Oracle在虛擬化運(yùn)行的簡(jiǎn)單總結(jié)

1、VMware 獲得最佳數(shù)據(jù)庫(kù)性能的 10 大重要因素。以下是其中幾項(xiàng)性能優(yōu)勢(shì):?接近本機(jī)系統(tǒng)的性能：Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)與物理系統(tǒng)的性能幾近相似?超強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫(kù) I/O 擴(kuò)展性：VMwareESXServer 的精簡(jiǎn)虛擬化管理程序?qū)用棵肽軌蝌?qū)動(dòng) 63,000次數(shù)據(jù)庫(kù) I/O 操作?多核擴(kuò)展：使用 SMP 虛擬機(jī)和多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例進(jìn)行縱向擴(kuò)展?巨大的內(nèi)存容量：可擴(kuò)展的內(nèi)存容量-每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù) 64GB;每臺(tái)主機(jī) 256GB詳細(xì)闡述如下：數(shù)據(jù)庫(kù)的本質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)具有多種獨(dú)特的屬性，例如較大的內(nèi)存占用空間。這樣，數(shù)據(jù)庫(kù)要進(jìn)行順暢的虛擬化就略顯復(fù)雜了。然而，實(shí)踐證明這也是一種機(jī)會(huì)，因?yàn)槲覀兛梢詫ｉT針對(duì)這些特定的屬性

2、進(jìn)行優(yōu)化。?巨大的內(nèi)存容量：數(shù)據(jù)庫(kù)使用大量的內(nèi)存來(lái)對(duì)其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行高速緩存。大容量高速緩存是衡量數(shù)據(jù)庫(kù)性能極為重要的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗ǔ？墒刮锢?I/O 操作的次數(shù)減少 10-100 倍。?高性能數(shù)據(jù)塊 I/O：數(shù)據(jù)庫(kù)使用固定大小的數(shù)據(jù)塊寫(xiě)入和讀取數(shù)據(jù)。這些 I/O 通常較小，頻繁發(fā)生于少量文件或設(shè)備中。?以吞吐量為中心：數(shù)據(jù)庫(kù)通常會(huì)有大量的用戶同時(shí)進(jìn)行操作，因此具有多個(gè)邏輯或物理處理器的系統(tǒng)便可以使這些用戶自然并存并充分受益。理解和量化虛擬性能量化虛擬系統(tǒng)的性能時(shí)， 首先應(yīng)衡量延遲和吞吐量， 其次是資源的使用率。 例如， 如果一個(gè)物理系統(tǒng)正在以每分鐘 10000個(gè)事務(wù)、每個(gè)事務(wù) 500 毫秒

3、的延遲運(yùn)行，則與該物理系統(tǒng)性能相同的虛擬系統(tǒng)也應(yīng)該以可接受的延遲標(biāo)準(zhǔn)提供同樣水平的吞吐量。其次應(yīng)該是資源使用率的衡量指標(biāo)，通過(guò)這一指標(biāo)可以衡量要取得同樣水平的性能需要額外使用多少物理資源。有些時(shí)候我們過(guò)于簡(jiǎn)單地僅去考慮 CPU 資源，然而現(xiàn)實(shí)中我們需要配備的內(nèi)存和 I/O 卻是更加昂貴的資源。隨著時(shí)間的推移，內(nèi)存和 I/O 資源的使用率變得越來(lái)越重要，原因是多核 CPU 會(huì)使每個(gè)處理器內(nèi)核的成本繼續(xù)降低，而內(nèi)存的成本卻一直居高不下。對(duì)于 Oracle 而言，更重要的一點(diǎn)是縱向擴(kuò)展能力，即通過(guò)虛擬化管理程序充分利用多核 CPU、大容量?jī)?nèi)存以及 I/O 吞吐量來(lái)支持后端存儲(chǔ)陣列中大量的磁盤。數(shù)據(jù)庫(kù)

4、性能認(rèn)識(shí)誤區(qū)對(duì)于虛擬化數(shù)據(jù)庫(kù)，通常存在以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)誤區(qū)：?虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)具有很高的系統(tǒng)開(kāi)銷：就延遲和吞吐量而言，虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行速度能等于或接近物理系統(tǒng)。對(duì)于常見(jiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)而言，虛擬化開(kāi)銷很小-在 VMwareESXServer 中所測(cè)量到的CPU 開(kāi)銷低于 10%。?數(shù)據(jù)庫(kù)的 I/O 操作過(guò)多無(wú)法進(jìn)行虛擬化：通常情況下，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)產(chǎn)生大量小的、隨機(jī)的 I/O 操作，其理論值可能達(dá)到虛擬化管理程序?qū)拥?I/O 數(shù)量極限。然而，VMwareESX 的精簡(jiǎn)虛擬化管理程序?qū)用棵肟梢则?qū)動(dòng) 63,000 多次數(shù)據(jù)庫(kù) I/O 操作，等同于 600 多個(gè)硬盤的 I/O 吞吐量。這樣的 I/O 極限值，即使是用于 x

