隨著企業(yè)業(yè)務(wù)的發(fā)展，大型數(shù)據(jù)倉庫越來越多，其規(guī)模也在迅速擴大，平均每兩年規(guī)模增大3倍。大型數(shù)據(jù)倉庫要求以最高的磁盤讀取速度掃描幾十、幾百或幾千個磁盤，所以企業(yè)常常發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)倉庫越大，運行速度就越慢。

Oracle Exadata數(shù)據(jù)庫機，也叫“數(shù)據(jù)庫云服務(wù)器”，正是從緩解類似難題入手，通過高度的數(shù)據(jù)壓縮比和海量數(shù)據(jù)的Flash Cache緩存等技術(shù)，滿足高端用戶一直面對的數(shù)據(jù)量持續(xù)增長的IO壓力和存儲壓力。此前Oracle 的CEO Larry Ellison曾宣稱，數(shù)據(jù)庫機是Oracle近30年歷史上最重要的產(chǎn)品。

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▲使用英特爾至強處理器的Oracle Exadata數(shù)據(jù)庫機

下面我們將以O(shè)racle Exadata數(shù)據(jù)庫機為例，從性能、可用性、可擴展性、投資成本等多角度來分析x86平臺對于數(shù)據(jù)倉庫、OLTP、數(shù)據(jù)庫混合負載等企業(yè)級關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用的價值所在。

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打破數(shù)據(jù)庫應(yīng)用I/O瓶頸

我們知道，服務(wù)器從內(nèi)到外的數(shù)據(jù)傳輸過程要經(jīng)過“CPU—緩存—內(nèi)存—內(nèi)部存儲—外部存儲”等環(huán)節(jié)。對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫應(yīng)用來說，大量數(shù)據(jù)需要從存儲系統(tǒng)讀取到服務(wù)器內(nèi)存，是其最大的瓶頸所在。為了打破這一瓶頸，“減少數(shù)據(jù)傳輸量、增加I/O通道、提高I/O帶寬”是通常需要考慮的方法，Oracle Exadata正是從這三個方面著手解決問題。

首先我們來看一下，Oracle Exadata是一臺什么樣的機器。

據(jù)了解，Oracle Exadata數(shù)據(jù)庫機(數(shù)據(jù)庫云服務(wù)器)主要針對在線事務(wù)處理 (OLTP)、數(shù)據(jù)倉庫 (DW) 和混合工作負載整合在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)庫應(yīng)用環(huán)境，把數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、存儲服務(wù)器、InfiniBand交換機、以太網(wǎng)交換機、KVM、電源等模塊在出廠時就在機柜中配置好，并經(jīng)過嚴格測試。用戶拿到機器之后即可使用Oracle數(shù)據(jù)庫11g、存儲管理等軟件，不必再重新進行服務(wù)器、存儲的配置。以一個機柜的滿配置來看，Oracle數(shù)據(jù)庫機擁有8臺基于英特爾至強7500的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和14臺存儲服務(wù)器，總存儲容量可以達到100TB，IOPS可以達到每秒100萬次I/O操作。根據(jù)企業(yè)業(yè)務(wù)量的規(guī)模不同，可以從1/4機柜擴展到8個整機柜，最大可以管理到多個PB級數(shù)據(jù)庫。下圖顯示的是每二版Exadata系統(tǒng)的架構(gòu)：

