“剖开” LinuxONE 和 Exadata，架构专家解读里面到底有什么

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说到ibm的linuxone和oracle的数据库云服务器，我相信那些在it行业从事基础设施工作的人并不陌生。最直观的印象是，它们都是大型服务器，规模非常大，非常昂贵。一个是ibm的第一个产品，另一个是甲骨文的第一个产品。

在去爱的潮流下，也许我们很少注意细节。但对于企业来说，如何设计最合理的企业it基础设施，以最佳的性价比支持业务，是我们it人员的最终目标。如果我们从专业的角度证明它的性价比，也许我们需要面对他们的选择。此时，我们需要切开这个巨大的东西，看看里面是什么。值得我们选择吗？

数据库云服务器中有什么？

1.数据库云服务器的硬件架构

图1所示为oracle数据库云服务器的硬件架构图，主要分为三层:顶层为oracle rac服务器实例层，中间层为infiniband高速网络层上的idb，底层为智能存储网络实例层。硬件架构本身似乎没有什么特别之处。除了在网络层升级infiniband网络硬件和在存储层添加一些固态硬盘闪存驱动器之外，它仍然是计算层、网络层和存储层的传统架构。

图1数据库云服务器硬件架构图

这些硬件的升级和这种硬件架构是支持数据库云服务器所有功能的必要条件，因为数据库云服务器中的软件智能扫描功能需要得到oracle特殊通信协议idb的支持，而idb需要infiniband中的rds协议。数据库云服务器中智能闪存技术的特点是需要存储层的固态硬盘来支持。整个硬件架构由以下主要模块组成:

数据库节点:整个机架中有八个运行oraclelinux或oracle solaris的节点。

存储单元:磁盘连接到另一个称为存储单元的服务器。

磁盘:每个单元都有自己的磁盘。根据配置，它可以是高性能磁盘或高容量磁盘。

闪存盘:每个单元也有一个闪存盘。它可以提供给计算节点或用作数据库集群的二级缓存。

无限带宽:单元和节点通过无限带宽以高速和低延迟连接。

以太网交换机:外界可以通过infiniband或以太网进行通信。

Kvm交换机:它通过键盘、视频和鼠标开关直接物理连接到每个节点和单元。

2.数据库云服务器的软件技术特征

oracle数据库云服务器有许多软件技术特性:云安全扫描、存储索引、混合列压缩(ehcc)、智能闪存缓存等。让我们分析一下数据库云服务器中每个特性的功能以及它们之间的有机关系。

一、智能扫描特性

这个特性可以用一个词来概括，那就是卸载。这是数据库云服务器的核心思想，它将数据过滤和计算的处理卸载到分布式存储节点，减少存储到数据库节点的数据传输，并分散数据节点的计算压力，这可能是数据库云服务器的存储节点多于数据库节点的原因之一。

列投影:它意味着过滤扫描的列。如果某些列与sql无关，它们将不会被传输到数据库实例节点。

谓词过滤:通过将过滤谓词分派到存储节点，对where条件下的过滤谓词进行预处理，减少数据传输。

存储索引:这里的索引不是数据库级意义上的索引，但其实质是建立一个索引结构，将数据存储在存储节点的内存中，并记录存储段的最大值和最小值，这样就可以根据谓词的过滤条件添加存储索引，直接排除一些不必要的存储i/o。

功能调度:将一些功能计算调度到存储节点，分散计算压力，减少数据传输。

解压缩/解密向下分布:这主要是计算压力的分散，数据传输不一定减少。

伪列调度:伪列一般消耗计算资源，调度可以分散计算压力，减少数据传输。

数据块初始化调度:传统的数据块初始化由数据库实例节点完成并写入存储节点，而数据库云服务器将数据块初始化工作调度到存储节点独立完成，这样可以减少计算和传输。

第二，智能闪存缓存功能

此功能是指使用固态硬盘来缓存机械磁盘的数据，这可以大大提高i/o速度(用于查询)。存储软件有两个主要功能，使其能够充分利用闪存硬件。第一个功能是智能闪存，它可以将活动的数据库对象临时存储在闪存中。第二个功能是智能闪存日志，它可以加速数据库日志的关键功能。最后，oracle数据库的部署需要关键任务的灵活性，这可以由oracle数据库云服务器软件和oracle数据库提供。

智能闪存缓存的自动化管理:数据库云服务器智能闪存缓存将频繁访问的数据保存在极快的闪存存储中，同时将大多数数据保存在经济高效的磁盘存储中。该过程是自动的，不需要用户操作。

