一、概論

超大型系統(tǒng)的特點為：

1.處理的用戶數(shù)一般都超過百萬，有的還超過千萬，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量一般超過1TB；

2.系統(tǒng)必須提供實時響應功能，系統(tǒng)需不停機運行，要求系統(tǒng)有很高的可用性及可擴展性。

為了能達到以上要求，除了需要性能優(yōu)越的計算機和海量存儲設備外，還需要先進的數(shù)據(jù)庫結構設計和優(yōu)化的應用系統(tǒng)。

一般的超大型系統(tǒng)采用雙機或多機集群系統(tǒng)。下面以數(shù)據(jù)庫采用Oracle 8.0.6并行服務器為例來談談超大型數(shù)據(jù)庫設計方法：

·確定系統(tǒng)的ORACLE并行服務器應用劃分策略

·數(shù)據(jù)庫物理結構的設計

·系統(tǒng)硬盤的劃分及分配

·備份及恢復策略的考慮

二、Oracle并行服務器應用劃分策略

Oracle并行服務器允許不同節(jié)點上的多個INSTANCE實例同時訪問一個數(shù)據(jù)庫，以提高系統(tǒng)的可用性、可擴展性及性能。Oracle并行服務器中的每個INSTANCE實例都可將共享數(shù)據(jù)庫中的表或索引的數(shù)據(jù)塊讀入本地的緩沖區(qū)中，這就意味著一個數(shù)據(jù)塊可存在于多個INSTANCE實例的SGA區(qū)中。那么保持這些緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)的一致性就很重要。Oracle使用 PCM（ Parallel Cache Management） 鎖維護緩沖區(qū)的一致性，Oracle同時通過I DLM（ 集成的分布式鎖管理器）實現(xiàn)PCM 鎖,并通過專門的LCK進程實現(xiàn)INSTANCE實例間的數(shù)據(jù)一致。

考慮這種情況：INSTANCE1對BLOCK X塊修改，這時INSTANCE2對BLOCK X塊也需要修改。Oracle并行服務器利用PCM鎖機制，使BLOCK X從INSTANCE 1的SGA區(qū)寫入數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件中，又從數(shù)據(jù)文件中把BLOCK X塊讀入INSTANCE2的SGA區(qū)中。發(fā)生這種情況即為一個PING。PING使原來1個MEMORY IO可以完成的工作,變成2個DISK IO和1個 MEMORY IO才能夠完成,如果系統(tǒng)中有過多的PING，將大大降低系統(tǒng)的性能。

Oracle并行服務器中的每個PCM鎖可管理多個數(shù)據(jù)塊。PCM鎖管理的數(shù)據(jù)塊的個數(shù)與分配給一個數(shù)據(jù)文件的PCM鎖的個數(shù)及該數(shù)據(jù)文件的大小有關。當INSTANCE 1和INSTANCE 2要操作不同的BLOCK，如果這些BLOCK 是由同一個PCM 鎖管理的,仍然會發(fā)生PING。這些PING稱為FALSE PING。當多個INSTANCE訪問相同的BLOCK而產(chǎn)生的PING是TRUE PING。

合理的應用劃分使不同的應用訪問不同的數(shù)據(jù)，可避免或減少TRUE PING；通過給FALSE PING較多的數(shù)據(jù)文件分配更多的PCM鎖可減少 FALSE PING的次數(shù)，增加PCM鎖不能減少TRUE PING。

所以, Oracle并行服務器設計的目的是使系統(tǒng)交易處理合理的分布在INSTANCE實例間，以最小化PING，同時合理的分配PCM鎖，減少FALSE PING。設計的關鍵是找出可能產(chǎn)生的沖突，從而決定應用劃分的策略。應用劃分有如下四種方法:

1.根據(jù)功能模塊劃分，不同的節(jié)點運行不同的應用

2.根據(jù)用戶劃分，不同類型的用戶運行在不同的節(jié)點上

3.根據(jù)數(shù)據(jù)劃分，不同的節(jié)點訪問不同的數(shù)據(jù)或索引

4.根據(jù)時間劃分，不同的應用在不同的時間段運行

應用劃分的兩個重要原則是使PING最小化及使各節(jié)點的負載大致均衡。

三、數(shù)據(jù)庫物理結構的設計

數(shù)據(jù)庫物理結構設計包括確定表及索引的物理存儲參數(shù)，確定及分配數(shù)據(jù)庫表空間，確定初始的回滾段，臨時表空間，redo log files等，并確定主要的初始化參數(shù)。物理設計的目的是提高系統(tǒng)的性能。整個物理設計的參數(shù)可以根據(jù)實際運行情況作調整。

● 表及索引數(shù)據(jù)量估算及物理存儲參數(shù)的設置

表及索引的存儲容量估算是根據(jù)其記錄長度及估算的最大記錄數(shù)確定的。在容量計算中考慮了數(shù)據(jù)塊的頭開銷及記錄和字段的頭開銷等等。表及索引的initial和next存儲參數(shù)一般設為相等，pctincrease設為0。

● 表空間的設計

Oracle數(shù)據(jù)庫的表和索引是透過表空間tablespace存儲在數(shù)據(jù)庫中的。在tablespace設計時一般作以下考慮：

1、一般較大的表或索引單獨分配一個tablespace。

2、Read only對象或Read mostly對象分成一組，存在對應的tablespace中。

3、若tablespace中的對象皆是read only對象，可將tablespace設置成read only模式，在備份時，read only tablespace只需備份一次。

