME SAME = Stripe And Mirror Everything Kernaussagen: Stripe alle Files über alle Disks mit einer 1 Megabyte Stripe Size Spiegele Daten aus Hochverfügbarkeitsgründen Platziere häufig angefragte Daten auf die äußeren Bereiche der Disk Aussagen basieren auf noch heute gültige Annahmen: 4

5 Generell: Oracle läuft auf jedem Storage Generelle Aussagen im Zuge der SAME-Strategie führen dazu, dass Oracle per se keine Storage-Vorgaben für die DB macht. Dennoch gibt es Validierungen & Initiativen: Oracle Storage Compatibility Program (OSCP) Oracle Resilient Low-Cost Storage Initiative Weitere Bewegungen in diesem Bereich: Backup Solutions Program (BSP) Oracle Hardware Assisted Resilient Data (HARD) Initiative Oracle Resilient Low-Cost Storage Initiative Low-Cost-Storage wirft Fragestellungen nach Storage-Tuning wieder auf, da Administrationsschichten reduziert werden. Dennoch umfassen heutige Low-End-Storages i.d.r. immer noch mehr Funktionen als Speicherlösungen von vor 5 Jahren z.b. RAID 5

6 Die RAID Frage: welche Nummer ist die beste? Generell stellt sich die Frage nach der Absicherung der Daten. Viele Storage-Lösungen bringen RAID-Lösungen werksseitig mit. Oft verwendet werden ( ): RAID 0 keine Absicherung von Daten, reines Striping RAID 1 einfache Spiegelung der Daten, volle Redundanz RAID 3 / 4 Absicherung durch Paritätsdaten auf Parity Disk RAID 5 Absicherung durch Paritätsdaten verteilt über alle Disks RAID 6 wie RAID 5, aber höhere Ausfallsicherheit (2 Disks) RAID 3 / 4 mit Parity Disk RAID 5 mit Parity Daten RAID 6 Streitfrage: Spiegel oder Parity? Generell ist die verwendete RAID-Technology für Oracle transparent Die RAID-Technology hat Auswirkungen auf das IO-Verhalten Oracles Einstellung zu RAID findet sich z.b. in: Metalink Note HP VMS & UNIX: Interaction Between Oracle and RAID and Disk Caching Products (von 1997 / reviewed Oktober `05) Metalink Note I/O Tuning with Different RAID Configurations 6

7 Einschub: Korruption hier hilft kein RAID Korruptionen können im RAM-Speicher, auf dem Weg zum Storage bzw. im Storage hervorgerufen werden. In keinem Fall hilft ein RAID. In-Memory-Korruption Oracle kann Blöcke auf logische Koheränz prüfen Parameter: db_block_checksum, db_block_checking Weitere Details: Metalink Notes bzw NEU in 10g Rel. 2: db_block_checking Granularität (OFF <FALSE> LOW MEDIUM FULL <TRUE> ) Korruption durch Storage- oder IO-Fehler Probleme meist in dem Controller oder auf Disk HARD (Hardware Assisted Resilient Data) Initiative = doppelte Überprüfung des Oracle Blocks Zurück zum IO-Tuning wie tunen? Teil 1 IO-Tuning muss vor dem Hintergrund des IO-Lastprofils erfolgen: OLTP Data Warehouse OLTP-Systeme zeichnen sich aus durch: Viele parallele Prozesse Log Writer bestimmt die Antwortzeit Warehouse-Systeme zeichnen sich aus durch: Große Datenmengen Nur teilweise Indizierung Full Table / Index Scans Gezielte Parallelisierung 7

8 Zurück zum IO-Tuning wie tunen? Teil 2 Entsprechend müssen IO-Ausprägungen betrachtet werden: Sequentielles IO Zufälliges IO Sequentielle Reads: Archiver, Full Table / Index Scans, Direct Path Reads Sequentielle Writes: Log Writer, Sortierungen, Direct Path Writes Random Reads: Indexzugriffe Random Writes: Database Writer Zurück zum IO-Tuning wie tunen? Teil 3 Wie erkenne ich eigentlich, dass mein Problem IO-basiert ist? Antwort: Anhand entsprechender Wait Events Metalink Note Tuning I/O-related waits ist hilfreich, wenn: Betriebssystemwerkzeuge hohe Auslastung der DB-Disks aufzeigen Aber Vorsicht: Wait Events werden immer angezeigt! Bevor sinnlos IO optimiert wird, sollte die Signifikanz geprüft werden 8