針對上面提到的I/O瓶頸問題，Oracle Exadata將應(yīng)用進行分隔運行，讓計算和內(nèi)存密集型的數(shù)據(jù)處理類應(yīng)用在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上執(zhí)行，而讓I/O密集型的搜索類應(yīng)用直接在存儲服務(wù)器上執(zhí)行。在這一理念指導下，Oracle在存儲服務(wù)器上，通過智能掃描SmartScan、混合型列壓縮技術(shù)、自動透明的存儲索引、數(shù)據(jù)挖掘模型評價等技術(shù)，在存儲端就實現(xiàn)數(shù)據(jù)密集型的處理，從而可以將發(fā)送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)量減少10倍。而傳統(tǒng)的做法是，全部的數(shù)據(jù)庫只能存在于數(shù)據(jù)庫主機，來源于存儲端的數(shù)據(jù)大部分會被數(shù)據(jù)庫主機所丟棄，而這些大量的廢棄數(shù)據(jù)會占用寶貴的數(shù)據(jù)庫主機資源，如I/O、CPU、內(nèi)存等，進而嚴重影響其它任務(wù)的執(zhí)行，處理變得緩慢。

 ▲Smart Scan技術(shù)讓搜索在存儲端進行

另外，Oracle Exadata通過模塊化設(shè)計，在通過增加存儲單元時，提高整機的數(shù)據(jù)吞吐量;并采用每秒40Gb的InfiniBand做系統(tǒng)內(nèi)部互連，其帶寬比傳統(tǒng)的光纖通道要快10倍。正是通過一系列技術(shù)創(chuàng)新，Exadata系統(tǒng)化地解決了數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中讓人頭疼的存儲I/O瓶頸問題。

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PK傳統(tǒng)SMP小型機

以往，針對大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫類應(yīng)用需求，一些用戶通過基于SMP架構(gòu)的小型機來滿足。這些小型機可以支持多顆CPU，實現(xiàn)從2路到4路、8路、16路，直至256路的縱向擴展(Scale-up)，即在一個機箱里增加更多的CPU、內(nèi)存和I/O等資源。

從SMP的系統(tǒng)架構(gòu)來看，其最大的優(yōu)勢在于共享內(nèi)存，對內(nèi)存統(tǒng)一編址。但也正是這一點為SMP的發(fā)展帶來很大障礙，因為共享內(nèi)存資源必然引起資源沖突。換言之，要保持SMP系統(tǒng)從2路到256路的線性或接近于線性增長，其SMP架構(gòu)下的系統(tǒng)總線、高速總線等同樣需要線性增長，但技術(shù)實現(xiàn)難度很大，也會導致設(shè)計和制造成本不斷攀升。

總的來看，目前大型SMP系統(tǒng)主要存在四個瓶頸：首先是價格昂貴，單一系統(tǒng)動輒數(shù)萬美元乃至數(shù)十萬美元，如果用雙機方案，成本就得翻倍;其二是系統(tǒng)擴展性較差，單一系統(tǒng)最多256顆CPU，而模向擴展又受制于高昂的投資成本;其三是存在技術(shù)瓶頸，單獨依靠SMP難以提高計算機整體性能，尤其是越來越重的I/O需求;其四是系統(tǒng)兼容性差，每種系統(tǒng)自成體系，與其他廠家的產(chǎn)品難以兼容。

因此，對于要求更加苛刻的環(huán)境，比如大企業(yè)不間斷運行、負載很重的大型數(shù)據(jù)庫，相對于傳統(tǒng)SMP小型機，許多廠商和用戶都開始青睞更加靈活高效的x86服務(wù)器集群系統(tǒng)(Scale-out，橫向擴展)，如Oracle Exadata數(shù)據(jù)庫機，因為集群技術(shù)允許使用低成本的服務(wù)器來構(gòu)造具有高可伸縮性和高可用性的高性能系統(tǒng)。

下面我們就來比較一下Oracle Exadata與傳統(tǒng)SMP小型機的具體差異：

在性能方面，通過一系列智能存儲技術(shù)，Oracle的數(shù)據(jù)庫機可以大大提高數(shù)據(jù)處理的性能，其大型OLAP及OLTP業(yè)務(wù)處理性能是傳統(tǒng)解決方案的幾十倍至數(shù)百倍。

在可擴展性方面，通過將縱向擴展和橫向擴展兩種方式相結(jié)合，Oracle數(shù)據(jù)庫機可以更加靈活地滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。通過導線和外部InfiniBand交換機可以擴展至更多機柜，達到數(shù)百個存儲服務(wù)器、數(shù)PB容量數(shù)據(jù)庫。

