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Oracle Engineered System

Exadata: Das Flaggschiff von Oracle?

Die Exadata ist ein „Oracle Engineered System“. Die Server-Hardware, das Storage und das Operation System (Oracle Linux) werden von Oracle geliefert. Diese Komponenten sind
speziell auf die Oracle-Datenbank abgestimmt. In diesem Artikel beschreibe ich die Vorteile, die exklusiven Features der Exadata und gebe Einblicke aus einem erfolgreichen Exadata-
Projekt.

Die Exadata kann in verschiedenen Ausbaustufen (Eighth, Quarter, Half und Full Rack) bestellt werden. Die Exadata X7-2 (2-Socket-Variante pro Datenbank-Server) ist seit Oktober 2017 verfügbar. Die Tabelle 1 zeigt die Basiskonfigurationen der Exadata X7-2. Eine Exadata X7-8 (8-Socket-Variante pro Datenbank-Server) steht ebenfalls zur Auswahl.

Die Anzahl der Datenbank-Server ist bei einem Eighth-Rack auf zwei beschränkt. Auch der Arbeitsspeicher darf nicht voll ausgeschöpft werden. Ab dem Quarter-Rack können alle verfügbaren Ressourcen verwendet werden. Außerdem können weitere Datenbank-Server hinzu konfiguriert werden. Die Exadata kann in zwei unterschiedlichen Storage-Varianten ausgewählt werden. Die Variante HC (High Capacity) liefert eine hohe Kapazität an physikalischen Platten. Die zweite Variante ist EF (Extreme Flash). Hier besteht das Storage hauptsächlich aus Flash Storage.

Vorteile Exadata

Die Exadata liefert im Zusammenspiel mit der Oracle-Datenbank viele Vorteile und Alleinstellungsmerkmale gegenüber einem selbst konfigurierten Hardware-Stack.

  • Capacity-on-Demand
    Mit der „Capacity-on-Demand“-Lizenzierung können nur die Cores freigeschaltet und mit Oracle lizenziert werden,die wirklich benötigt werden. Hierbei ist eine Minimum-Freischaltung pro Datenbank-Server zu beachten. Einmal freigeschaltete Cores können nicht wieder reduziert werden. Beim Eighth-Rack können maximal nur die Hälfte der physikalisch eingebauten Cores pro Datenbank-Server verwendet werden.
  • Smart Scan
    Die Exadata verfügt im Zusammenspiel mit der Datenbank über eine intelligente Storage-Software. Im Storage werden Spalten und Ergebnisse bereits über Storage-Indizes vorgefiltert und damit deutlich weniger Daten in die System Global Area (SGA) der Datenbank hochgeladen, als ohne den Smart Scan. Das System wird dadurch mit weniger I/O belastet. Und das Beste: es muss für diese Funktionalität nicht extra konfiguriert oder lizenziert werden.
  • Smart Flash Cache
    Die Storage Server Software der Exadata cached häufig genutzte Datenbank-Blöcke automatisiert in den Flash Cache der Exadata. Die Oracle-Datenbank muss diese Blöcke also nicht mehr von den physikalischen Platten lesen, sondern liest direkt aus dem Smart Flash Cache.
  • InfiniBand
    In der Exadata sind InfiniBand-Switche (40 Gb/sec) verbaut. Diese realisieren so die Anbindung an die Storage Server, aber auch die Server untereinander kommunizieren über dieses Netzwerk. Daher bietet sich der Einsatz des Real Application Cluster (RAC) an, weil der Interconnect über dieses schnelle Netzwerk realisiert werden kann.
  • Hybrid Columnar Compression
    Bei dieser speziell für die Exadata entwickelten Komprimierungsart werden die Spalten-Daten in Compression Units abgelegt und spaltenweise komprimiert. Ein Pointer verweist auf die gleichen Werte. Bei dieser Komprimierungsart werden hohe Komprimierungsraten erreicht, ohne dass die Query-Performance sinkt, weil die Daten nicht extra dekomprimiert werden müssen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Um diese komprimierten Daten zu lesen, werden weniger I/O-Operationen benötigt. Es wird eine Entlastung des gesamten Systems bis hin zu den Backup-Zeiten erreicht.

Exadata im Kundeneinsatz

In den folgenden Punkten berichte ich über ein aktuelles Exadata-Kundenprojekt. Alle Projektspezifikationen kann ich in diesem kurzen Artikel natürlich nicht aufführen, daher erläutere ich nur die wichtigsten Kernpunkte des Projektes.