9 Konkret: Verbessern der sequentiellen Zugriffe Der Schlüssel zum effizienten Sequentiellen-I/O liegt im Verhältnis der Positionierungs- zur Transfer-Zeit. Dabei gilt: Positionierungs-Zeit ist Overhead Ziel beim Tunen ist daher: Transfer-Zeit >= 5 * Positionierungs-Zeit Die I/O-Größe sollte also bei 1MB oder größer liegen IO S iz e P o s it io n in g T im e X f e r Tim e % T im e X f e r in g 64K 10m s 3m s 23% 256K 10m s 12m s 55% 1M 10m s 50m s 83% 2M 10m s 100m s 91% * Oracle S.A.M.E. research data, 1999 Konkret: Optimierung der Transfer Zeit Festplatten speichern auf den äußeren Zylindern mehr Daten. Daten auf den äußeren Zylindern haben daher eine bessere Transfer-Zeit als Daten auf inneren / mittleren Zylindern. Empfehlung: Generell empfiehlt sich, äußere Zylinder zu nutzen. Dies gilt vor allem für zufällige Zugriffe auf die Daten. Position on Disk (m easured in capacity) Outer Edge Outer Quarter M id P o in t Inner Quarter Inner Edge Tranfer R ate 22 M B /sec 21 M B /sec 19 M B /sec 16 M B /sec 11 M B /sec * Oracle S.A.M.E. research data,

10 Konkret: Verbessern der zufälligen Zugriffe Ziel ist es, die Zugriffszeit auf die Daten zu minimieren. Dabei gilt: Die äußeren Zylinder der Platte sollten genutzt werden. Je weniger Zylinder voll belegt, je schneller der Zugriff. % of Disk Used in distance from outer edge Avg Seek Dist. % Disk Space Used Avg Read Time (seek + rotation) 25% 8% 33% 4.8ms 50% 17% 60% 5.7ms 75% 25% 85% 6.5ms 100% 33% 100% 7.3ms * Oracle S.A.M.E. research data, 1999 Generieren von Oracle IO ohne DB!? ORION (http://www.oracle.com/technology/software/tech/orion/index.html) NUR: ORION is currently only available as beta, unsupported software. Oracle will accept no liability for problems arising from ists use, nor does Oracle warrant ist fitness for any purpose. Ist use is purely discretionary at the sole risk of the user. 10

11 Fehler erkannt, Fehler gebannt denkste! Heutiges IO-Tuning kann aufgrund z.t. zahlreicher und komplexer Schichten im Storage-Umfeld oft nicht direkt erfolgen Zu bedenkende Seitenparameter: Operationen in Logical Units (LUNs) durch LVM oder im Storage Dateisystem Caches, -Protokolle und vor allem -Beschränkungen Größe, Lage und Anzahl der Daten-Dateien auch pro Tablespace Tabellen- & Index-Speicher-Verwaltung im Tablespace (z.b. ASSM) Tabellen Tablespace Dateien Dateisystem Logical Volumes Disk-Gruppe Kommunikation

12 Storage-Management: Was nehme ich nun? Oracles Antwort: Automatic Storage Management Denn ASM ist strategisches Produkt 3 rd Party ASM RAW CFS OCFS VM ASM sollte für Datendateien verwendet werden Oracle Binaries nach Bedarf auf (Cluster) File-System Storage Management mit ASM Automatic Storage Management (ASM) Prinzip: Oracle-Software Komponenten ASM übernimmt Aufgaben des Volume Managers und des Dateisystems (im Cluster oder lokal) Oracle ASM Referenzkunden: 12

13 ASM im Markt akzeptiert Laut einer Umfrage auf der Oracle Open World 2005 Setzen 72% der 10g Kunden auch ASM ein Belegt ASM Platz 11 auf der Liste der beliebtesten Datenbank Feature Deutschland: 80% der 10g RAC Kunden nutzen auch ASM als LVM Zitat: : ASM is the best thing that has happened to databases since SQL. ASM erweitert SAME darum ist es so gut SAME = Stripe And Mirror Everything Generell Oracles Best Practices mit dem Ziel: Verteilung der I/O Belastung über viele LUNs SAME allein löst nicht alle Herausforderungen: Statische Methode Nach einer Speicherweiterung muss manuell umverteilt werden ASM erweitert SAME und arbeitet somit universal: Dynamische Online-Rekonfiguration des Speichers Effiziente Umverteilung der Daten während Rekonfiguration 13