5、86 系統(tǒng)上最大的數(shù)據(jù)庫(kù)也綽綽有余。?虛擬化只能用于較小的、無(wú)關(guān)緊要的應(yīng)用程序：ESX 虛擬化管理程序非常強(qiáng)健-很多客戶的基于 ESX 的系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)正常運(yùn)行了兩年多的時(shí)間。此外，ESX 虛擬化管理程序一直非常穩(wěn)定，即便在資源過(guò)度使用時(shí)亦是如此。我們不能奢望通過(guò)一個(gè)快速的解決方案使數(shù)據(jù)庫(kù)與很多種實(shí)際的應(yīng)用程序完美兼容-只有通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間地致力于研究眾多用戶在實(shí)際數(shù)據(jù)庫(kù)工作中獲得的教訓(xùn)，并且在虛擬化管理程序體系結(jié)構(gòu)中應(yīng)用這些教訓(xùn)，才能獲取優(yōu)異的性能。下面讓我們簡(jiǎn)要了解一下虛擬化管理程序中可確保數(shù)據(jù)庫(kù)獲得優(yōu)異性能的一些特性。1:VMwareESX的高性能I/OI/O 系統(tǒng)的吞吐量和延遲對(duì)于在線事務(wù)處理

6、系統(tǒng)的性能來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。由于事務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是針對(duì)數(shù)據(jù)集中隨意位置的不同小數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行操作的，因此應(yīng)測(cè)量隨機(jī) I/O 吞吐量（以每秒鐘的 I/O 操作數(shù)為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)），而非帶寬（MB/s）。圖 1：VMwareESXI/O 驅(qū)動(dòng)程序模型由于邏輯上虛擬化管理程序駐留在客戶虛擬機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)和后端存儲(chǔ)之間，因此很重要的一點(diǎn)就是虛擬化管理程序的 I/O能力可以縱向擴(kuò)展且不會(huì)超出任何性能限額，并且不能產(chǎn)生可察覺(jué)延遲。如圖 1 所示，VMwareESX 的 I/O 子系統(tǒng)使用直接的驅(qū)動(dòng)程序模型，以使由虛擬堆棧引起的延遲最小化。這是可能的，因?yàn)?I/O請(qǐng)求可以由同一個(gè)處理器（相對(duì)于發(fā)出請(qǐng)求的虛擬機(jī)）進(jìn)行內(nèi)處理。在其他

7、體系結(jié)構(gòu)中，當(dāng) I/O 由一個(gè)重量級(jí)域 0 或父分區(qū)進(jìn)行代理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的延遲和 CPU 開(kāi)銷。在隨機(jī)存取模式下，Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)通常會(huì)產(chǎn)生許多 4KB 或 8KB 的小型 I/O 操作。對(duì)于這類 I/O 操作，一個(gè)典型的磁盤每秒可處理的 I/O 操作數(shù)介于 100 到 200 之間（具體值取決于磁盤的轉(zhuǎn)速）。然而在實(shí)際操作中，最好不要使一個(gè)驅(qū)動(dòng)器每秒處理的 I/O 數(shù)超過(guò) 100 個(gè)。VMwareESX3.5 虛擬化管理程序的吞吐量已經(jīng)得到了顯著的提升，可持續(xù)以每秒 60,000 多個(gè) I/O 操作數(shù)的速度運(yùn)行，相當(dāng)于 600 多個(gè)磁盤的吞吐量。圖 2:隨機(jī) I/O 吞吐量4-CPU