在闪存中定位对象:存储软件和数据库实例可以提供优先处理功能，优先缓存一些数据库对象。例如，一个对象可以位于缓存中并且总是被缓存，或者一个对象可以被认为从未被缓存。这种控制由新的storage子句属性cell_flash_cache提供，它可以分配给数据库表、索引、分区和lob列。

从闪存缓存创建闪存驱动器:保留缓存分区，并将其用作逻辑闪存驱动器。对于每个数据库云服务器单元，根据16个单元磁盘分配预留的闪存磁盘空空间。网格磁盘(位于物理单元磁盘上的逻辑磁盘)是在这些基于闪存的单元磁盘上创建的，并分配给自动存储管理(asm)磁盘组。

数据库日志记录的闪存:在oltp工作负载中，数据库日志写入的快速响应时间是关键。数据库管理员(DBAs)配置恢复日志组和镜像日志文件以提高可用性，但低速磁盘性能对恢复日志写入延迟和系统性能有负面影响。

3.混合柱压缩

对于传统数据库，数据以行的形式存储在数据库块中，这非常适合于oltp应用程序，但是对于具有大数据量的olap应用程序来说效率就不高了。随着历史数据的积累，历史数据将占据大量的空，这几乎是不可能改变的，但它仍然会被一些dss或olap应用程序所查询。一方面，它将数据保存在列中；另一方面，它压缩数据。支持数据库云服务器智能扫描功能是一项非常重要的技术。

第四，存储索引技术(数据库云服务器存储索引)

存储索引功能是数据库云服务器版本11.2.1.2.0 (v2)中引入的新功能，主要与云安全扫描功能相匹配，以消除查询不需要的io请求。它将表数据的汇总信息保存在内存中，并通过内部机制控制和访问这些数据结构。每个1m磁盘空对应一个存储索引条目，它保护该区域中不超过8列的最大值(max)和最小值(min)。当我们运行查询时，cellsrv进程将根据查询中的表对象和谓词，通过哈希算法在内存中搜索存储索引。如果没有找到，它将在返回结果集后建立存储索引。当第二次运行时，cellserv发现索引已经建立，所以它直接使用存储索引来减少io操作。它也是支持智能扫描特性的关键技术。

linuxone安装了什么？

1.linuxone的硬件架构

图2显示了ibm linuxone的硬件架构。它不像数据库云服务器那样将计算和存储分开。这是一台具有足够强大硬件功能的服务器。在此基础上，实现了平台层的多层虚拟化架构。

图2数据库云服务器硬件架构图

首先，linuxone包含一个具有超级处理能力的计算资源硬件池和一个具有超高吞吐量能力的io资源池。所有这些硬件资源池在水平方向上是相等的。基于这一巨大的硬件资源池，可以在此基础上构建三层虚拟化体系结构:

第一层:通过dpm或pr/sm实现微码级逻辑分区。也称为逻辑分区。大型关键数据库可以直接部署在lpar分区中，这使得资源调度更接近硬件，并具有强大的垂直扩展能力。

第二层:基于逻辑分区的kvm标准化开源虚拟化逻辑分区。

第三层:基于kvm虚拟化技术形成的平台，可以基于docker技术创建大量的集装箱运输公司，以支持一些维度服务或devops场景。

就ibm的linuxone而言，它根本没有任何应用软件特性，因为它没有绑定到任何应用程序。不会有基于某个软件产品的定制软件技术特征。它具有良好的平台特性，包括开放性、可扩展性、高效性等。下面我们将分别解释其平台的这些特点:

一.开放性

linuxone的开放性应该从以下几点来解释:

1.对主流开源软件的全面支持:linuxone的一个特性叫做“linux在你自己的手中”。它完全支持主流开源软件，允许开发人员选择他们熟悉和喜欢的开源工具，并支持一长串工具，包括apache spark、node.js、mongodb、mariadb、postgresql、chef和docker。这些技术可以比其他大型机运行得更好，并且具有显著的性能优势。

2.支持linux开源大型机项目:linux基金会是一个致力于促进linux开发和协作开发的非营利组织。Ibm将继续支持由linux Foundation创建的开源大型机项目，并通过贡献大型机代码来促进项目的开发。这不仅有助于增加大型机的个性化性能，还能更好地满足企业和开发人员对安全性、可用性和高性能的要求。

