Grundlagen der Datenbanksysteme 2 (M-DB2) Dr. Karsten Tolle

Transkript

1 Grundlagen der Datenbanksysteme 2 (M-DB2) Dr. Karsten Tolle

2 User 1 User n DBMS Festplatten Log Anwendung 1 Anwendung n Daten 2

3 Probleme 1. Medienfehler Festplatte 2. Zugriffszeiten beim Lesen und Schreiben 3. Wie speichert man z.b. 100 TB? 3

4 Medienfehler - Festplattentypen Welche Typen gibt es? IDE (ATA), SATA, SCSI, SAS (Serial Attached SCSI), Fibre Channel, Übertragungsrate: SATA III und SAS (bis 6 Gbit/s) Bem.: SAS hat Dualport, dort also bis 12Gbit/s möglich HDD, SSHD (Hybrid), SSD z.b. SSHD: Hybrid-Festplatte mit 1 TB HDD und 8 GB SSD 6,35 cm (2,5") Festplatte mit rpm, 64 MB Cache und SATA III-Anschluss 4 SATA: Serial Advanced Technology Attachment SCSI: Small Computer System Interface

5 Medienfehler - Festplattentypen Aufbau? z.b. SSHD: Hybrid-Festplatte mit 1 TB HDD und 8 GB SSD 6,35 cm (2,5") Festplatte mit rpm, 64 MB Cache und SATA III- Anschluss Cache (64 MB) SSD (8GB) HDD (1TB) 5 Was ist eigentlich mit dem Cache, wenn der Strom ausfällt?

6 Was ist eigentlich mit dem Cache, wenn der Strom ausfällt? Schreibcache ist weg! Was dort geschrieben wurde, wurde per Handshake als geschrieben an den Scheduler gemeldet! es kann also zu Problemen kommen! Lösungen: Batterie Backup Unit (teilweise speziell für HDDs) Schreibcache deaktivieren schlechtere Performance Windows: Gerätemanager HDD 6

7 Medienfehler - Fehlertypen Head-Crash Aufsetzen des Lesekopfes Kratzer oder Abreißen des Kopfes Überhitzungen, Magnetfelder, langes nicht verwenden ( sticky disk ), UBE (unrecoverable bit error) maximale Anzahl von Fehlern pro Leseroperation, z.b (max. 1 Fehler pro gelesene Bits) wird vom Hersteller angegeben normal sind: Consumer: Server: bis Siehe auch: unrecoverable read errors (URE) oder latent sector errors (LRE) 7

8 Probleme lösen 1. Medienfehler Festplatte Lösungsansatz: Redundante Speicherung 2. Zugriffszeiten beim Lesen und Schreiben Lösungsansatz: mehrere Platten gleichzeitig nutzen 3. Wie speichert man z.b. 100 TB? Lösungsansatz: mehrere Platten zu einer virtuellen Platte zusammenlegen Womit: RAID - redundant array of independent disks 8

9 RAID Umsetzungen Software-RAID RAID Controller z.b. DC-324E RAID BLI 4-Kanal SATA II RAID 5 PCI-Express Controller Unterstützt RAID 1, 0, 10, 5, JBOD und Backup Vier unabhängige Serial ATA II Kanäle Zwei Kanäle wahlweise als esata-port nutzbar 300 MByte/s Datentransferrate Hardware-RAID Disk-Array (auch DAS, SAN oder NAS) 9

10 RAID (früher) redundant array of inexpensive disks (heute) redundant array of independent disks In Büchern findet man oft: RAID-Levels 0 6 (Kemper: RAID-Level 0-5 ; Elmasri, Navathe: RAID-Level 0-6) 10

11 RAID-Level 0 - Striping Eigentlich gar kein R! Test Controller T e s t 11 RAID 0 mit 4 Platten

12 RAID-Level 1 - Mirroring Test Controller Test Test Test Test RAID 1 mit 4 Platten 12

13 RAID-Level 3 Prinzip Paritätsinfo Controller Fällt die rote Platte aus, kann man aus den anderen und den Paritätsinfo die Daten rekonstruieren: 0,?,0 = 1? = 1, 0,?,0 = 0? = 0, 0,?,1 = 1? = 0, 0,?,1 = 0? = 1, RAID 3 mit 4 Platten Paritätsinfo: XOR(011) = 0 XOR(111) = 1 13

14 RAID-Level 2 und 3, 4 (veraltet) RAID-Level 2: Bit-Level Striping mit Hamming- Code (veraltet) RAID-Level 3: Bit-Level Striping mit Paritätsinfo auf extra Platte (veraltet) RAID-Level 4: Block-Level Striping mit Paritätsinfo auf extra Platte (veraltet) 14

