Oracle Datenbanken mit Oracle Solaris virtualisiert

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1 Oracle Datenbanken mit Oracle Solaris virtualisiert Heiko Stein etomer GmbH Berlin Detlef Drewanz Oracle Deutschland BV & Co. KG Berlin Schlüsselworte: Oracle Solaris Container, Oracle Solaris Zonen, Oracle Datenbanken Einleitung Oracle Solaris ermöglicht mit den Oracle Solaris Containern, oft auch als Oracle Solaris Zonen bezeichnet, eine Virtualisierungsart auf der OS-Ebene. Die Oracle Solaris Container setzen sich aus den Funktionalitäten des Solaris Ressourcenmanagements und den Oracle Solaris Zones zur Bildung von isolierten Laufzeitumgebungen zusammen. So entstehen sichere und isolierte Laufzeitumgebung für eine Vielzahl von Anwendungen. Gerade durch die enge Kombination aus Virtualisierung und Ressourcenmanagement ermöglichen Oracle Solaris Container eine sehr effektive, flexible, performante und kostengünstige Virtualisierung von Anwendungen in den verschiedensten Einsatzfällen. Einer dieser Anwendungsfälle ist deren Benutzung als Laufzeitumgebung für Oracle Datenbanken. Jedoch gibt es beim Einsatz von Oracle Datenbanken in Zonen einige Richtlinien zu beachten. In den folgenden Kapiteln erklären wir zunächst einige grundlegende Funktionsweisen der Zonen- und Ressourcenmanagement-Technologie und geben eine Überblick zu den Besonderheiten bei der Installation und dem Betrieb von Oracle Datenbanken in Zonen ein. Wir gehen dabei ausschließlich auf die Installation und den Betrieb von Single Instance Datenbanken ein, jedoch ist auch der Betrieb von Oracle RAC in Oracle Solaris Containern möglich. Eine Diskussion beider Formen würde hier jedoch den Rahmen sprengen. Nähere Angaben zum Betrieb von Oracle RAC in Oracle Solaris Containern finden sich in

2 Die Oracle Solaris Zones Technologie Zum besseren Verständnis der folgenden Empfehlungen für die Installation von Oracle Datenbanken in Zonen werden hier zunächst einige grundlegende Prinzipien von Oracle Solaris Zonen umrissen. Solaris Zonen sind eine Virtualisierung auf der Schnittstelle zwischen dem Betriebssystem und der Applikation: Es gibt zwei Formen von Zonen je System, eine globale Zone und mehrere nicht-globale Zonen. Die globale Zone enthält das Oracle Solaris Betriebssystem mit seinem Kernel, den Treibern, den Geräten und den Filesystemen. Nicht-globale Zonen sind virtuelle Umgebungen oberhalb der globalen Zone, die voneinander isoliert sind und sich zusammen mit der globalen Zonen den Betriebssystemkern teilen. Die nicht-globalen Zonen verfügen über ein eigenes Rootfilesystem und weitere eigene Filesysteme. Die nicht-globalen Zonen werden zusätzlich nach der Art ihrer Filesystemstruktur unterschieden: Sparse root Zonen verfügen zwar über eigene Rootfilesysteme, nutzen jedoch die Filesysteme /lib, /platform, /sbin, /usr als readonly-loopbackmount von der globalen Zone. Whole root Zonen nutzen vollständig eigene Filesysteme. Nicht-globale Zonen zeichnen sich weiterhin durch die folgenden Eigenschaften aus: Je Zone werden eine oder mehrere eigene Netzwerk-Adressen und ggf. auch eigene NetzwerkPorts genutzt. Physikalische Geräte sind nicht sichtbar, können jedoch optional konfiguriert werden. Zonen sind untereinander und gegen die globale Zone bezüglich Prozessen und Hauptspeicher getrennt. Die in den Zonen laufenden Prozesse verfügen über ein reduziertes Privilegienset, das durch den Administrator der globalen Zone erweitert oder reduziert werden kann. Die globale Zone kann zur Steuerung und Überwachung alle Prozesse und Filesysteme der nicht-globalen Zonen sehen. Abbildung 1: Schematische Darstellung von Containern

3 Mit diesen Eigenschaften unterscheiden sich die Oracle Solaris Zonen von anderen Formen der Virtualisierung, wie z.b. der Hypervisor-basierten Virtualisierung oder physikalischen Domains. Das folgende Bild zeigt schematisch die unterschiedlichen Ebenen, die die verschiedenen Virtualisierungsformen adressieren. Abbildung 2: Vergleich unterschiedlicher Virtualisierungsformen Netzwerkkonfiguration von Zonen Zur Kommunikation mit anderen Zonen oder anderen Systemen benutzen Zonen ihre Netzwerkkonfiguration. Hierbei werden zwei grundsätzliche Konfigurationen unterschieden, von denen je Zone genau eine Variante genutzt wird: Zonen mit shared-ip_instanzen konfigurieren ihre IP-Adressen auf virtuellen Interfaces, die auf von dem TCP/IP-Stack der globalen Zone verwalteten physikalischen Interfaces liegen. Die globale Zone nutzt immer die shared-ip Instanz. Es gibt genau eine shared-ip Instanz je Oracle Solaris Installation. Alle Zonen, die die shared-ip Instanz konfiguriert haben, teilen sich einen TCP/IP-Stack mit seinen Statistiken und Konfigurationen. Eine exclusive-ip Instanz bildet einen eigenen TCP/IP-Stack ab, der genau einer Zone zugewiesen ist und in dem jede Zone ihre eigenen Statistiken und Konfigurationen hält. Dafür nutzt die Zone eigene Netzwerkinterfaces, die nur ihr zur Verfügung stehen.