8、數(shù)據(jù)庫(kù)平均量對(duì)比 VMwareESX3.5VMware 對(duì)其客戶的 15,000 個(gè) Oracle 服務(wù)器進(jìn)行的調(diào)查研究結(jié)果表明：對(duì)于加載的 4 處理器系統(tǒng)，每秒的平均 I/O 數(shù)為 1280 個(gè)，大約是 15 個(gè)磁盤的吞吐量。由于一些工作負(fù)載吞吐量要求比其他工作負(fù)載高，有些工作負(fù)載的吞吐量要求是突發(fā)性的，因此必須要備有充足的預(yù)留量。即便是對(duì)于要求最高的數(shù)據(jù)庫(kù)，ESXI/O 子系統(tǒng)的吞吐量能力也是綽綽有余的。2:使用VirtualSMP進(jìn)行縱向擴(kuò)展VMwareESX 可以通過(guò)兩種方式來(lái)利用多個(gè)物理處理器：通過(guò)多個(gè)虛擬機(jī)進(jìn)行橫向擴(kuò)展；通過(guò)縱向擴(kuò)展每個(gè)虛擬機(jī)來(lái)使用多個(gè)物理處理器。VMwareESX

9、 提供的 VirtualSMP 功能允許每個(gè)客戶虛擬機(jī)最多有 4 個(gè)處理器，物理系統(tǒng)最多有 64 個(gè)處理器。由于數(shù)據(jù)庫(kù)工作負(fù)載通常會(huì)有大量的用戶同時(shí)進(jìn)行操作，這些用戶是完全并行的，并且可以毫不費(fèi)力地同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)。0404CPUCPU舞構(gòu)零舞構(gòu)零二-冷iiiiESXESX3 3& &Oracle 能夠利用 VMwareVirtualSMP 擴(kuò)展性能，從而超出每個(gè)虛擬機(jī)單處理器的能力。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，我們通過(guò) OracleDatabase10g 版本 2 進(jìn)行了幾個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試，使用的是流行的 SwingBench 在線事務(wù)處理工作負(fù)載。圖 5 顯示的是在單個(gè)虛擬機(jī)上增加處理器時(shí)

10、Oracle 的吞吐量?；鶞?zhǔn)測(cè)試測(cè)量了事務(wù)的吞吐量，結(jié)果表明隨著額外處理器的增加，吞吐量提高了 94%。恰巧，這與我們?cè)诒緳C(jī)系統(tǒng)上看到的擴(kuò)展量完全一致，這很可能是硬件和數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展帶來(lái)的結(jié)果。圖.5：VMwareVirtualSMP 針對(duì)單個(gè) Oracle10gR2 實(shí)例的擴(kuò)展情況進(jìn)行整合的關(guān)鍵要求之一是對(duì)于多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例的良好擴(kuò)展性。為了顯示這一點(diǎn)，我們?cè)?VMwareESXServer3.5 上運(yùn)行了多個(gè) Oracle10G 實(shí)例。圖 4 顯示了在運(yùn)行開(kāi)放源 DVDstore 數(shù)據(jù)庫(kù)基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)，VMwareESX 平臺(tái)的擴(kuò)展情況。該基準(zhǔn)測(cè)試是以客戶端-服務(wù)器模式運(yùn)行的，因此我們可以專注于數(shù)據(jù)

11、庫(kù)層。內(nèi)就融圖 4:16 核 Sunx4600M2 上 VMwareESX 中多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例的擴(kuò)展情況3:利用大容量?jī)?nèi)存進(jìn)行縱向擴(kuò)展Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)消耗大量?jī)?nèi)存。主要是在內(nèi)存中緩存預(yù)編譯的 SQL 查詢和來(lái)自磁盤的數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)者花費(fèi)了極大的精力來(lái)盡量避免進(jìn)行磁盤 I/Oo 這是因?yàn)橐粋€(gè)磁盤 I/O 的延遲要遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于CPU 處理一個(gè)事務(wù)的時(shí)間。例如，一個(gè)磁盤I/O需要等待 10 毫秒，而典型的事務(wù)只需占用 CPU 幾毫秒。如果一個(gè)到磁盤的 I/O 能夠被高速緩存在內(nèi)存中，則可以在不到 1 毫秒的時(shí)間內(nèi)調(diào)用。此外，由于磁盤很貴，通常情況下用于數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)的成本更多地受其每秒所執(zhí)行的

12、 I/O 操作數(shù)的影響，而不是單純的存儲(chǔ)空間的影響。降低整體的磁盤吞吐量便意味著大幅降低系統(tǒng)的成本。更大的內(nèi)存空間可以幫助 Oracle 在內(nèi)存中高速緩存更多的磁盤數(shù)據(jù)塊。請(qǐng)看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：如果數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)正在使用內(nèi)存來(lái)高速緩存其磁盤 I/O,并且高速緩存命中率達(dá)到 90%,這就意味著每 10 次訪問(wèn)操作，只有一次會(huì)導(dǎo)致物理 I/O。如果每秒的訪問(wèn)次數(shù)為 10,000,我們將會(huì)看到每秒 1,000 次 I/O 操作。如果增加內(nèi)存將高速緩存命中率提高至 99%,則可以將 I/O 的發(fā)生率降低到 1%,從而使每秒的物理 I/O數(shù)減至十分之一，即每秒僅 100 次 I/O 操作。通常，在客戶操作系統(tǒng)