15 RAID-Level 5 Block-Level Striping mit verteilter Paritätsinfo B1, B2, B3, B4, B5, B6, P1-3 P4-6 Controller B1 P4-6 B2 B4 B3 B5 P1-3 B6 RAID 5 mit 4 Platten Vermeidet Paritätsplatte als Flaschenhals beim Block-Striping! 15

16 RAID-Level 6 Block-Level Striping mit doppelten Paritätsinfos Fast wie RAID-Level 5, werden zwei verschiedene Paritätsinfos gebildet und gespeichert. Hierdurch können bis zu zwei zwei Platten gleichzeitig ausfallen. 16

17 RAID-Kombinationen Oft findet man heute Kombinationen der RAID- Level auf zwei Ebenen RAID xy RAID x Verbünde über ein RAID y verbunden es gibt noch viele weitere spezielle Kombinationen und Entwicklungen für spezielle Zwecke 17

18 RAID 10 RAID 1 Verbünde über ein RAID 0 verbunden Test RAID 0 RAID 1 RAID 1 Te Te st st 18

19 RAID 01 RAID 0 Verbünde über ein RAID 1 verbunden Test RAID 1 RAID 0 RAID 0 Te st Te st 19

20 Folgendes ist bei RAID zu beachten Plattengrößen sind oft nicht egal. eventuell Platz lassen, sonst kann es Probleme beim Ersetzen der Platten geben. Ohne funktionierenden RAID-Controller sind die Daten eventuell nicht lesbar. 20

21 Tapes statt Festplatten (Backup?) Je nach Anwendungsfall, zu beachten sind: Kapazität Geschwindigkeit Preis sonstige Anforderungen 21

22 HADR Begriffe: High Avalability (HA) Desaster Recovery (DR) IBM - High Availability and Disaster Recovery Options for DB2 for Linux, UNIX, and Windows 22

23 Geschätzte Kosten für Ausfallzeiten (Downtimes) Stand: 2002!!!! Geschäftsfeld Aktienhandel Kreditkarten-Gesellschaften Geschätzte Kosten pro Stunde $6,45 Millionen $2,6 Millionen Home Shopping Channel $ Katalog Verkaufs Center $ Fluglinien Reservierung $ Versand Service $ Geldautomat Service $ Nach: Craig S. Mullins Database Administration The Complete Guide to Practices and Procedures 2002 Addison-Wesley ISBN

24 Kosten für Ausfallzeiten (Downtimes) Ausfallzeiten pro Jahr Verfügbarkeit Minuten Stunden Kosten pro Jahr* 99,999% 5 0, $ 99,99% 53 0, $ 99,9% 526 8, $ 99,5% , $ 99% , $ * Bei Kosten für eine Stunde Ausfallzeit von $ Nach: Craig S. Mullins Database Administration The Complete Guide to Practices and Procedures 2002 Addison-Wesley ISBN

25 HA Was? 25 Shield user applications from the failure without appreciable performance degradation (or even loss of availability), so the user applications are not aware of the failure. Respond to the failure to contain its effect. For example, if a failure occurs on one machine in a cluster, the cluster manager can remove that machine from the cluster so that no further transactions are routed to be processed on the failed machine. Recover from the failure to return the system to normal operations. For example, if a standby database takes over database operations for a failed primary database, the failed database might restart, recover, and take over once again as the primary database.

26 Increasing HA Wie? (1) Redundancy: Having secondary copies of each component of your solution that can take over workload in the event of failure. If a component of the system is not redundant, that component could be a single point of failure for the system. System monitoring: Collecting statistics about the components of your solution to facilitate workload balancing or detect that components failed. 26

27 Increasing HA Wie? (2) Load balancing: Transferring some workload from an overloaded component of your solution to another component of your solution that has a lighter load. Failover: Transferring all workload from a failed component of your solution to a secondary component. When workload is transferred this way, the secondary system is saidto take over the workload of the failed primary system. 27

28 Increasing HA Wie? (3) Maximizing performance: Reducing the chance that transactions take a long time to complete or time out. Minimizing the impact of maintenance: Scheduling automated maintenance activities and manual maintenance activities to impact user applications as little as possible. 28

29 Increasing HA Wie? (4) 29 Clustering: A cluster is a group of connected machines that work together as a single system. When one machine in a cluster fails, cluster managing software transfers the workload of the failed machine onto other machines. Database logging: Database logging is an important part of your highly available database solution design because database logs make it possible to recover from a failure, and they make it possible to synchronize primary and secondary databases.

30 High availability vs continuous availability Availability is about ensuring that a database system or other critical server functions remain operational both during planned or unplanned outages, such as maintenance operations, or hardware or network failures. If there is no downtime during planned or unplanned outages, a system is said to be continuously available; otherwise, it is said to be highly available. 30