深入Oracle數據庫機 Oracle Exadata五大技術亮點淺析
Oracle數據庫機Exadata自推出以后，因為在減小帶寬占用，快速檢索等方面的優勢而備受業界關注。但是對于具體的技術細節，很多數據庫運維人員并不是很了解。
本文轉載自支付寶架構師馮大輝的博客
原文鏈接：http://www.dbanotes.net/database/oracle_exadata.html
自從 Oracle 和HP 推出Exadata 之后，我就很關注這個產品，之前也寫了一篇Oracle Database Machine介紹它。去年，Oracle和SUN合并后，推出了Oracle Exadata V2，相比較上一代產品有幾個變化：第一，使用SUN的硬件；第二，宣稱支持OLTP應用；第三，Oracle 11g R2 提供了更多的新特性。Exadata Smart Flash Cache
Exadata V2整體架構并沒有太多改變，換用了SUN的硬件，除了采用Intel最新的Nehalem CPU 以外，每臺Storage Cell 更是配置了384GB 的Flash，這也是為什么V2 可以支持OLTP 應用的關鍵。
Flash Cache 完全是自動管理，Oracle會根據數據的訪問情況，決定哪些數據放在 Flash Cache中。所有的數據都是先被寫到普通磁盤上，再根據訪問情況讀入Flash Cache的，所以如果 Flash Card 發生故障，數據不會丟失。當然，Oracle提供了方式，可以讓用戶手動將表或者索引Pin 在 Flash Cache 中。
在自動管理的方式之外，Oracle還允許用戶人工創建flash disks，和普通磁盤一樣，這些Flash Disks通過ASM輸出給數據庫使用，用戶可以把一些訪問非常頻繁的數據文件放在上面。這些 Flash Disks 不僅僅是Cache了，所以 ASM 會在Cell和Cell之間做鏡像。如果某塊卡發生故障，那么整個Storage Cell上的Flash Disks會offline，保證數據不會丟失。
Smart Scan
Smart Scan是 Exadata最重要的一個功能，它的作用就是把SQL 放在每個Cell 上去運行，然后每個Cell只返回符合條件的數據給數據庫，這樣就極大的降低了數據庫服務器的負載和網絡流量，并充分利用了Cell的計算資源和IO資源。
傳統方式：所有的數據都需要返回給數據庫服務器，網絡帶寬要求高，所有的計算在數據庫服務器上完成。
Smart scan：只返回符合條件的數據，減少網絡帶寬，并充分利用了Cell 上的計算和IO資源。
這里有一點要注意，在使用Smart Scan 時，每個Cell返回給DB Server的是結果集，而不再是傳統的Block， DB Server 完成結果集的處理，并返回給客戶端。
Smart Scan 如何處理 Join ？
這是我一直想要搞清楚的問題。事實上， Smart Scan 只能處理Join filtering，而真正Join的工作必須在DB Server上完成，而且Smart Scan 僅適合于處理 DSS 環境的復雜Join，對于 OLTP 類型的簡單Join，Smart Scan 并不能發揮其優勢。設想下面的查詢：
- select e.ename,d.dname from emp e, dept d where and e.ename='Jacky' and e.deptno=d.deptno;
假設采用nested loops join，Smart Scan 只能完成 e.ename='Jacky' 這個條件的過濾，然后將符合條件的 emp 表的數據返回到 DB server，然后由 DB Server 完成 join 的工作，逐條查詢dept表 (e.deptno=d.deptno) 的數據。所以Smart Scan 并不適合nested loop join（我認為 Smart Scan 只有在適合的條件下才會啟用），只有 DSS 環境的大數據量復雜join才會發揮出優勢。而且 Smart Scan 只能完成filtering的工作，而不能真正完成Join 的工作，這個與Greenplum 數據庫是不同的（有興趣可以看我的文章，Greenplum技術淺析）。設想下面的查詢（emp和dept都是大表）：
- select e.ename,d.dname from emp e, dept d where e.deptno=d.deptno;
假設采用Hash Join ，由于沒有任何過濾條件，Smart Scan只能把兩個表的數據全部返回到DB Server 上進行join操作，不過Smart Scan也不是一點用都沒有，至少還可以進行column 的過濾，只返回需要的字段就可以了。
Oracle的文檔中，曾經提到對于一個大表和小表join時，Smart Scan會采用bloom filter來快速定位（可以看我以前的文章，有趣的bloom filter ）。方法是把小表build成為bloom filter，然后在每個storage cell上對大表做scan，利用bloom filter快速定位符合條件的結果，并返回給DB Server 作 join。
Storage Index
存儲索引，顧名思義是在存儲級別建立的索引，簡單的說就是為表中的每一列數據建立一個索引，每個index entry記錄一段數據區間的最大值，最小值以及它們的物理位置，文檔上說1MB數據對應一條index entry，見下圖：
如果我們查詢B<2，或者B>8的數據，根據存儲索引，我們就可以跳過這些不在min和max之間的數據塊，極大的提高了掃描的速度，這就是存儲索引的意義。
Hybrid Columnar Compress
首先我們要搞清楚，什么是行壓縮，什么叫列壓縮。我們熟悉的數據庫，如Oracle、MySQL等都是基于行的數據庫，就是行的不同字段物理上存放在一起，還有一種是基于列的數據庫，就是每個字段的不同行物理上存放在一起。他們的優缺點同樣突出：
基于行的數據庫，訪問一行非常方便，但是由于同一列的數據是分開存放的，如果要針對某一列進行查詢時，幾乎要掃描整個表才能得到結果?；谛袛祿斓膲嚎s，稱為行壓縮。
基于列的數據庫，因為同一列的數據物理上放在一起，所以訪問一列非常方便，也就是說如果針對某一列進行查詢時，不需要掃描整個表，只需要掃描這一列的數據就可以了，但是訪問一行的全部字段非常不方便（又是廢話）?；诹袛祿斓膲嚎s，稱為列壓縮。
Oracle 通常說的 compress 功能（包括11g R2的Advanced compress），都是行壓縮，因為Oracle是個基于行的數據庫。大概的方法就是在block頭部存放一個symbol table，然后將相同的值放在那里，每行上相同的數據指向symbol table，以此來達到壓縮的目的。行壓縮的效果通常不好，因為我們知道行與行之間，其實相同的數據并不多。但是列壓縮則不同，因為相同列的數據類型相同，很容易達到很好的壓縮效果。
行壓縮和列壓縮都有其優缺點，而Oracle的混合列壓縮技術，實際上是融合了列壓縮的高壓縮比和行數據庫的訪問特性，將兩者的優點結合起來。Oracle提出了 CU 的概念（compress unit），在一個 CU 內，是一個基于列的存儲方式，采用列壓縮，但是一個 CU 內保存了行的所有字段信息，所以在CU與CU之間，Oracle還是一個基于行的數據庫，訪問某一行，總是只在一個 CU 內（一個CU總是在一個block內）。
所以說混合列壓縮，結合了列壓縮和行訪問的特點，即可以提供非常高的壓縮率，又很好的保證了基于行類型的訪問。
Exadata的另一個重要功能是IO resource management，如果我們在一個Exadata上部署了很多個數據庫，可以用它來管理IO資源，這里就不作闡述了。
目前，我還沒有了解到在國內有Exadata的應用，而且資料也是比較少的。希望有機會可以真實的測試一下它的性能，我不懷疑他在 DSS 環境下的表現，但是對于OLTP類型的應用，是否真的象Oracle說的那么強勁，還有待于驗證。
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