Klonen von Exadata-Datenbanken mit der Oracle ZFS Appliance - Ein Erfahrungsbericht

1 DOAG Konferenz 2014

Klonen von Exadata Datenbanken mit der Oracle ZFS Appliance

Ein Erfahrungsbericht


database intelligence | opera1ons excellence | lizenzberatung

•  Oracle-Projekte seit 2003

•  Data Warehouse und Business Intelligence Projekte

•  Wartungsverträge

„we go the extra mile“

Jan Schreiber, Senior Consultant

Loopback.ORG GmbH


KUNDE UND ANWENDUNG

Deutschlandweiter Kommunikationsdienstleister

DWH/BI Landschaft mit mehreren ExaData-Systemen

Datenbeladungen von 2 TB pro Tag

Tägliche Bereitstellung von Key-Performance-Indikatoren


Ausgangssituation (physisch)

RMAN 10 Gbit/sec.

RMAN 1 Gbit/sec.

SAN Storage

Produktionsumgebung

Testumgebung

FC


Produktion Produktion’ Test

Ausgangssituation (logisch)

Post-Tasks: -  Anonymisierung -  Maskierung -  Security-Refit -  Database Links -  …


Produktion Produktion’

Ausgangssituation (logisch)

-  Anonymisierung -  Security-Refit -  Database Links -  …

lots of times...

Post-Tasks



Test

Entwicklung

T/E


Nachteile

•  Platzverbrauch (ein n-faches der Originalvolumens)

•  Lange Laufzeiten

•  Hoher Netzwerk-Traffic durch Datenbewegung

•  Lange Anpassungszeiten für Post-Tasks

•  Insgesamt lange Bereitstellungszeiten

•  Test / Entwicklungsumgebungen wurden zu selten aktualisiert


Oracle ZFS Appliance

•  Direkt an Exadata-Infiniband angeschlossen

•  Hohe Durchsatzraten bei der Datensicherung

•  ZFS bietet Snapshots und Klone

•  Schnelle Bereitstellung, geringer Platzverbrauch

•  HCC Kompression kann beibehalten werden

•  Native dNFS


Oracle ZFS Appliance •  „Application Engineered Storage:

–  Speziell für Datenbank-Storage entworfen

•  „17,3GB/s bei $23/MB/s“

•  dTrace-GUI Analytics

•  Oracle Database Integration: SMU

•  EM Cloud Control Plugin

•  Thin Provisioning / Deduplication / Compression


dTrace Analysis


Infiniband-Integration Exa / ZS

IB0 IB1 IB3 IB2 IB0 IB1 IB3 IB2

Oracle ZFS Storage Cluster Head 1 Oracle ZFS Storage Cluster Head 2

Exadata Rack 1

Leaf Switch 1 Leaf Switch 2

Exadata Rack 2

Leaf Switch 1 Leaf Switch 2

Active IPMP Link

Failover Link


Configuring a Single Oracle ZFS Storage Appliance into an InfiniBand Fabric with Multiple Oracle Exadata Machines

„Two Exadata racks can be cabled together to share the same IB fabric mesh. The merged Exadata racks can then be connected to a single clustered Oracle ZFS Storage Appliance. Successful setup requires adherence to some critical prerequisites and instructions, including physical cabling procedures. Be sure to reference the Oracle Exadata Database Machine Owner's Guide, Part IV: Extension Configuring a Single Oracle ZFS Storage Appliance into an InfiniBand Fabric with Multiple Oracle Exadata Machines of the Oracle Database Machine and Oracle Exadata Storage Expansion Rack“ http://www.oracle.com/technetwork/server-storage/sun-unified-storage/documentation/multiple-exadata-zfssa-121013-2080035.pdf


IB-Konfiguration

•  Enable LACP Link Aggregation

•  Active/Active-Konfiguration für IPMP nicht empfohlen*

•  Linux ifcfg-ibx: MTU=65520

•  Connected Mode

*siehe MOS Note: 283107.1


Durchsatz •  Infiniband Bus Transferrate 2.0Gb/sec •  40Gb/s mit QDR auf Eda-Seite •  Erwarteter Durchsatz 4GB/s