14 ASM Einfache, allgemeine Storage Verwaltung Generell gilt für ASM: Keine Notwendigkeit zur Nutzung eines Logical Volume Managers (LVM) Eliminierung von File-Systemen und Grenzen (z.b. 2 bzw. 4 GB pro File) Eliminierung von logischen Schichten in der Administration (LVM LUNs) IO Performance vergleichbar mit RAW Devices (also in der Regel gut ) Möglichkeit zur Absicherung der Daten mittels Spiegelung (quasi RAID 1) Im Cluster (RAC) gilt überdies: Keine Notwendigkeit zur Verwendung eines Cluster-LVM Keine Notwendigkeit zur Verwendung von RAW DEVICES Keine Notwendigkeit zur Verwendung von Cluster-Filesystemen (vgl. Metalink Note Raw Devices and Cluster Filesystems With RAC ) Möglichkeit der Absicherung der Daten mittels Host-Based-Mirroring Zugriffsbeschränkungen ab 10g Release 2 umfassend adressiert Und doch: grundlegende Frage Striping Stripe ich oder stripe ich nicht und wenn ja: wer striped? A. ASM Striping (JBOD) B. Logical Volume Manager (LVM) C. Überhaupt kein Striping D. Hardware RAID 0 und ASM Striping zusammen Antwort: ASM Striping und (HW) RAID Striping ergänzen sich. Daher Antwort A & D 14

15 ASM Basics: ein Striping erfolgt immer ASM striped grundsätzlich über alle Disks einer Diskgruppe Standard Stripe Size: 1MB für Datafiles, 128K für Controlfiles (generelle Granularität: K auf Datei-Typen-Ebene) Das ASM Standard-Striping kann nicht unterbunden werden Bei Disks im o.g. Sinne handelt es sich um ASM-Disks Als ASM-Disks können fungieren: SAN (LVM?)-basierte LUNs, physikalische Disks, RAW Devices Die Daten werden über alle Disks in der DG gleichmäßig (prozentual gesehen) verteilt. Es empfiehlt sich, gleich große Disks mit ähnlichen IO-Parametern in einer DG zu verwenden Disk Group Und doch: grundlegende Frage Spiegeln Welche RAID Konfiguration (Storage oder ASM) setze ich für beste Performance und optimale Verfügbarkeit ein? A. ASM Spiegelung B. Hardware RAID 1 C. Hardware RAID 5 D. Kombination aus Hardware RAID und ASM Spiegelung Antwort: Abhängig von Geschäftsanforderungen und dem Budget. Generell jedoch D, da ASM auf HW RAID aufbauen kann. 15

16 ASM Basics: Spiegeln kann, muss aber nicht Die ASM Spiegelung (einzige Möglichkeit der Absicherung der Daten gegen Disk-Ausfall) kann konfiguriert werden Die ASM Spiegelung wird für eine Diskgruppe festgelegt (einmal festgelegt, ist die Spiegelung nicht abänderbar) ASM Spiegelung: extern (keine), einfach & zweifach Gespiegelt wird immer über Failgroups (Ausfallgruppen) Der DBA (ASM) weist die ASM-Disks den Failgroups zu Dabei sollte berücksichtigt werden: Disks an demselben Controller in eine Ausfallgruppen Disk Group Kundenbeispiel: High-Tech-SAN & ASM Oracle DB: 3TB (1TB Data File, 2TB Flash Recovery Area) Storage Konfiguration: 8 x Einschübe mit 12 x 73GB Disks pro Array (Gesamtkapazität: 7TB) PRO gleichmässige Verteilung Wenige LUNs müssen verwaltet werden CONTRA große Erweiterungsschritte Data & FRA konkurrieren auf den Disks Data Diskgroup (1TB) LUN FRA Diskgroup (2TB) LUN GB LUNs 500GB LUNS RAID

17 Konfigurationsregeln mit einfachen Disks (JBOD) Disks mit ähnlichen Leistungsdaten sollten in einer ASM Disk Group zusammengefasst werden Disks mit demselben Zugriffpfad sollten in einer ASM Failure Group zusammengefasst werden Die Anzahl der ASM Disk Gruppen sollte überschaubar bleiben Performance Management SAME Ergebnisse beherzigen. Konfigurationsregeln mit virtuellen Disks (LUNs) Disk Groups sollten mit Redundancy External konfiguriert werden (Änderung später nicht möglich) Passendes Raid-Level im Storage-Subsystem wählen LUNs mit unterschiedlichem Raid Level sollten auch in unterschiedlichen Disk Groups zusammengefasst werden. ASM beschleunigt nicht Storage-Subsystem mit der gewünschten Ziel Performance und Verfügbarkeit wählen ASM-Sicht und Storage-Sicht sollten zusammenpassen 17