  • Ausgangslage
    Die Oracle-Datenbanken des Kunden müssen OLAP und OLTP-Anforderungen gleichermaßen erfüllen. Ein geshartes SAN in einer virtuellen Umgebung sorgte bei den Lese- und Schreiboperationen zu sehr schwankender Performance und war das Hauptproblem des Kunden. Bei wichtigen OLAP-Operationen waren die Performance-Schwankungen von einer bis sieben Stunden der Normalfall. Ebenfalls sollten weitere Datenbanken von Host-Systemen auf das Kundensystem nach und nach migriert werden.
  • Zielarchitektur
    Die Entscheidung fiel auf das Exadata X6-2 HC Quarter-Rack und die Konfiguration mit zwei zusätzlichen Datenbank-Servern im Rechenzentrum 1 (RZ1). Die Exadata X6-2 ist die Vorgängerversion zur X7-2. Mit dieser Konfiguration konnte man die Entwicklungs-, Test_1-, Test_2- und die Produktions-Umgebung in separaten Netzen abbilden. Eine zweite Exadata, ebenfalls ein Quarter-Rack, wurde mit der Basis-Konfiguration mit zwei Datenbank-Servern im Rechenzentrum 2 (RZ2) eingerichtet. Als Disaster-Recovery-Lösung wurde eine synchrone DataGuard-Lösung eingesetzt. Mit der zusätzlichen Option Active-DataGuard wurden die Standby-Datenbanken in RZ2 für die Produktions- und die Test_2-Umgebung lesend geöffnet. Somit konnten Leseanwendungen auf der Standby-Seite arbeiten und Last von der Primary-Seite nehmen. Die Anzahl der Cores wurde in der Anfangskonfiguration mit 20 Cores pro Server limitiert. Die maximale Anzahl der Cores pro Server beträgt hier 44 (Exadata X6-2). Leider müssen die Cores auf allen Datenbank-Servern einer Exadata gleich konfiguriert werden, obwohl eigentlich in der Entwicklungsumgebung nicht so viele Cores benötigt werden. In Abbildung 1 sehen Sie diese Zielarchitektur.
    Diese Zielarchitektur kann auch mit weiteren Datenbank-Servern, z. B. mit weiteren Lesedatenbanken erweitert werden. Auch kann man hier in einer weiteren Ausbaustufe den Real Application Cluster (RAC) konfigurieren, um die Verfügbarkeit weiter zu steigern.
  • Ergebnisse
    Auf der Exadata konnte man gerade bei den OLAP-Aufgaben durch Erhöhung der Parallelität bei langlaufenden Select-Anweisungen die Leistung der Exadata voll ausnutzen. Dadurch konnte die erwartete Performance und vor allem stabile Laufzeiten erreicht werden. Die OLAP-Aufgaben werden nun bis zu zehnmal schneller erledigt, trotz einer synchronen DataGuard-Konfiguration. Wie dieses Kundenprojekt zeigt, muss auf einer Exadata auch nicht immer RAC eingesetzt werden. Bei den OLTP-Abfragen konnte die Performance ebenfalls gesteigert werden, aber bei Weitem nicht so wie für die OLAP-Aufgaben.

Fazit

Die Exadata kann ihre Vorteile und Alleinstellungsmerkmale gerade für OLAP-Aufgaben voll ausspielen. Ebenfalls bietet die Exadata die Möglichkeit, die Ressourcen Schritt für Schritt auszubauen. Die Exadata kann somit auch als Konsolidierungsplattform genutzt werden. Die Verfügbarkeit der Oracle-Datenbanken kann mit dem Einsatz einer Real-Application-Cluster-(RAC)-Konfiguration weiter gesteigert werden. Wir verfügen über umfangreiche Kenntnisse und Projekterfahrungen mit „Oracle Engineered Systemen“. Gerne beraten wir mit Ihnen gemeinsam eine neue Zielumgebung und ob ein bzw. welches „Oracle Engineered System“ für Ihr Unternehmen die richtige Wahl ist.

Michael Skowasch ()


Glossar

Oracle Engineered System
Ein System bestehend aus Hardware, Storage, Operation System und Datenbanksoftware komplett von Oracle.

InfiniBand
Ist eine Spezifikation einer Hardwareschnittstelle zur seriellen Hochgeschwindigkeitsübertragung auf kurzen Distanzen mit geringer Latenz (40 GB/sec). Sie wird bevorzugt in Rechenzentren verwendet, beispielsweise für die Verbindungen der Server in Computerclustern untereinander und zur Verbindung zwischen Servern und benachbarten Massenspeichersystemen wie Storage Area Networks (SAN).

Online-Transaction-Processing (OLTP)
Online-Transaktionsverarbeitung, auch Echtzeit-Transaktionsverarbeitung, bezeichnet ein Benutzungsparadigma von Datenbanksystemen und Geschäftsanwendungen, bei dem die Verarbeitung von Transaktionen direkt und prompt, also ohne nennenswerte Zeitverzögerung, stattfindet.

Online Analytical Processing (OLAP)
OLAP wird neben dem Data-Mining zu den Methoden der analytischen Informationssysteme gezählt. OLAP wird weiterhin den hypothesengestützten Analysemethoden zugeordnet.

DataGuard
Oracle Data Guard ist eine Erweiterung des Datenbankmanagementsystems, die den Betrieb einer Standby-Datenbank erlaubt. Mittels Data Guard ist es möglich, sämtliche Datenänderungen an eine räumlich getrennte Datenbank zu senden.

Real Application Cluster (RAC)
Eine Hochverfügbarkeitslösung von Oracle. Oracle RAC ermöglicht Ausfallsicherheit, indem mehrere Knoten eines Rechnerverbundes auf dieselbe Datenbank zugreifen und für Clientrechner Datenbankdienste zur Verfügung stellen.

Active-DataGuard
Lizenzpflichtige Option, die Standby-Datenbank kann lesend geöffnet werden und wird dennoch von der Primary-Datenbank aktualisiert Automatic Storage Management (ASM) Volume Manager von Oracle

SAN
Storage Area Network

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Bildnachweis

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Abbildungen:

msk Architektur abb1 kl
Abb. 1: Zielarchitektur
msk Exadata abb2 kl
Tabelle 1: Ausbaustufen Exadata