Klon-Erzeugung

Filesystem-Klon: •  offline •  online mit recovery

–  Zugriff auf Archive Logs notwendig

–  Quell- und Klon-DB liegen in einem Filesystem oder sind per zfs send repliziert

RMAN-Klon: •  Sicherung der Quell-DB

mit RMAN AS COPY auf ein (d)NFS-Share der ZS

•  RMAN Recovery auf der ZS

•  zfs clone •  Start auf DB-Host per

(d)NFS Mount

Data-Guard-Klon: •  DataGuard statt RMAN •  Point In Time Klon

möglich •  Verbindung mit

Desaster Recovery


Oracle RMAN Incremental Backup Oracle RMAN Incremental Backup

C4

MCL@t1 MCL@t2 MCL@t4 MCL@t3

MTD@t1 MTD@t2 MTD@t4 MTD@t3

S1 S2 S4 S3

S5 S6 S7 S8

C1 C2 C3

C6

C5 C7 C8 C9 C10 C13 C12

C11

Oracle ASM

Database

Ausgewählte Strategie Source-‐DB

Loopback.ORG



C4



S1 S2 S4 S3

S5 S6 S7 S8

C1 C2 C3

C6

C5 C7 C8 C9 C10 C13 C12

C11

Oracle ASM

Database


Restored DB

Loopback.ORG



C4



S1 S2 S4 S3

S5 S6 S7 S8

C1 C2 C3

C6

C5 C7 C8 C9 C10 C13 C12

C11

Oracle ASM

Database


Restored DB

Master Test DB

Loopback.ORG


Snapshots


C4



S1 S2 S4 S3

S5 S6 S7 S8

C1 C2 C3

C6

C5 C7 C8 C9 C10 C13 C12

C11

Oracle ASM

Database


Restored DB

Master Test DB

Loopback.ORG



C4



S1 S2 S4 S3

S5 S6 S7 S8

C1 C2 C3

C6

C5 C7 C8 C9 C10 C13 C12

Oracle ASM

Database


Restored DB

Master Test DB

C11

Snapshots

Klone


Zusammenspiel RMAN und ZA

•  RMAN AS COPY

–  1,75x längere Laufzeit als AS BACKUPSET

•  Incrementally updated backup

•  ENABLE BLOCK TRACKING

•  BACKUP AS COPY SKIP INACCESSIBLE (ARCHIVELOG ALL)


RMAN Konfiguration

•  RMAN Channel SBT_TAPE ohne Komprimierung, wenn

Backup Software bereits komprimiert

•  RMAN Compression ist sehr CPU intensiv

•  Höhere Datenraten mit mehreren RMAN-Channels

•  Mount der Backup Shares mit Automounter oder init.d-

Skript


Datenbank-Kloning und ZA

•  Alle zusammengehörigen Dateien müssen konsistent geklont werden

•  Schreiboperationen müssen auf Redo ausgelagert werden •  Archive Logs müssen berücksichtigt werden


DB-Kloning mit SMU •  Management der Kloning •  iSCSI und dNFS •  WebGUI und CLI •  Oracle 10,11, RAC, Linux, Solaris


DB-Kloning mit SMU


SMU: Ablauf

1.  Klon des Backup Share

2.  Mount Klon auf Target Host

3.  Start Temp-Instanz aus Backup, mount Controlfile,

read parameters (maxSCN, FRA-Size)

