Możliwości bazy danych Oracle 11g w przetwarzaniu siatkowym

Rozdział 10 Możliwości bazy danych Oracle 11g w przetwarzaniu siatkowym Streszczenie. Baza danych Oracle 11g jest elementem systemu zarządzania bazą danych zaprojektowanego szczególnie z myślą o przetwarzaniu siatkowym (ang. grid computing). Ogólnie technologia ta polega na połączeniu dużej liczby serwerów i systemów pamięci masowej w jedną lub większą liczbę, elastycznych pul zasobów stanowiących siatkę (ang. grid) i dostępnych na żądanie. Celem rozdziału jest prezentacja głównych funkcji i narzędzi, jakie zawiera baza danych Oracle 11g, będących rozwiązaniem omawianych aspektów przetwarzania siatkowego oraz przedstawienie korzyści z zastosowania tej bazy w owym przetwarzaniu, w wybranych gałęziach przemysłu. 1 Wstęp W lipcu 2007 korporacja Oracle przedstawiła bazę danych Oracle Database 11g, najnowszą wersję najpopularniejszej bazy danych na świecie Oracle Database 10g [14]. Biuro badawcze Gartner w czerwcu 2007 opublikowało raport na temat udziałów rynkowych za 2006 rok, oparty na przychodach firm ze sprzedaży oprogramowania. Według Gartnera [2]: udziały firmy Oracle na rynku baz danych wyniosły 47,1% (wzrost z poziomu 46,8% w 2005 roku); udział firmy Oracle w rynku jest większy od połączonych udziałów dwóch kolejnych w rankingu firm konkurencyjnych (IBM i Microsoft). Nie tylko klienci Oracle stają przed coraz poważniejszymi wyzwaniami, takimi jak szybki wzrost liczby danych, ich coraz większa integracja oraz presja na obniżenie kosztów infrastruktury informatycznej. Baza danych Oracle Database 10g, przedstawiona w 2003 roku, to pierwsza na rynku baza danych zaprojektowana na potrzeby przetwarzania siatkowego (ang. grid computing) jako technologii pomagającej odpowiedzieć na wspomniane wyzwania [3], [4], [10]. Większość klientów Oracle przeszło już na tę wersję zwłaszcza w takich gałęziach przemysłu jak telekomunikacyjna, finansowa, zaawansowanych technologii, użyteczności publicznej, handlowa oraz transportowa [6], [7]. Przetwarzanie to w zasadzie polega na połączeniu dużej liczby serwerów i systemów pamięci masowej w jedną lub większą liczbę, elastycznych pul zasobów stanowiących siatkę (ang. grid ) i dostępnych na żądanie [1], [4], [13]. Jolanta Joszczuk-Januszewska Akademia Morska, Wydział Nawigacyjny, ul. Morska 83, 81-225 Gdynia, Polska email: jolajj@am.gdynia.pl

J.Joszczuk-Januszewska Baza danych Oracle Database 11g, zwana dalej ODB 11g, będąca wynikiem 30-letnich doświadczeń w projektowaniu, udostępnia nową generację technologii do zarządzania informacjami przedsiębiorstwa. Według laboratorium eweek baza ta została uznana za jeden najważniejszych produktów związanych z technologią informatyczną (IT) w 2007. Wersja 11g udostępnia kolejne funkcje, o które prosili klienci, aby móc przyśpieszyć wdrażanie i rozwój przetwarzania siatkowego w technologii Oracle. Baza ta oferuje ponad 400 funkcji, testowano ją przez 15 mln godzin, a jej opracowanie wymagało 36 tys. osobomiesięcy [14]. Celem rozdziału jest prezentacja głównych funkcji i narzędzi, jakie zawiera ODB 11g, będących rozwiązaniem omawianych aspektów przetwarzania siatkowego oraz przedstawienie korzyści z zastosowania tej bazy w owym przetwarzaniu, w wybranych gałęziach przemysłu. 2 Zarządzanie dostępnością i wydajnością W 2003 roku firma Oracle wprowadziła przetwarzanie siatkowe z bazą Oracle Database- 10g, zasadniczo zmieniając wygląd i działanie centrów danych oraz przekształcając je od silosów różnych zasobów do dzielonych pul serwerów i pamięci. Przez klastrowanie tanich serwerów i modułowych tablic pamięci w siatce, organizacje mogą zbudować systemy IT, które dostarczają najwyższe poziomy dostępności i wydajności. ODB 11g rozszerza unikatową zdolność Oracle, by dostarczyć korzyści z przetwarzania siatkowego [9], [11], [12]. 