13、所使用的內(nèi)存中，有 80%以上是由 Oracle 磁盤數(shù)據(jù)塊高速緩存占用的?；镜慕?jīng)驗(yàn)原則是數(shù)據(jù)庫(kù)高速緩存大小應(yīng)該是數(shù)據(jù)庫(kù)大小的 5-10%,將內(nèi)存容量增加一倍會(huì)使吞吐量大約提高20%。顯然這還與工作負(fù)載的多少有很大關(guān)系，但是您可以看到較大的內(nèi)存可以幫助提高系統(tǒng)中其他區(qū)域的資源效率，因而就整體而言，內(nèi)存越大越好。綜合上述原因，大容量?jī)?nèi)存對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)非常重要。VMwareESX3.0 允許每個(gè)客戶操作系統(tǒng)擁有 16GBRAM,而 VMwareESX3.5 則將此限制提高到了每個(gè)客戶操作系統(tǒng) 64GBo由于通過(guò)工作負(fù)載整合可以從內(nèi)部提高處理器利用率，因此我們可以將更多工作負(fù)載壓縮到單個(gè)系統(tǒng)中。這

14、意味著平均而言，每個(gè)物理處理器的平均內(nèi)存要求將是傳統(tǒng)未虛擬系統(tǒng)的兩倍。為了適應(yīng)這些不斷增長(zhǎng)的要求，我們?cè)?ESX3.5中大幅提高了內(nèi)存擴(kuò)展量，現(xiàn)在對(duì)于 Sun、IBM 和 Unisys 的最新高端系統(tǒng)，最高可以支持 256GBRAM。4:ESX3.5虛擬化管理程序的大頁(yè)面功能Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)在 CPU 的 MMU 中使用大頁(yè)面來(lái)優(yōu)化內(nèi)存性能已經(jīng)有一段時(shí)日了。這一功能與操作系統(tǒng)的大頁(yè)面功能配合使用，通常用于容納數(shù)據(jù)庫(kù)磁盤數(shù)據(jù)塊高速緩存的較大共享內(nèi)存分段。Linux、Windows和 Solaris 客戶操作系統(tǒng)均支持大頁(yè)面。通過(guò)大頁(yè)面，Oracle 的性能一般會(huì)提高 5-20%,具體取決于處

15、理器的類型和所配置內(nèi)存的大小。其他的 x86 虛擬化管理程序不提供虛擬的大頁(yè)面功能，因此當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)被虛擬化后無(wú)法使用該優(yōu)化功能。ESX3.5 虛擬化管理程序提供先進(jìn)的大頁(yè)面支持，允許數(shù)據(jù)庫(kù)充分利用 CPU 的大頁(yè)面功能。5:ESX針對(duì)不同內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行的優(yōu)化當(dāng)今許多備受關(guān)注的新硬件系統(tǒng)都是使用不同的內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。這意味著并不是所有的內(nèi)存都具有相同的速度，對(duì)比拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與處理器相近的內(nèi)存和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與處理器差異較大的內(nèi)存，訪問(wèn)前者要比訪問(wèn)后者更快。為確保最佳性能，VMwareESX 虛擬化管理程序在為客戶操作系統(tǒng)分配內(nèi)存時(shí),的 CPU 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)接近的物理內(nèi)存中進(jìn)行分配。6:高性能的半虛擬化

16、網(wǎng)絡(luò)連接半虛擬化是一個(gè)專有名詞，指的是客戶操作系統(tǒng)具有虛擬化管理程序的一些知識(shí)，并且能夠利用這些知識(shí)對(duì)虛擬化管理程序的執(zhí)行進(jìn)行優(yōu)化。VMwareESX 虛擬化管理程序在客戶操作系統(tǒng)中使用半虛擬化網(wǎng)絡(luò)連接驅(qū)動(dòng)程序來(lái)提供高性能的網(wǎng)絡(luò)連接。在客戶操作系統(tǒng)首次啟動(dòng)時(shí)，這些驅(qū)動(dòng)程序會(huì)通過(guò) VMware 工具包被自動(dòng)安裝。不同于 CPU 半虛擬化，半虛擬化驅(qū)動(dòng)程序不需要對(duì)客戶操作系統(tǒng)進(jìn)行任何更改，它們只是作為透明的新驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行安裝。6:-多 NIC 的擴(kuò)展情況ESX 能夠以線速驅(qū)動(dòng)千兆位以太網(wǎng)，如文章多個(gè)虛擬機(jī)中的網(wǎng)絡(luò)連接性能中所述。通過(guò)集成新的無(wú)狀態(tài)卸載功能，例如大分段卸載(large-segment