4.  Start Klon-DB mit neuem PFile

5.  Recover Control File

6.  Database Recovery

7.  OPEN RESETLOGS

8.  Recompile aller Schema-Objekte


Host-Anbindung ZS

•  L2: FC, IB oder (10G) Ethernet

•  TCP/IP über Ethernet und IB

•  ZA Protokolle: ftp, smb, nfs, iSCSI

•  iSCSI: ZFS datasets (Volumes) als raw devices für ASM

–  Nur eine ASM-Instanz pro Host

–  iSCSI Volumes werden im Stück geklont


Oracles dNFS

•  NFS-Implementation im Oracle-Prozess

–  Für Datenbank-Zugriffe optimiertes Verhalten

–  Für Datafiles, RMAN, Temp, Redo, Controlfiles…

–  Keine serverseitige Komponenten

–  Weniger CPU-Overhead

•  Von Oracle empfohlen für Datenbankfiles auf ZA Storage

•  300% der kNFS-Performance in Linux

–  100% in Solaris ;)


File A File B File B

NFS-Service

kernel

NFS-Client

I/O Client Oracle Process



k NFS

File A File B File B

NFS-Service

NFS-Client




d NFS

NFS-Client NFS-Client

USER KERNEL M

ODE

USER KERNEL M

ODE

Loopback.ORG


SMU

•  Konfiguriert Snapshots und Klone von Oracle-Datenbanken auf ZFS-Storage

•  Oracle Datenbank 10,11 auf ZA

•  Solaris, Linux, Windows Clients, RAC

•  NAS & SAN

•  Snapshot, Clone, Rollback

•  Online, Offline, Standby Snapshots


ZFS-Snapshots

•  ZFS: Allocate on Write •  Änderungen werden stets auf neue Blöcke geschrieben •  Nach einem Snapshot werden keine obsoleten Blöcke mehr

gelöscht •  Ein Klon ist ein beschreibbarer Snapshot •  Schreiben auf einen Klon ist nicht langsamer


ZFS-Konfiguration: ARC & ZIL

•  ARC Adaptive Read Cache in RAM oder auf SSD (Readzilla/L2ARC)

–  „Buffer Cache“ des Filesystems

•  ZIL ZFS Intent Log (Writezilla)

–  „Redo Log“ des Filesystems

–  Synchrones Schreiben

–  Asynchrones Schreiben geht ins RAM


Schreiben in ZFS

Get into a transaction group

Update our in-memory buffer

Create in-memory log record

Commit transaction Sync?

Commit ZIL record to disk

Return

no

yes


ZFS logbias

•  Latency: mit ZIL

•  Throughput: ohne ZIL

•  Auf SSD schreibt es sich schneller

•  Aber viele Disks haben mehr Bandbreite als wenige SSDs


ZIL Konfiguration

•  Gestripte SSDs für ZIL –  Maximale Performance

–  Doppelfehler führt zu Datenverlust

•  Gespiegelte SSDs für ZIL –  Maximale Schreibrate im Latency-Mode = Bandbreite eines SSD-

Anschlusses


ZFS Share Konfiguration für Datenbanken

Share Logbias Recordsize Primarycache Compression

DATAFILES latency db_blocksize all LZJB

Share Logbias Recordsize Primarycache Compression

DATAFILES latency db_blocksize all LZJB

INDIZES latency db_blocksize all off

CONTROLFILES latency 128k all LZJB


Pool-Konfiguration •  Oracle empfiehlt verschiedene Pools für Datafiles und Redo

•  Mirrored Pool für Klon-Shares?

•  RAID-Z für RMAN, Archive Log?

•  HDDs können nur einem Pool zugewiesen werden

•  HDDs können nie mehr aus Pool entfernt werden

•  … Ein Pool pro Head

•  Oracle empfielt 4 Schreib-SSDs für Klone und inkrementelle Backups


ZA „Cluster“

•  2 Heads, n Storage Bays

•  Storage Bays sind untereinander querverbunden

•  HDDs des anderen Heads können importiert werden

•  Heads müssen einzeln konfiguriert werden

•  Readzilla pro Head, verliert nach Schwenk Status

–  Aufwärmphase nach dem Neustart


Projekt-Konfiguration •  ZFS datasets heissen in der ZA Shares

•  Ein ZA Projekt ist ein Template für Shares

•  iSCSI Block Devices werden immer synchron geschrieben, daher kein Latency Mode

•  Auf keinen Fall Deduplikation verwenden, da umfangreiche Speicherstrukturen aufgebaut werden müssen (im RAM sollte der Cache sein)

•  Shares müssen in beiden Köpfen angelegt werden

•  User und Group ID in den Share Voreinstellungen anpassen (1001)

•  Eindeutiges Namens-Schema für Shares und Snapshots einhalten!