4 Das folgende Bild zeigt schematisch die Unterschiede zwischen beiden Konfigurationen. Shared-IP Instanz Global Exclusive-IP Instanz Exclusive-IP Instanz Zone A Zone B Zone C Web DB MW IP/ARP/IPsec IP/ARP/IPsec IP/ARP/IPsec Abbildung 3: Vergleich shared-ip und exclusive-ip Instanz in Oracle Solaris Zonen Solaris Ressourcenmanagement und Zonen Die Isolationseigenschaften von Zonen ermöglichen den separierten gleichzeitigen Betrieb mehrerer Anwendungen auf einer Oracle Solaris Installation. Durch das Ressourcenmanagement wird sichergestellt, dass die einzelnen Anwendungen beim Parallelbetrieb nicht beeinträchtigt werden, da alle Zonen auf denselben Betriebssystemkernel und so auch auf dieselbe Hardware zugreifen. Oracle Solaris Zonen sind für die Funktionen des Kernels weitere Prozesse, die mit Betriebsmitteln zu bedienen sind. Um Möglichkeiten zum Ressourcenmanagement einzusetzen, wird also zunächst eine Klassifizierung von verschiedenen Arten von Workload benötigt, auf die die Maßnahmen eingesetzt werden können. Diesen verschiedenen Arten können je nach Erfordernis Attribute zugewiesen werden, die die Steuerung des Workloads ermöglichen. Ein Prozess wird durch seine Prozess-ID identifiziert.. Eine Task kann aus einem oder mehreren Prozessen bestehen. Projekte nutzen tags zur Identifikation von Workloads und setzen sich aus einem oder mehreren Tasks von mehreren Nutzern aus verschiedenen Gruppen zusammen. Projekten können Attribute zugewiesen werden, die vom Solaris Ressourcenmanager genutzt werden. Eine Zone ist eine virtuelle, isolierte Laufzeitumgebung, identifiziert durch eine Zone-ID. Die folgenden Betriebsmitteln sind durch den Ressourcenmanager kontrollierbar: CPU Speicher Kernel Ressourcen zur Interprozess Kommunikation (IPC)

5 Es werden drei unterschiedliche Arten des Ressourcenmanagements unterschieden: Ausbalancieren des Ressourcenverbrauches: Hier werden die Ressourcen in Höchstlastsituationen nach vorher festgelegten Verhältnissen zwischen den Beteiligten fair aufgeteilt. Beispiel: Fair Share Scheduler für CPU-Ressourcen Limitierung (Capping) des Ressourcenverbrauches: Es wird ein oberes Limit einer Ressource festgelegt. Wird mehr von der Ressource angefordert, wird die Zuteilung an diesem Wert gekappt. Beispiele: Limitierung der IPC Ressourcen des Kernels Limitierung des belegten pysikalischen Hauptspeichers Limitierung des zugewiesenen virtuellen Hauptspeichers Limitierung des Shared Memory Limitierung des Locked Memory Limitierung der nutzbaren CPU-Zeit Partitionieren von Ressourcen: Die Ressourcen stehen exklusiv zur Verfügung. Beispiel: Prozessor Sets in einem Ressource Pool Je nach Art und Anforderung der Anwendung und deren Verhalten in einer Zone oder gegenüber weiteren laufenden Anwendungen, werden nur einzelne oder mehrere Steuerungsmöglichkeiten für Ressourcen im Verbund eingesetzt. Capped Oracle Solaris 10 Container als Hard Partitions Wenn Oracle Datenbanken auf Systemen installiert werden, die erheblich mehr CPU-Leistung bereitstellen als von der Datenbank benötigt wird, stellt sich die Frage nach der Optimierung der Lizenzkosten. Für solche Fälle eignet sich der Einsatz von capped Oracle Solaris 10 Containern als Hard Partition. Die Bezeichnung capped sollte hier jedoch nicht mit dem oben erwähnten Limitieren von Ressourcen verwechselt werden. Es werden für die in dem capped Container laufenden Anwendungen nur die CPU lizenziert, die diesem Container fest und exklusiv zugewiesen sind. Diese Zuweisung erfolgt durch definierte Prozessorsets, die einem Ressourcenpool zugewiesen werden. Der entsprechende Oracle Solaris Container benutzt ausschließlich diesen Ressourcenpool und lizenziert die zugewiesenen CPU's. Dadurch ist es in Konsolidierungsumgebungen möglich, die Lizenzkosten für Software zu begrenzen, wenn z.b. auf einem 8 CPU-Socket System mit je 4 Core pro Socket, nur 16 Core in einem Capped Oracle Solaris 10 Container benutzt werden. Würde kein capped Container benutzt, wären 32 Cores zu lizenzieren.