17、-offload,LSO)和巨型框架，ESX3.5 的網(wǎng)絡(luò)連接性能得到了很大提升，現(xiàn)在在10 千兆位以太網(wǎng)上已接近線速(9.9 千兆位儂)。通過(guò)在多個(gè) NIC 之間擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)連接的性能可以提高從而超過(guò)一個(gè) NIC 的性能。圖 6 顯示了添加多個(gè)NIC 后千兆位以太網(wǎng)性能的擴(kuò)展情況。7:利用VMwareESX的頁(yè)面共享功能來(lái)減少內(nèi)存使用量通過(guò)一個(gè)被稱作透明頁(yè)面共享的功能，ESX 虛擬化管理程序可以安全地共享具有相同內(nèi)容的物理內(nèi)存。通過(guò)頁(yè)面共享，虛擬化管理程序會(huì)分配一個(gè)單獨(dú)的物理內(nèi)存頁(yè)面來(lái)對(duì)應(yīng)客戶系統(tǒng)中的多個(gè)頁(yè)面，這樣僅有一份數(shù)據(jù)副本駐留在內(nèi)存中。使用這一技術(shù)，所耗用的內(nèi)存總量就會(huì)少于各部分的總和

18、。虛擬化管理程序會(huì)確保絕對(duì)的安全性隔離，即如果一個(gè)客戶操作系統(tǒng)修改了一個(gè)頁(yè)面，則該客戶操作系統(tǒng)就會(huì)獲得自己的專有副本?？梢酝ㄟ^(guò)多種方式使用此功能有效地節(jié)省 Oracle 所用的內(nèi)存。如果有多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例在運(yùn)行，則頁(yè)面共享功能會(huì)自動(dòng)共享操作系統(tǒng)和 Oracle 實(shí)例的代碼部分。通常情況下，這會(huì)為每個(gè)虛擬機(jī)節(jié)省好幾百 MB內(nèi)存。將從與運(yùn)行客戶操作系統(tǒng)當(dāng)多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)正在共享相似的數(shù)據(jù)（如一個(gè)共享的參考表或者多個(gè)用于開(kāi)發(fā)目的的數(shù)據(jù)庫(kù)副本）時(shí)，ESX 可自動(dòng)檢測(cè) Oracle 磁盤數(shù)據(jù)塊高速緩存中相同的磁盤數(shù)據(jù)塊，并安排對(duì)其進(jìn)行共享。如此一來(lái)，各數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例以及各虛擬機(jī)之間就可以透明地共享數(shù)據(jù)庫(kù)高速緩存內(nèi)存

19、映像。這會(huì)進(jìn)一步節(jié)省幾十 MB（至少系統(tǒng)表會(huì)是相同的）到幾 GB 的內(nèi)存，具體取決于實(shí)例間相同磁盤數(shù)據(jù)的數(shù)量。頁(yè)面共享的另一個(gè)好處是，某些內(nèi)存還可以在每個(gè)實(shí)例內(nèi)部進(jìn)行共享。這通常適用于零頁(yè)面。8:半虛擬化CPU圖 7:虛擬化技術(shù)有多種技術(shù)可以用來(lái)虛擬化 x86 指令集，包括二進(jìn)制轉(zhuǎn)換、半虛擬化和硬件輔助。長(zhǎng)期以來(lái) VMware 虛擬化管理程序就一直使用二進(jìn)制轉(zhuǎn)換來(lái)為多種工作負(fù)載提供接近本機(jī)性能的虛擬化。CPU 半虛擬化或硬件輔助這兩種方法可以用來(lái)為具有多個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的工作負(fù)載提供小的優(yōu)化，以及特定的內(nèi)存優(yōu)化。沒(méi)有哪個(gè)方法是適用于所有工作負(fù)載的，在 VMwareESX 中，不同的方法被用于不同的工作負(fù)載。OleAgesen 和KeithAdams 在他們的論文（