SMU-Konfiguration

•  Archive Logs müssen in von Datafiles getrenntes Share

•  Ab SMU 1.2 können Datenbank-Shares auf beiden Cluster-

Köpfen liegen

•  Bei einem RMAN Backup AS COPY auf ein Share darf sonst

nichts auf dem Share liegen


Manuelle Klon-Konfiguration

•  Löschen der obsoleten Snapshots automatisieren

•  Klon Refresh erfordert einen neuen Snapshot

•  Löschen des Snapshots löscht alle Klone mit


Client-Konfiguration

•  Linux Mount Options

–  rw, bg, hard, nointr, rsize=1048576, wsize=1048576, tcp,

vers=3,timeo=600

–  NFS Version 3 vorausgesetzt

•  Solaris

–  rw ,bg, hard, nointr, rsize=1048576, wsize=1048576, proto=tcp, vers=3,

forcedirectio


Linux Native NFS abschalten

# chkconfig portmap on

# service portmap start

# chkconfig nfs on

# service nfs start

# chkconfig nfslock on

# service nfslock start


Linux /etc/sysctl.conf net.ipv4.tcp_timestamps=0

net.ipv4.tcp_sack=0

net.core.netdev_max_backlog=250000

net.core.rmem_max=16777216

net.core.wmem_max=16777216

net.core.rmem_default=16777216

net.core.wmem_default=16777216

net.core.optmem_max=16777216

net.ipv4.tcp_mem="16777216 16777216 16777216"

net.ipv4.tcp_rmem="4096 87380 16777216"

net.ipv4.tcp_wmem="4096 65536 16777216"

hKp://serverfault.com/quesPons/327947/set-‐up-‐simple-‐infiniband-‐block-‐ storage-‐srp-‐or-‐iser


Linux RDMA

•  NFS over RDMA brachte die besten Ergebnisse •  Offiziell von Oracle nicht unterstützt


Klonen des Oracle Homes

1.  ORACLE_HOME Master auf der ZA erstellen 2.  Klonen auf der ZA 3.  Mount des geklonten Shares 4.  Konfigurieren des ORACLE_HOME Shares mit dem „clone“

Perl Skript*

*MOS Dokument ID300062.1


ZA Performance Konfiguration / Test Durchsatz lesend Durchsatz schreibend Initiale Konfig, RMAN/OS 260 MB/s

CTAS, INSERT APPEND 100 MB/s

Kernel-NFS 400 MB/s dNFS 1,9 GB/s Adaptive Direct IO, NOLOG, throughput bias, rs=128k, IPoIB 1,6 GB/s

NFS over RDMA 3,5 GB/s 400 MB/s pro Pool

Bündel-Test, Latency Mode 5,5 GB/s mit beiden Köpfen 1 GB/s

ORION Test 600 MB/s (ein Kopf)

_adaptive_direct_read=TRUE 55 MB/s (DOP=10)

Mit Patch BUG 19339320 115 MB/s _direct_io_wslots=32, parallel_execution_message_size=65536

315 MB/s

Schreiben mit vielen parallelen Sessions 1,2 GB/s

Mit allen SSDs 1,7 GB/s

NFS/IPoIB Durchsatz X4-2 / ZA 1,25GB/s pro Interface Ziel mit 2x 4G Wirespeed 7 GB/s 4 GB/s (sustained IO)

Oracle-Angabe 27TB/h, 17,3GB/s on ZA


ZA Performance II

•  3 Oracle SRs •  1 Oracle Bug… •  Development is still working…


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Jan Schreiber, Hamburg

Technology

Klonen von Exadata-Datenbanken mit der Oracle ZFS Appliance - Ein Erfahrungsbericht