6 Gründe für den Betrieb von Oracle Datenbanken in Oracle Solaris Containern Die Gründe für die Benutzung von Datenbanken in Oracle Solaris Containern können ganz unterschiedlich sein. Im Folgenden seien beispielhaft einige aufgeführt. Konsolidierung Zusammenfassung von mehreren, wenig ausgelasteten Datenbanken auf ein oder wenige Konsolidierungssysteme, wenn die Datenbanken selbst nicht konsolidiert werden können. Konsolidierung von Testdatenbanken, wenn z.b. die Vielfalt der Installationen wichtiger ist, als die Leistungsfähigkeit einer Einzelinstallationen Konsolidierung von mehreren Installationen aus verschiedenen Netzwerken auf ein System unter Ausnutzung der shared-ip Instanzen zur Fortführung der Netzwerktrennung Nutzung von capped Oracle Solaris 10 Containern zum effektiven Betrieb von Oracle Datenbanken in gemischten Umgebungen Isolation Installation von bestimmten Datenbanken in abgeschlossene Oracle Solaris Container zur Security-Trennung oder zur Trennung der Anwendungs-Administration von der Plattformadministration Konsolidierung von Schulungsdatenbanken, wenn im Schulungsbetrieb alle Teilnehmer eine eigene Datenbankinstallation vollständig selbständig verwalten lernen sollen. Architekturen Zur Schaffung einer flexiblen Datenbankinstallation, die bei Bedarf offline, aber sehr schnell auf ein anderes physikalisches Systemen verschoben werden kann. Zur Kapselung und Modularisierung von Datenbankinstallationen zur Vereinfachung von Architekturen (jeder Datenbank ihren eigenen Oracle Solaris Container) Bereitstellung von historischen Installationen auf modernster Hardware. Solaris 8 und Solaris 9 Installationen werden noch in aktuellen Installationen verwendet und können teilweise nicht auf Oracle Solaris 10 umgestellt werden. Solaris 8 und Solaris 9 Container ermöglichen den Betrieb von solchen historischen Architekturen auf aktuellen SPARC Systemen mit Oracle Solaris 10 Installationen. Best Practices bei der Nutzung von Oracle Solaris Containern Zur universellen Nutzung von Oracle Solaris Containern empfiehlt es sich, ein Standard-Setup zu definieren, welches ein Mindestmaß an konfigurierten Einstellung der lokalen Zone abdeckt. Dieses ist daher auch beachtenswert, da verschiedene Einstellung nicht bei laufendem Oracle Solaris Container aktiviert werden können. Viele dieser Einstellung unterstützen auch sicherheitsrelevante Anforderungen an ein virtualisiertes System und eine noch stärkere Kapselung und Abtrennung der nicht-globalen Zone von der globalen Zone. Generische Einstellungen Einstellung der Scheduling-Class Ggf. Einrichtung der CPU-Shares Ggf. Einrichtung des CPU-Capping Limitierung der Anzahl der LWP's Einrichtung erweiterter Berechtigungen zur Nutzung von dtrace in der Zone Limitierung des tmpfs Aktivierung des Logging von RCTL-Events in der globalen Zone

7 Oracle relevante Einstellungen Limitierung des shared Memory Limitierung des locked Memory Einrichtung erweiterter Berechtigungen zur Nutzung von DISM in der lokalen Zone Ggf. Einrichtung statischer CPU-Pool ( Oracle Lizenzmodell) Vorbereitungen zur Installation von Oracle Datenbanken in Oracle Solaris Containern Im Folgenden gilt es, die Vorbereitungen zur Installation der Oracle Datenbank in Oracle Solaris Containern zu berücksichtigen: Netzwerkkonfiguration Shared- oder exclusive-ip Instanz Redundanzmodelle via IPMP Konfiguration des Storage Varianten der Bereitstellung der benötigten Devices für Oracle Solaris Container Beispielinstallation Dokumentierte Beispielinstallation basierend auf Best Practices Dokumentierte Konfigurationsbeispiele Globale Zone Lokale Zone Filesystemmapping in die lokale Zone Zusammenfassung Oracle Datenbanken in Oracle Solaris Zonen zu benutzen, ist nicht kompliziert und bringt gerade für Test- und Entwicklungsumgebungen viele Vorteile. Die Nutzung von Oracle Datenbanken in Zonen in Kombination mit gängigen HA-Lösungen (z.b. Oracle Solaris Cluster) bringt weitere Vorteile zu Tage. Literaturverzeichnis System Administration Guide: Oracle Solaris Containers-Resource Management and Oracle Solaris Zones Best Practices for Running Oracle Databases in Oracle Solaris Containers, Oracle Whitepaper, June 2011, Ritu Kamboj and Roman Ivanov Kontaktadresse: Heiko Stein etomer GmbH Drakestraße Berlin Telefon: Internet: +49 (0) Fax: +49 (0) Heiko.Stein@etomer.de, Detlef.Drewanz@oracle.com