在成本上，通過采用基于英特爾至強的x86服務(wù)器和存儲系統(tǒng)等通用組件，使得Oracle數(shù)據(jù)庫機的總擁有成本大大降低。跟使用SMP小型機和專有存儲陣列的方案相比，其硬件成本只有1/6，總體成本不到小機的一半。

在易用性上，傳統(tǒng)SMP小型機在部署起來比較麻煩，需要針對服務(wù)器、存儲、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫需要分別進行配置，費時費力。而Exadata是軟硬一體化的產(chǎn)品，包含了操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器、存儲等，因此部署極為簡單，號稱即插即用。

需要特別強調(diào)的是高可用性。從至強7500開始，X86系統(tǒng)的RAS特性已經(jīng)提高到了一個全新的水平，這些技術(shù)多達22條，集中解決三個方面的問題：一是數(shù)據(jù)保護，可以診斷哪些數(shù)據(jù)出錯，利用CRC、ECC校驗來糾正錯誤，如果不能糾正，可以把這些壞的數(shù)據(jù)進行隔離，以保證不影響其他數(shù)據(jù)，避免系統(tǒng)的重啟和宕機。二是高可用設(shè)計，包括QPI Link之間的互備和熱切換，內(nèi)存和CPU的熱切換、故障預警機制等等，以保證系統(tǒng)的高可用。三是降低系統(tǒng)計劃內(nèi)的宕機時間，包括系統(tǒng)分區(qū)管理技術(shù)、CPU和內(nèi)存的熱添加和熱移除等。

此外，Oracle數(shù)據(jù)庫機還通過冗余電源、冗余交換機、數(shù)據(jù)庫文件鏡像、數(shù)據(jù)庫集群、備份等多種技術(shù)，來提高系統(tǒng)的整體可用性。

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小結(jié)：技術(shù)與應(yīng)用的雙重驅(qū)動

Oracle數(shù)據(jù)庫機的出現(xiàn)，在一定程度上反映了這樣一個道理：IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開技術(shù)與應(yīng)用的雙重驅(qū)動力。在不同階段，這兩個驅(qū)動力的作用可能不太一樣，但只有相互結(jié)合，才能更好、更快地促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。數(shù)據(jù)庫機正是如此，一方面，數(shù)據(jù)倉庫、商業(yè)智能、大型ERP等應(yīng)用需要有更好的技術(shù)來應(yīng)對海量數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)，另一方面，x86服務(wù)器、智能存儲、數(shù)據(jù)庫軟件等技術(shù)層面的進步也使得今天業(yè)界有能力來更高效地應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。據(jù)了解， Oracle Exadata的客戶已經(jīng)涵蓋金融服務(wù)、保險、電信及制造業(yè)等領(lǐng)域，包括深圳聯(lián)合金融服務(wù)集團有限公司、海爾、中冶，中國人壽、青島市社保、新疆電信、北京移動、遼寧移動、中遠集運等。

隨著云計算的發(fā)展，Oracle的數(shù)據(jù)庫機也在向云方向轉(zhuǎn)變，于是我們最近聽到了一個新的名字：Oracle數(shù)據(jù)庫云服務(wù)器。在Oracle看來，除了IaaS、PaaS、SaaS之外，數(shù)據(jù)庫也是一種服務(wù)，即DB as a Service(DBaaS)。因為只有把數(shù)據(jù)變成有用的信息，通過數(shù)據(jù)挖掘、商業(yè)智能系統(tǒng)顯現(xiàn)出來，變成企業(yè)的決策與行動，數(shù)據(jù)才能真正轉(zhuǎn)化成企業(yè)的核心競爭力。因此，我們有理由相信，Oracle的數(shù)據(jù)庫云服務(wù)器還只是一個開端，云時代才剛剛開始。

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