3.面对新经济:由于ibm强烈支持openstack云计算平台的行业标准，其他基于openstack的行业云管理解决方案也可以在linuxone上运行。企业移动解决方案的核心是将企业的核心记录和数据安全地扩展到移动应用，linuxone也有很好的支持特性。行业标准hadoop框架系列也是一个重要的支持对象。Ibm的devops方法通过一个开放的、基于标准的工具平台支持连续交付，而市场领先的过程框架扩展的敏捷框架(safe)使得linuxone提供了一个全面的过程和工具框架。

第二，高性能

如果说到服务器的垂直性能，它仍然属于ibm的服务器，这主要取决于它强大的cpu。就单个cpu的处理能力而言，5ghz、4级高速缓存(> 12gb)和独特的多线程技术可以达到140多个可配置内核，这是其他硬件制造商无法比拟的。此外，simd单指令多数据矢量分析技术和独特的i/o专用sap处理器技术是其强大性能的先决条件。

就io处理能力而言，io带宽可达800 gb/s以上，而hipersocket(一种内存级机内高速网络)支持其内部通信。rdma是一种跨机器远程内存访问技术，也为其水平io容量提供了必要的技术保证。

第三，可扩展性

谈到linuxone的可扩展性，可以从两个方面进行分析。一方面，它是单台机器内部的扩展能力，另一方面，它是由多台机器组成的整体扩展能力。就单台机器而言，它可以支持8，000多台虚拟机和200多万个容器。此外，这种内置扩展的灵活性主要取决于其多级虚拟化架构的支持。多机的横向扩展能力主要取决于虚拟化技术系统的支持。由于其对开源kvm虚拟化技术和docker container技术的支持，它将继承这些开源云计算技术框架带来的无限横向扩展能力。

数据库云服务器和linuxone之间有什么区别？

通过前面的章节，我们对这两种服务器有了一个全面的了解:数据库云服务器不仅有大量的硬件资源，而且有其软件技术特点。除了先进的硬件资源池之外，linuxone还有更重要的平台特性。不管它们有什么特点，它们最终都将服务于我们的业务场景。然后，我们将从业务场景来看它们之间的差异。

首先，数据库云服务器的软件特性，无论是智能扫描还是智能闪存，最终都是为了解决数据库实例的io问题。在传统模式下，没有这些特性，数据库实例读取的数据没有任何过滤和处理，基本上是1:1模式，所以io的压力会很大，尤其是在分析型数据库的场景中。经过这些数据过滤技术、数据列模式读取技术、智能数据移动技术等，结合infiniband硬件强大的协议支持，数据库实例在io上花费的资源将减少百倍甚至更多，数据库集群的处理能力将从整体上得到质的提高。但是不要忘记，这种有效性只适用于分析型oracle数据库应用程序。因为只有这种原因才会对io产生如此巨大的瓶颈效应。

然后，linuxone的平台特性和开放性使它与开源世界有着内在的生态关系，这意味着它不是为某个商业产品或软件定制的平台，而是尽可能多的软件。一方面，据说它的包容性足够好，另一方面，它实际上表明它对任何软件的支持都不会达到极端的状态。除了高性能之外，可以理解的是，linuxone的高性能来自其强大的处理器，很少有人能与之匹敌。从另一个角度来看，它表明自己的计算密度可以支持各种负载密集型应用。最后，就其灵活性而言，它来自其自身的微码层虚拟化技术及其对开源kvm和docker容器技术的全面支持。正是由于其在支持虚拟化技术方面的容忍度和灵活性，它既能支持传统的高负载应用，又能支持互联网服务的轻量级敏捷应用。Linuxone以大规模和高密度集成了各种应用负载，这极大地节省了空、功耗、网络、软件和人力开支，并降低了总体拥有成本。

总而言之，数据库云服务器是为分析型oracle数据库应用程序量身定制的，所有软件和硬件设计都是定制设计。Linuxone是一个相对通用的平台，它尝试各种方法来容纳更多的应用程序类型，所以它不是为任何应用程序定制的，而只是为了容纳更多的应用程序。从这个意义上说，两者的选择取决于我们想经营什么样的业务。

作者简介:赵海，毕业于大连理工大学系统工程学院。2007年，他以软件工程师的身份加入ibm，主要从事日本人寿保险等项目的软件开发。2009年，他开始专注于日本松下电器项目的系统运行维护和优化。2011年，他加入惠普中国，担任高级系统工程师，专注于客户案例解决和方案咨询。2013年，他加入ibm devops解决方案团队，参与云计算项目的构建和部署，以及后来的咨询和解决方案提供。2014年，他加入一家城市商业银行系统规划设计中心，担任系统架构师，专注于银行数据中心解决方案的规划和设计。

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来源：搜狐微门户