2.1 Zaspokajanie oczekiwań poziomu obsługi użytkowników Zarządzanie celami poziomu obsługi jest kontynuującym się wyzwaniem. Użytkownicy oczekują szybkiego, bezpiecznego dostępu do aplikacji biznesowych 24/7, a kierownicy IT muszą dostarczyć bez powiększania kosztów i zasobów. Cechy zarządzania w ODB 11g są tak zaprojektowane, by pomóc organizacjom łatwo zarządzać infrastrukturą siatek i zaspokoić oczekiwania poziomu obsługi użytkowników. Nowe cechy zarządzania bazy danych 11g pomagają wzrosnąć produktywności administratora bazy danych (DBA) i zmniejszają koszty zarządzania podczas wzrastanie wydajności, skalowalności i bezpieczeństwa aplikacji biznesowych przez całą dobę. 2.1.1 Minimalizacja ryzyka zmian z opcją Real Application Testing Na potrzeby przedsiębiorstw, które dokonują regularnej aktualizacji oprogramowania bazy danych i systemu operacyjnego oraz często wprowadzają zmiany w sprzęcie i systemie, ODB 11g udostępnia nową opcję Oracle Real Application Testing, która pomaga użytkownikom szybko, w kontrolowany sposób i ekonomicznie, testować zmiany wprowadzane w środowisku informatycznym firmy oraz zarządzać nimi. Opcja ta zawiera narzędzia: Database Replay pozwalające zapamiętać zbiór zapytań wydawanych do bazy danych, a następnie po dokonaniu zmian w bazie danych pozwala na powtórzenie tych zapytań, aby zweryfikować pozytywny lub negatywny wpływ wprowadzonych zmian na wydajność bazy danych; SQL Performance Analyzer uzupełniające działanie Database Replay, umożliwiające zmierzenie wydajności wykonania zbioru zapytań (na przykład zbioru wyko- 124

Możliwości bazy danych Oracle 11g w przetwarzaniu siatkowym rzystywanego przez Database Replay do testowania wprowadzonych zmian w bazie danych). 2.1.2 Podwyższanie produktywności DBA przez automatyzację zarządzania ODB 11g kontynuuje zamierzenia, zaczęte w bazie danych Oracle 9i i kontynuowane przez bazę danych 10g, dramatycznego upraszczania i pełnej automatyzacji zadań DBA. Nowe funkcje w tym zakresie, to między innymi: Automatic SQL and Memory Tuning (zapewnia automatyczne dostrajanie SQL-a i pamięci). Automatic Memory Tuning, czyli strojenie przydziału pamięci operacyjnej na obszary System Global Area (SGA) i Program Global Area (PGA) od zawsze stanowiło wyzwanie dla administratora. W wersji ODB 11g administrator może proces strojenia obszaru SGA lub też PGA całkowicie zautomatyzować, ustawiając tylko jeden parametr konfiguracyjny pozwalający określić ilość pamięci dla instancji i pozostałych procesów; nowy moduł Partitioning Advisor, który automatycznie doradza administratorom, jak partycjonować tabele i indeksy, aby zwiększyć wydajność; funkcja zaawansowanej diagnostyki wydajności klastrów bazy danych. Rozszerzenia do Automatic Database Diagnostic Monitor (ADDM), dostarczają lepszy, globalny obraz wydajności w środowiskach Oracle Real Application Clusters (Oracle RAC) i ulepszone możliwości analizy porównawczej wydajności. ODB 11g zawiera ponadto grupę nowych narzędzi odpowiadających za monitorowanie zdrowia bazy danych oraz raportowania wszystkich objawów jej gorszego samopoczucia. Do narzędzi tych można zaliczyć: Automatic Heath Monitoring monitorujący stan poszczególnych bloków danych wykorzystywanych aktualnie przez system, stan dziennika powtórzeń, stan segmentów wycofania oraz stan słownika bazy danych; Automatic Diagnostic Repository (ARD) jako nowe repozytorium, które