18 Konfigurationsregeln Administration Teil 1 Eine ASM Disk Group ist autark Alle Informationen liegen in der Disk Group selbst Austausch von Disk Gruppen zwischen Servern Autarke Disk Gruppen ermöglichen den Austausch Storage Snapshot Technologien Autarke Disk Gruppen sollten hierbei beachtet werden Die Schichten: DB ASM SNAPSHOP Volume Group sollten zueinander passen und sich entsprechend ergänzen Konfigurationsregeln Administration Teil 2 Verschiedene Bereiche der Datenbank haben unterschiedliche Storage-Anforderungen z.b. in Bezug auf die Verfügbarkeit und die Performance: Online Redo Logs Temp Tablespace Archive Logs etc. Die beiden Extreme: Viele Datenbanken in einer Disk Group Viele Disk Groups pro einzelne Datenbank /fs-data /fs-index /fs-ctrl-redo1 /fs-ctrl-redo2 /archive1 /archive2 18

19 Konfigurationsregeln Administration Teil 3 Die beiden Extreme: Viele Datenbanken in einer Disk Group Viele Disk Groups pro einzelner Datenbank Die generelle Oracle Empfehlung: Idealerweise 2 ASM Disk Groups Eine Online Disk Group, eine für die Backup Daten in der FRA Ausnahmen bestätigen die Regel: LUNs mit unterschiedlicher Leistung sollten in unterschiedliche Disk Groups Besondere Anforderungen an das IO Verhalten (Redo Logs) ggf. separat Data Disk Group Data, redo log, control file types Flash Recovery Area Disk Group Archive log, backup, temp files types Kundenbeispiel: einfach ASM für alles Single Instance Datenbanken.. DB1 DB2 DB10 10 Datenbanken & Anwendungen OLTP und DSS gemischt Disk Group 1 Data file 1-5 Redo log 1-5 Control file 1-5 Redo log 6-10 Control file 6-10 Disk Group 2 Data file 6-10 Redo log 6-10 Control file 6-10 Redo log 1-5 Control file 1-5 Flash Recovery Area für Datenbank 1-10 Archive log 1-10 Backup files 1-10 Flashback Logs 1-10 Temp files

20 ASM-Administration... Stabile, gleichmäßige Verteilung der Daten auf den Platten Sondern so... So nicht... Was ASM sieht Disk Discovery generell ASM läuft im User-Mode. Die Sicht auf eine Disk, die dann zur ASM-Disk gemacht werden kann, ist seitens des OS bestimmt. Folgende Kriterien sind Randbedingungen zum Auffinden einer Disk: ASM_DISKSTRING (ASM Instance- / Initialisierungs-Parameter) Die Rechte auf den für ASM vorgesehenen Disks (oracle:dba:640) Sollte kein direkter Zugriff auf die Disk erfolgen (z.b. durch RAW Device Definition oder Symbolic Links bzw. Pseudo-Devices), ist die Rechte Struktur über alle Ebenen durchzuhalten. Der ASM_DISKSTRING umfasst je nach OS das jeweilige Standard-Verzeichnis für Disk-Devices (z.b. /dev/sd* bzw. /dew/raw/raw*) Ggf. empfiehlt es sich, die Disks zu stampen (vor allem unter Windows: ASMTOOLG) 20

21 Mehrere Wege zum Storage Multipathing Aus Hochverfügbarkeitsgründen wird oftmals mehr als ein Weg (Pfad, englisch Path) zum Storage vorgehalten, um bei Ausfall eines Weges, umgehend einen anderen Weg nutzen zu können (Multipathing) ASM kann diese multiplen Wege nicht automatisch nutzen! Im Gegenteil: sollte ASM eine Disk mehr als einmal erreichen können (über > 1 Pfade) kann die DG, die diese Disk enthält, nicht ge-mounted werden. Multipathing ist für ASM i.d.r. transparent, daher können unterschiedliche Multipathing-Lösungen mit ASM eingesetzt werden. I.d.R. gemeinsamer Ansatz: Pseudo-Devices Divide et impera Disk Partitionierung ASM-Disks basieren auf: Vollständigen, physikalischen Disks (/dev/sda) RAW Devices (/dev/raw/rawn) nicht (/dev/sda1) Klassische RAW Device Definition: Unformatiertes, logisches Laufwerk in einer extended Partition Auf vielen OS kann von dieser Definition allerdings abgewichen werden, aufgrund autonomer RAW Device Vereinbarung (RAW Device binding) Es sollte partitioniert werden & es empfiehlt sich die Einhaltung der klassischen Definition (s.o.) 21

