決定應(yīng)該賦予數(shù)據(jù)庫什么樣的存儲(chǔ)和配置，已經(jīng)成為一項(xiàng)雜亂無章的工作，這種現(xiàn)象我見得多了。數(shù)據(jù)庫工程師一般都是數(shù)據(jù)庫的專家，而對(duì)于存儲(chǔ)配置的低層細(xì)節(jié)幾乎一無所知。另外存儲(chǔ)管理員和工程師也往往不知道數(shù)據(jù)庫如何利用下層的存儲(chǔ)，以及數(shù)據(jù)庫、索引文件、記錄文件，當(dāng)然還有文件系統(tǒng)和卷管理器的需求和最佳配置又是什么。
這往往造成了存儲(chǔ)資源利用率低，增加了整體成本，導(dǎo)致性能降低甚至可能無法滿足你的需求，此外預(yù)算也總是很緊張，而管理上又要求有效地利用可獲得的預(yù)算。本文將解決數(shù)據(jù)庫管理員和存儲(chǔ)工程師在解決架構(gòu)問題而進(jìn)行協(xié)作時(shí)的一些問題。
數(shù)據(jù)庫與存儲(chǔ)架構(gòu)配置
組件
大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫的端到端存儲(chǔ)架構(gòu)所需硬件和軟件如下：
數(shù)據(jù)庫
* 控制文件(Control file)
* 表空間(Table space)
* 索引文件(Index file)
* 重做日志(亦稱在線日志，Redo log)
操作系統(tǒng)
文件系統(tǒng)和卷管理器(如果數(shù)據(jù)庫運(yùn)行在裸設(shè)備上，這一項(xiàng)可能沒有關(guān)系)
主機(jī)總線適配器(HBA)
存儲(chǔ)硬件
以上每一部分都擁有多個(gè)組件，具有多種特性和功能，對(duì)整體性能影響顯著。
數(shù)據(jù)庫
數(shù)據(jù)庫應(yīng)用本身具有多重特性和功能，必須加以考慮。Oracle的組件如下：
控制文件—-記錄數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，用于激活數(shù)據(jù)庫
表空間—-來自數(shù)據(jù)庫各行各列的實(shí)際數(shù)據(jù)
索引文件/空間—-Oracle中并不需要索引，不過大型數(shù)據(jù)庫總會(huì)用到索引，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)庫中進(jìn)行查找時(shí)，索引可以大幅提升查找速度
重做日志—-被激活的數(shù)據(jù)庫請(qǐng)求，允許你在數(shù)據(jù)庫崩潰后進(jìn)行重建并重新啟動(dòng)(這些日志本質(zhì)上類似于文件系統(tǒng)日志)
因?yàn)樯鲜鼋M件都有不同類型的訪問模式，所以每種文件類型均被存儲(chǔ)在不同的文件系統(tǒng)中，并有調(diào)節(jié)選項(xiàng)。其它數(shù)據(jù)庫也擁有相似的文件類型，需要以相似的方式考慮。
控制文件
大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫都建議使用多個(gè)控制文件以確保可靠性?？刂莆募⒉恍枰懗Ｗx，不過你必須確定各文件被放置在不同的RAID集上，適用于不同的RAID控制器。
表空間
表空間一般是數(shù)據(jù)庫中量最大的數(shù)據(jù)。當(dāng)讀取列上的大表時(shí)，表空間可以由更大的I/O請(qǐng)求訪問。根據(jù)大小和更新頻率的不同，表空間常常位于更大的數(shù)據(jù)條帶化RAID-5上，以便獲得較RAID-1更高的密度和提升的性能。
索引文件/空間
在許多數(shù)據(jù)庫中，索引文件是被訪問頻率最高的數(shù)據(jù)。查找索引文件有可能需要很大的IOPS(每秒I/O操作)。另外，有時(shí)候數(shù)據(jù)庫被重新索引，這在計(jì)算上非常密集，并且需要大量的I/O帶寬。因?yàn)閿?shù)據(jù)庫和所需的查找類型不同，索引空間也許會(huì)很大，一般來說，根據(jù)傳統(tǒng)的UNIX文件尺寸，索引文件的大小為2 GB。
重做日志
重做日志文件中存放了各種記錄，你可以撤銷對(duì)數(shù)據(jù)庫的各種操作，這些被稱為重做記錄。重做記錄用于循環(huán)緩沖器中，因?yàn)樗话闶切/O，所以用RAID-1就不錯(cuò)。由于需要兩個(gè)或以上的重做日志文件，通常將日志文件放在不同的RAID-1卷上。
操作系統(tǒng)
數(shù)據(jù)庫一般都需要具備操作系統(tǒng)的一些特性和功能，如共享內(nèi)存和標(biāo)志等。另外，數(shù)據(jù)庫也經(jīng)常利用計(jì)算機(jī)內(nèi)大量的內(nèi)存，這通常由改變數(shù)據(jù)庫中的可調(diào)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。