zawiera w sobie informacje niezbędne do działania narzędzi diagnozujących stan bazy danych; Support Workbench udostępniający łatwy w obsłudze interfejs, który przedstawia administratorom wykryte przez ARD incydenty dotyczące kondycji bazy danych wraz z informacjami ułatwiającymi szybką ich obsługę; Incydent Packaging Service, narzędzie pozwalające na zebranie niezbędnych danych opisujących problemy występujące z bazą danych i wysłanie ich do działu pomocy technicznej firmy Oracle; Hang Manager narzędzie pozwalające na śledzenie zależności pomiędzy kolejnymi awariami systemu i na tej podstawie wytypowanie prawdopodobnych przyczyn awarii. 2.2 Dokonywanie szybszego rozpoznawania błędu z diagnostyką błędu Nowe możliwości diagnostyki błędu w ODB 11g ułatwiają klientom zdobycie wsparcia Oracle potrzebnego wtedy, kiedy mają miejsce błędy. To pozwala na szybsze rozpoznawanie problemu z mniejszymi żądaniami do klientów, a nie powielanie owych problemów. 125

J.Joszczuk-Januszewska 2.3 Minimalizacja kosztu czasu przestoju W tej 24/7 globalnej ekonomii, organizacje nie mogą dostarczać systemów IT, które są niesprawne. Systemy muszą być bowiem niezawodne i szybko naprawialne w wypadku awarii. ODB 11g chroni systemy przed wszystkimi możliwymi przyczynami zaplanowanego i nie zaplanowanego czasu przestoju, włączając serwer, pamięć i awarie strony, jak również największego powodu z wszystkich ludzkiego błędu. Z cechami wysokiej dostępności ODB 11g można znacząco zmniejszyć ryzyko czasu przestoju i utraty danych. 2.3.1 Umożliwianie szybkiego odtwarzania danych ODB 11g udostępnia technologię Oracle Active Data Guard (OADG), która pozwala klientom wykorzystywać rezerwową bazę danych w celu zwiększenia wydajności środowisk produkcyjnych, a także zapewnić ochronę przed awariami. OADG to jedyne rozwiązanie, które umożliwia równoczesny odczyt i odtwarzanie tej samej rezerwowej bazy danych, udostępniając ją na potrzeby raportowania, tworzenia kopii zapasowych, testowania i uaktualniania produkcyjnych baz danych podczas pracy. 2.3.2 Ochrona danych z Automatic Storage Management Z Automatic Storage Management (AMS) ODB 11g automatycznie odzwierciedla i równoważy dane poprzez dostępne urządzenia pamięci, by ochronić dane i optymalizować wydajność, nawet wówczas, kiedy dodawane są albo usuwane nowe dyski. Rozszerzenia mechanizmu ASM obejmują: mechanizm ASM Rolling Upgrades pozwalający na aktualizowanie kolejnych instancji technologii klastrowej Oracle RAC, minimalizując czas niedostępności aktualizowanego serwisu; Fast Mirror Resynchronization, czyli mechanizm, który w przypadku awarii dysku (rozłączenia równoczesnego zapisu do dysków) w środowisku z utrzymywaniem kilku jego lustrzanych kopii, pozwala na szybkie odtwarzanie tylko tych pól pamięci, tzw. ekstentów, które były modyfikowane na sprawnych dyskach; Preferred Mirror Read, czyli mechanizm pozwalający na wskazanie tego dysku (w architekturze z wieloma dyskami powiązanymi w zbiory lustrzanych kopii), z którego będą odczytywane dane. Rozwiązanie przydatne w zastosowaniach typu technologia klastrowa Oracle RAC, w którym można wskazać lokalizację najbliższej/najszybszej macierzy dyskowej przechowującej jedną z kopii potrzebnych danych; Możliwość zmiany jednostki alokacji dla obiektów zarządzanych przez ASM. 2.4 Funkcja Oracle Fast Files Oracle Fast Files umożliwia zapisywanie w bazie danych dużych obiektów (LOB), takich jak grafika, duże obiekty tekstowe lub zaawansowane typy danych, w tym pliki XML, obiekty trójwymiarowe (3D), dane typu DICOM (ang. Digital Imaging and Communications in Medicine Obrazowanie Cyfrowe i Wymiana Obrazów w Medycynie) i dane typu RFID (ang. Radio Frequency Identification). Dzięki tej funkcji wydajność aplikacji bazy danych może być w pełni porównywalna z wydajnością systemów plików. Możliwość przechowywania większego zasobu informacji oraz jego szybkiego i łatwego wyszukiwania, zapewnia przedsiębiorstwom lepszy wgląd w ich działalność biznesową i ułatwia szybsze dostosowywanie się do zachodzących zmian. 126