22 Kritzeleien ASM und andere Metadaten Eine ASM Disk und ASM Diskgruppen sind autark es erfolgt keine ASM (Meta-)Datenhaltung ausserhalb der ASM Disk. Dies bedingt eine Verwaltung von ASM Metadaten auf der Disk ASM Metadaten liegen am Anfang (Header) einer ASM Disk Manche OS legen Disk-spezifische IDs / Metadaten ebenfalls an den Anfang einer Disk Zur Vermeidung einer gegenseitigen Überlagerung empfiehlt sich daher, den Zylinder / Sektor 0 für ASM auszusparen oder die OS Markierung zu unterbinden (meist nicht zwingend) Oft hilft auch die Verwendung einer extended Partition zur Partitionierung der (ASM) Disks ASM sichert gegen Ausfall immer ASM sichert gegen Ausfall, aber es gibt kein ein wenig ausgefallen Wird von ASM ein Disk-Ausfall erkannt, werden die typischen Recovery-Mechanismen eingeleitet: Disk- Gruppe DG Rebalancing der Daten der DG Austragen der Disk-Referenzen in den ASM-Metadaten nach einem erfolgreichen Rebalancing Controller 1 Controller 2 Die Recovery-Mechanismen müssen beendet werden (ein Hinzufügen der kurzzeitig ausgefallenen Disk kann dies nicht verhindern / unterbrechen) Ausfallgruppe 1 Ausfallgruppe 2 22

23 Mehr als ein Storage? = ASM Host Based Mirroring Server 1 Server 2 Storage-basierte Datenspiegelung ASM kann i.d.r. für remote Mirroring (Host-Based Mirroring) eingesetzt werden. Die Anwendbarkeit ist im Einzelfall zu prüfen. Voraussetzung sollte sein: lokale Sicherung der Daten-Disks im Storage (lokales RAID) Basis ist eine entsprechende Konfiguration im System ASM Skalierung Die ASM Grenzen 63 Disk-Gruppen ASM-Platten 4 Peta-Byte pro Platte 40 Exa-Byte maximaler Speicher 1 Million Dateien pro Disk-Gruppe 6 Tera-Byte maximale Dateigröße 23

24 Zusammenfassung Storage Management wird also ganz einfach! Oracle Database 10g ASM für Volume- und Datei-Management Wenn möglich, Absicherung mit Storage-basiertem RAID LUNs anlegen nach den Regeln Die äußeren Zylinder der Platten für die höchste Performance Kleine Spindeln mit möglichst hohen Rotationsgeschwindigkeiten Möglichst viele Spindeln in der Disk Group Dann erledigt ASM den Rest Zum Schluss: Lizenzierung Alle Licensing Informationen sind verfügbar in dem: Oracle Database Licensing Information 10g Release 2 (10.2) Generell gilt zur Lizenzierung von 10g ASM Release 2: Die (Cluster) Volume Manager Funktionalität Die (Cluster) File System Funktionalität Die einheitliche Verwaltung des Stacks mit dem EM Der umfangreiche Zugriff über WebDav, FTP, CLI, SQL, EM Die damit einhergehende einfache Administration und Migration und vieles andere mehr... Ist in allen DB Versionen (SE / EE, SI, RAC) kostenfrei 24

25 Weitere Informationen Generell: Dort zu finden: ASM Overview and Technical Best Practices White Paper (PDF) Take the Guesswork Out of Database IO Tuning White Paper (PDF) Database Storage Consolidation with ASM White Paper (PDF) Anbieter-spezifisch: Using Oracle ASM on Network Appliance Storage Simplified Database Using ASM on EMC Storage Technology Best Practice White Paper Best Practice White Paper - Using Oracle ASM with FUJITSU Storage Storage Management - Testing of ASM on 3PARdata Storage Using Oracle ASM with NEC Storage S Series Products Internet Seminare - Downloads: Weitere, interessante Materialien: F R A G E N A N T W O R T E N Später auch gerne per 25

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