在許多操作系統(tǒng)中，I/O請(qǐng)求的大小限制在256 KB或128 KB，不能改變，所以如果必須對(duì)存儲(chǔ)和操作系統(tǒng)完成更多的請(qǐng)求，就會(huì)影響到I/O性能。
文件系統(tǒng)和卷管理器
架構(gòu)決策中最重要的事情之一就是為每個(gè)數(shù)據(jù)庫組件確定最理想的卷管理器和文件系統(tǒng)設(shè)置，對(duì)于每種類型的I/O，你可能希望進(jìn)行不同的設(shè)置，請(qǐng)考慮以下的I/O類型：
長(zhǎng)和短的連續(xù)塊
長(zhǎng)和短的隨機(jī)塊
長(zhǎng)和短的多重?cái)?shù)據(jù)流塊
所有的讀
所有的寫
多線程
對(duì)所有這些類型的I/O來說，只有一組設(shè)置的文件系統(tǒng)表現(xiàn)得都不好，而且我敢說對(duì)于上述任何兩種類型的I/O來說，只有一組可調(diào)參數(shù)的文件系統(tǒng)也無法做好，也不可能通過改變參數(shù)來提升性能。
設(shè)計(jì)中要確定的兩個(gè)關(guān)鍵因素是：
1.對(duì)于所要處理的I/O類型，什么是最好的卷管理器和文件系統(tǒng)
2.對(duì)于該文件系統(tǒng)和卷管理器，什么又是最好的可調(diào)參數(shù)
幾年前我曾做過一個(gè)數(shù)據(jù)庫，由于一些原因而無法進(jìn)行擴(kuò)展，不過我認(rèn)為其中最主要的原因是RAID緩存在進(jìn)行索引查找時(shí)未得到有效利用。RAID的讀訪問率小于20%，而且我認(rèn)為大部分是不規(guī)則的連續(xù)讀(先對(duì)幾個(gè)請(qǐng)求連續(xù)讀，然后隨機(jī)跳過幾個(gè)，又開始連續(xù)讀)。
檢查卷管理器后，我發(fā)現(xiàn)了問題所在。每個(gè)文件系統(tǒng)有32個(gè)LUN(邏輯單元號(hào))，每個(gè)LUN為8 GB。文件系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)條設(shè)置為32 KB，與RAID分配相符。每個(gè)索引文件是2 GB。
考慮到RAID緩存的工作方式，你必須先讀兩個(gè)連續(xù)塊再讀第三個(gè)塊，這是常用的算法，因此在下一個(gè)I/O到達(dá)緩存之前，需要32 KB*32 LUN*2，即2 MB的連續(xù)讀數(shù)據(jù)。
RAID緩存利用率如此低下并不奇怪。客戶被告知他們有兩個(gè)辦法提升性能，一是為卷管理器數(shù)據(jù)條分配2 GB，這樣每個(gè)索引文件均被連續(xù)分配;二是使用另一種文件系統(tǒng)，可以使數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)而不是條帶化。循環(huán)狀態(tài)下，每個(gè)開放的系統(tǒng)請(qǐng)求都會(huì)被分配給另一個(gè)LUN，并且被打開的文件中所有數(shù)據(jù)也都會(huì)被分配在那個(gè)LUN上。
當(dāng)我們使用循環(huán)分配方法和讀緩存測(cè)試這種配置時(shí)，訪問率從20%上升到80%，性能也超過了當(dāng)時(shí)客戶的要求。
主機(jī)總線適配器(HBA)
即使價(jià)值2,000美元的HBA也會(huì)對(duì)大型數(shù)據(jù)庫的性能造成重大影響。對(duì)HBA要考慮兩個(gè)地方：
1.未處理的I/O請(qǐng)求量
2.可以實(shí)現(xiàn)的最大請(qǐng)求量
大多數(shù)HBA在驅(qū)動(dòng)器軟件中將未處理的請(qǐng)求量默認(rèn)值設(shè)置為16，這就限制了發(fā)送給RAID設(shè)備的命令數(shù)，即使擁有很多的磁盤驅(qū)動(dòng)器和隨機(jī)I/O，這個(gè)數(shù)值也可能無法充分利用存儲(chǔ)資源。
許多操作系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)器都限制了I/O請(qǐng)求的大小，使之小于從表空間讀或向表空間寫所需的請(qǐng)求量。應(yīng)該將設(shè)備驅(qū)動(dòng)器內(nèi)所設(shè)的限制更改為允許更大的請(qǐng)求量。當(dāng)然，對(duì)每個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)器和操作系統(tǒng)要做不同的設(shè)置，而且有意思的是，這些設(shè)置常常改變。
存儲(chǔ)硬件