2.5 Szybsza obsługa danych w formacie XML Możliwości bazy danych Oracle 11g w przetwarzaniu siatkowym ODB 11g zapewnia znaczne zwiększenie wydajności funkcji XML DB, która umożliwia klientom bezpośrednie zapisywanie i przetwarzanie danych XML. Technologia została wzbogacona o obsługę binarnych plików XML, co zapewnia klientom możliwość wyboru opcji zapisu danych XML odpowiednich do specyficznych wymagań ich aplikacji i wymagań wydajnościowych. Funkcja XML DB umożliwia również przetwarzanie danych XML z wykorzystaniem interfejsów spełniających branżowe standardy, takie jak XQuery, Java Specification Requests (JSR) 170 i SQL/XML. 2.6 Rozszerzenia związane z bezpieczeństwem bazy danych ODB 11g udostępnia dodatkowe zabezpieczenia wzbogacające ogromne możliwości technologii Oracle w tym zakresie. Nowa wersja jest wyposażona w udoskonaloną funkcję Oracle Transparent Data Encryption, która zapewnia przezroczyste szyfrowanie nie tylko na poziomie kolumn. ODB 11g umożliwia też szyfrowanie przestrzeni tabel (ang. tablespace encryption), co można wykorzystywać do szyfrowania całych tabel, indeksów i innych obszarów do przechowywania danych. Baza posiada również mechanizm SecureFiles pozwalający na bezpieczne przechowywanie w bazie danych obiektów LOB, takich jak obrazy, teksty, filmy, XML. Mechanizm ten zapewnia dodatkowe funkcje, takie jak wykonywanie i usuwanie duplikatów czy szyfrowanie danych. 2.7 Inne rozszerzenia w zakresie wysokiej dostępności ODB 11g ułatwia administratorom spełnianie oczekiwań użytkowników w zakresie dostępności. Nowe funkcje w tym obszarze to m.in.: Oracle Flashback Transaction, która ułatwia cofnięcie transakcji wykonanej omyłkowo oraz wszystkich innych transakcji z nią związanych; Parallel Backup and Restore, która pomaga zwiększyć wydajność tworzenia kopii zapasowych i odtwarzania bardzo dużych baz danych; funkcja instalowania programów korygujących podczas pracy (ang. hot patching), która zwiększa dostępność systemu dzięki zapewnieniu możliwości instalowania patchy bez potrzeby wyłączania baz danych; nowy moduł doradczy Data Recovery Advisor, który pomaga administratorom skrócić czas przestojów związanych z odtwarzaniem systemu poprzez automatyzację analizy problemów i pomoc w określaniu planu odtwarzania. 2.8 Tworzenie pul połączeń i buforowanie wyników zapytań Funkcje zapewniania wysokiej wydajności i skalowalności, w które wyposażono ODB 11g, pomagają przedsiębiorstwom utrzymywać wydajną, skalowalną infrastrukturę zapewniającą najwyższą jakość obsługi użytkowników. ODB 11g zawiera funkcje takie, jak: 127

J.Joszczuk-Januszewska Query Result Caches (zwiększa wydajność i skalowalność aplikacji poprzez buforowanie i wielokrotne wykorzystywanie wyników często zadawanych zapytań do bazy danych, funkcji w bazie danych i warstw aplikacji); Database Resident Connection Pooling (zwiększa skalowalność systemów internetowych poprzez tworzenie pul połączeń dla aplikacji jednowątkowych). 3 Minimalizowanie złożoności zarządzania informacją Z przetwarzaniem siatkowym w technologii Oracle baza danych 11g umożliwia przede wszystkim szybkie i dokładne wspieranie biznesowych decyzji przy najniższym koszcie, poprzez zaawansowane zarządzanie cyklem życia informacji (ang. Information Lifecycle Management ILM) [11], [12]. 