存儲(chǔ)硬件很可能是為數(shù)據(jù)庫構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)最重要的部分之一。你也許希望擁有許多不同的LUN，以便用于數(shù)據(jù)庫中將發(fā)生的各種類型的I/O。舉例來說，一般情況下你希望：
重做日志文件擁有高帶寬需求(64 KB)，發(fā)送到重做日志的I/O大部分是寫
索引查找擁有高帶寬小塊隨機(jī)I/O(8 KB)，并且多數(shù)情況下對(duì)索引的I/O大部分是讀
表空間擁有大塊I/O(256 KB)，并且一般情況下對(duì)表空間的I/O大部分是讀
正如你所看到的，一種大小是無法滿足所有需求的，因此你必須完成以下幾組匹配工作：
1.RAID級(jí)別與典型的讀/寫訪問類型
2.數(shù)據(jù)條寬度與請(qǐng)求大小
3.帶寬需求與RAID級(jí)別和請(qǐng)求大小
4.緩存策略與所處理的I/O類型
這些似乎都不太容易，不過如果你從最基本的問題著手，解決起來也不難。
重做日志
根據(jù)重做日志的大小和帶寬量，你可能最初會(huì)認(rèn)為需要RAID-5數(shù)據(jù)條。這其實(shí)要看情況而定，因?yàn)榇蠖鄶?shù)10K RPM磁盤的數(shù)據(jù)傳送速度為外磁道柱面每秒69 MB，內(nèi)磁道柱面每秒39 MB，15K RPM的磁盤則更快。另外再加上RAID緩存的大小，你就無須使用RAID-5了。真正的決定因素在于：
1.帶寬需求—-每秒多少M(fèi)B的日志數(shù)據(jù)
2.日志的大小—-能夠適應(yīng)緩存嗎?
3.你的RAID速度
你必須收集到上述三項(xiàng)重要信息，用各種不同的數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)工具查看系統(tǒng)，確定重做日志的表現(xiàn)是否會(huì)限制數(shù)據(jù)庫的性能和擴(kuò)展，而如果是，那么重做日志的I/O需求又是什么。
索引文件
索引文件的結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單。如果你需要速度快一些，就使用數(shù)據(jù)條帶化值很小的RAID-1加上一塊高性能15K磁盤。因?yàn)樗饕募切K讀文件，并且常常是隨機(jī)I/O，所以這是目前最快的方式。
表空間
根據(jù)表的大小及其被訪問和查找的方式，RAID-1有時(shí)是更好的方法，不過其它時(shí)候RAID-5就是最佳選擇了。關(guān)鍵是決定表空間的I/O請(qǐng)求大小是多少，請(qǐng)求的大小常常取決于數(shù)據(jù)庫中的可調(diào)參數(shù)。
結(jié)論
關(guān)于不同操作系統(tǒng)上的各種可調(diào)數(shù)據(jù)庫有許多書籍和文獻(xiàn)供參考，下面是我讀過覺得有用的幾本：
《在Solaris平臺(tái)上配置和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)庫(Configuring and Tuning Databases on the Solaris Platform)》，作者：Allan N. Packer，Sun微系統(tǒng)公司出版社，出版商：Prentice Hall(2001年12月5日)，ISBN：0130834173。
《Oacle9i性能調(diào)節(jié)方法和技巧(erformance Tuning Tips & Techniques)》，作者：Richard J. Niemiec，出版商：McGraw-Hill Osborne Media(2003年5月12日)，ISBN：0072224738。
《創(chuàng)建一個(gè)自調(diào)節(jié)Oracle數(shù)據(jù)庫：自動(dòng)化Oracle9i動(dòng)態(tài)SGA性能[Oracle焦點(diǎn)系列](Creating a Self-Tuning Oracle Database: Automating Oracle9i Dynamic SGA Performance [Oracle In-Focus series])》，作者：Donald K. Burleson，出版商：Rampant TechPress(2003年8月1日)，ISBN：0972751327。
數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建正如其它應(yīng)用一樣，你需要確定數(shù)據(jù)庫對(duì)文件系統(tǒng)/卷管理器、HBA和RAID的I/O模式，同時(shí)牢記性能需求和成本問題。由于數(shù)據(jù)庫很復(fù)雜，調(diào)節(jié)起來有些難度，不過現(xiàn)在有很多工具供你查看數(shù)據(jù)，幫助你理解潛在的I/O問題。