3.1 Zaawansowane zarządzanie cyklem życia informacji ODB 11g jest wyposażona w nowe zaawansowane możliwości partycjonowania i kompresji danych, zapewniając bardziej ekonomiczne ILM. ODB 11g automatyzuje wiele ręcznych operacji partycjonowania danych i rozszerza dotychczasowe możliwości partycjonowania hashowego, według zakresów wartości i listy parametrów o nowe mechanizmy partycjonowania danych. Nowe rozszerzenia mechanizmu partycjonowania to: Partycjonowanie interwałowe, czyli mechanizm sprawiający, że jeśli kluczem partycjonowania będzie przedział czasu (tydzień, miesiąc, kwartał, rok) lub zakres liczb (DATE lub NUMBER), to w chwili pojawienia się danych z nowego przedziału system automatycznie utworzy nową partycję; Partycjonowanie bazujące na wirtualnych kolumnach. Począwszy od wersji 11g tabela może posiadać kolumny wirtualne, czyli kolumny, których wartość nie jest wprowadzana wprost do tabeli, a jest definiowana jako wyrażenie wyliczone na podstawie wartości innych kolumn tej tabeli. Wartość kolumny wirtualnej jest składowana w bazie danych i automatycznie pielęgnowana przez system. Kluczem partycjonowania tabeli może być kolumna wirtualna; Partycjonowanie bazujące na referencjach to mechanizm przydatny wówczas, kiedy tabele są powiązane więzami referencyjnymi i tabela nadrzędna jest partycjonowana według innego klucza, niż ograniczenie referencyjne łączące te tabele. Partycje tabeli podrzędnej zawierają wówczas tylko te wiersze, które odpowiadają wierszom w analogicznej partycji założonej dla tabeli nadrzędnej; Przenaszalne partycje to mechanizm pozwalający na przenoszenie pomiędzy bazami danych pojedynczych partycji będących częścią tabeli partycjonowanej. Opierając się na wieloletnich doświadczeniach firmy w dziedzinie kompresji danych, baza danych ODB 11g oferuje zaawansowane możliwości kompresji danych sformatowanych i niesformatowanych (tzw. obiektów LOB). Nowe możliwości kompresji udostępniane przez ODB 11g z opcją Advanced Compression pozwalają uzyskać dla wszystkich danych współczynniki kompresji na poziomie dwa, trzy, a nawet i więcej razy większym. 128

3.2 Całkowite odwrócenie zmian w danych Możliwości bazy danych Oracle 11g w przetwarzaniu siatkowym Nowa wersja posiada również opcję Oracle Total Recall, która umożliwia administratorom kierowanie do określonych tabel zapytań dotyczących przeszłości. Jest to łatwy, praktyczny sposób na dodanie do danych wymiaru czasu na potrzeby śledzenia zmian, sprawowania kontroli oraz zapewnienia zgodności z przepisami. Opcja ta zawiera mechanizm Flashback Data Archive, który pozwala zdefiniować sposób przechowywania danych w segmentach wycofania i prezentuje te dane poprzez szereg perspektyw. 4 Zaawansowane opracowywanie aplikacji ODB 11g oferuje programistom szeroki wybór narzędzi programistycznych, a także uproszczony proces opracowywania aplikacji, który maksymalnie wykorzystuje kluczowe funkcje tej technologii [11], [12]. Należą do nich takie nowe funkcje, jak: Client Side Caching (buforowanie po stronie systemu klienckiego), funkcja Binary XML zwiększająca wydajność aplikacji, funkcja przetwarzania danych XML oraz funkcja zapisywania i pobierania plików. Oracle Database 11g udostępnia ponadto: nowy, działający na bieżąco kompilator Javy (ang. just-in-time Compiler), który umożliwia szybsze wykonywanie procedur Javy w bazie danych bez potrzeby korzystania z kompilatora innego producenta, integrację z oprogramowaniem Visual Studio 2005, co umożliwia opracowywanie aplikacji NET w środowisku Oracle, narzędzia do migracji z bazy danych Access, w tym moduł Oracle Application Express, ułatwiającą tworzenie zapytań funkcję SQL Developer do szybkiego pisania kodu procedur w językach SQL i PL/SQL. 5 Podsumowanie Przetwarzanie siatkowe jest odpowiedzią na wymagania przedsiębiorstw i związanych z tym problemów IT. ODB 11g rozszerza unikatową zdolność Oracle, by dostarczyć korzyści z przetwarzania siatkowego poprzez zarządzanie dostępnością i wydajnością, minimalizowanie złożoności zarządzania informacją oraz zawansowane opracowywanie aplikacji. W poprzedniej wersji bazy danych (Oracle 10g) firma Oracle zaoferowała użytkownikom wyjątkowe funkcje dla omawianej technologii, taką zwłaszcza jak technologia klastrowa Oracle RAC, stanowiącą podstawę przetwarzania siatkowego [5]. Technologia ta została ulepszona w wersji Oracle 11g [8]. Baza danych Oracle 11g oferuje również nowe mechanizmy i funkcje, z których wynikają możliwości, przede wszystkim takie jak: Oracle Real Application Testing umożliwia firmom efektywne testowanie zmian wprowadzanych w środowisku informatycznym, od systemów operacyjnych po serwery i oprogramowanie, co zmniejsza ryzyko i koszty związane z tymi zmianami. 129

J.Joszczuk-Januszewska Oracle Advanced Compression umożliwia uzyskanie wysokiego współczynnika kompresji przy wszystkich typach danych, co zmniejsza koszty ich przechowywania. Oracle Total Recall oferuje łatwy, praktyczny sposób przeanalizowania historii zmian w danych, co umożliwia śledzenie zmian, prowadzenie audytów i utrzymanie zgodności z przepisami. Oracle Active Data Guard zwiększa wydajność baz danych i zapewnia bardziej ekonomiczne usuwanie skutków awarii, dzięki przeniesieniu operacji intensywnie korzystających z zasobów, takich jak zapytania i tworzenie kopii zapasowych do jednej fizycznej, rezerwowej bazy danych. Oracle Partitioning automatyzuje wiele ręcznych czynności partycjonowania danych i rozszerza dotychczasowe możliwości partycjonowania hashowego, według zakresów wartości i listy parametrów o partycjonowanie według interwałów, referencji i kolumn wirtualnych. Literatura 1. Di Stefano M.: Distributed Data Management for Grid Computing. John Wiley & Sons, 2005. 2. Gartner Report. Market Share: Relational Database Management Systems by Operating System, Worldwide, 2006. 3. Goyal B., Thome B.: Oracle Database 10g: The Database for the Grid. An Oracle White Paper, 2005. 4. Goyal B., Lawande S.: Enterprise Grid Computing with Oracle. McGraw-Hill/Osborne New York, 2006. 5. Hletter R.: Oracle Real Application Clusters 10g The Foundation for Enterprise Grid Computing. An Oracle White Paper, 2005. 6. Joszczuk-Januszewska J.: The approach to grid computing in the industries. 6 th Conference Computer Methods and Systems CMS 2007, Kraków, Poland, 2007. 7. Joszczuk-Januszewska J.: Grid computing in the telecommunications industries. 11 th Conference Computer Systems Aided Science, Industry and Transport TRANSCOMP 2007, Zakopane, Poland, 2007. 8. Lundhild B.: Oracle Real Application Clusters 11g. An Oracle White Paper, 2007. 9. Masewicz M.: Baza danych Oracle 11g nowe cechy. XII Konf. PLOUG, Zakopane- Kościelisko, 2007. 10. Nash M., Shimp R., Jacobs K.: Grid Computing with Oracle. An Oracle Technical White Paper, 2005. 11. Oracle Corporation: Innovate Faster with Oracle Database 11g An Oracle White Paper, 2007. 12. Oracle Corporation: Oracle Database 11g New Features Overview, 2007. 13. Plaszczak P., Wellner R., Jr.: Grid Computing. The Savy Manager s Guide. Elsevier/Morgan Kaufmann Publishers San Francisco, 2005. 14. www.oracle.com 130