4、高頻率insert的對象分成一組，存在對應的tablespace中。

5、增、刪、改的對象分成一組，存在對應的tablespace中。

6、表和索引分別存于不同的tablespace。

7、存于同一個 tablespace中的表（或索引）的extent 大小最好成倍數(shù)關系，有利于空間的重利用和減少碎片。

● DB BLOCK SIZE

超大型數(shù)據(jù)庫DB BLOCK SIZE一般在4KB 至 64KB，而最常用的是8KB、 16KB或32KB。選用較大的DB BLOCK SIZE可使INDEX的高度降低，也會提高IO效率。

● Redo Log Files

Oracle進程redo log writer (LGWR)將日志寫入日志文件。一般日志文件最好建在專用的鏡像盤上。日志文件組的個數(shù)及文件的大小的設定與系統(tǒng)交易量的大小有關。ORACLE并行服務器中每個INSTANCE使用各自的一組rego log files。一般的每組日志文件的個數(shù)為3-7個，每個的大小為200MB－500MB。

● 數(shù)據(jù)文件大小

建議用標準的文件大小，如200M、１GB、２GB、4GB、8GB等，可簡化空間的維護工作。

● 回滾段

回滾段一般建在專用的表空間中。每一個INSTANCE實例擁有各自的回滾段。設置回滾段的一般原則是： initial 及 next 存儲參數(shù)的值是相等的，同時還是DB BLOCK SIZE的倍數(shù)。每個回滾段的minextents設為20，optimal參數(shù)的值保證回滾段縮小時不低于20個extents。

● 臨時表空間

臨時表空間一般建在專用的表空間中。每一個INSTANCE實例擁有各自的臨時表空間。這樣使用臨時表空間時不會有PING。設置臨時表空間的initial=next。

四、系統(tǒng)硬盤的劃分及分配

在多機集群環(huán)境下，Oracle并行服務器通過操作系統(tǒng)提供的DRD服務來共享同一個數(shù)據(jù)庫。每一個INSTANCE對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)文件的訪問都是通過該數(shù)據(jù)文件所在的DRD服務進行的。

考慮以下情況：主機1上有DRD服務1，該服務對應的數(shù)據(jù)文件有1、2、13、35、67等，這時如果主機2上的INSTANCE2需要讀取數(shù)據(jù)文件13，通過DRD服務調度，主機1通過DRD服務訪問磁盤陣列上的數(shù)據(jù)文件13，把INSTANCE2需要的數(shù)據(jù)讀到內存，然后通過MEMORY IO把數(shù)據(jù)傳到主機2的INSTANCE2。寫操作是讀操作的逆過程。

通過以上分析可知，系統(tǒng)硬盤的劃分及分配的原則是盡量減少MEMORY IO。

五、備份及恢復策略的考慮

數(shù)據(jù)庫的備份與恢復在系統(tǒng)設計中占很重要的地位。好的備份及恢復策略可以降低系統(tǒng)的運行風險，減少因硬件故障而造成的損失。

Oracle備份方法：

1.物理備份

將數(shù)據(jù)庫的物理文件通過操作系統(tǒng)的命令或工具備份到備份介質上。物理備份往往用于存儲介質故障時恢復數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

根據(jù)數(shù)據(jù)庫運行方式的不同，可進行不同的物理備份：

a)物理冷備份（offline backup）

物理冷備份要求數(shù)據(jù)庫在關閉(所有INSTANCEs停止)的情況下進行。這種備份必須是完全備份，即需備份所有的數(shù)據(jù)文件、控制文件(control file)、日志文件(redo log file)、初始參數(shù)文件等等。

物理冷備份的步驟簡單，但要求系統(tǒng)能夠停止。

b)物理熱備份（online backup）

物理熱備份是在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)正常運行的情況下進行的數(shù)據(jù)庫備份。這種備份可以是數(shù)據(jù)庫的部分備份，既備份數(shù)據(jù)庫的某個表空間(tablespace)或某個數(shù)據(jù)文件(datafile)，也可備份控制文件(control file)。

物理熱備份要求數(shù)據(jù)庫在ARCHIVELOG模式下運行。這種備份一般用于應用系統(tǒng)不能停機的情況。

c)歸檔日志文件備份（archived log file backup)

要使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠恢復到故障點前一時刻狀態(tài)，或恢復到某指定時刻狀態(tài)，數(shù)據(jù)庫必須采用ARCHIVELOG模式。在ARCHIVELOG模式下，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)會產(chǎn)生歸檔日志文件(archive log files)。歸檔日志文件也需備份到備份介質上。在恢復時，這些文件可使數(shù)據(jù)庫恢復到最近狀態(tài)。

歸檔日志文件產(chǎn)生在指定目錄下，這些文件一生成就可以備份到備份介質上，DBA可根據(jù)磁盤空間情況，定時將它們備份出去。

2.邏輯備份

邏輯備份是通過Oracle提供的Export工具，將數(shù)據(jù)庫的結構定義及其數(shù)據(jù)卸出到特定格式的文件中，并備份該文件。

在實際應用中，邏輯備份與物理備份并用。一般來說，物理備份用于磁盤介質損壞或數(shù)據(jù)文件損壞；邏輯備份用于數(shù)據(jù)庫中的某些對象被破壞或用戶誤操作。

備份策略的考慮主要在以下三個方面：

● 存儲空間

● 對現(xiàn)行運行的系統(tǒng)的性能影響

● 恢復時間的影響

如果需要節(jié)省空間和恢復時間就需要增加備份的頻率，但是備份操作會明顯增加現(xiàn)行運行的系統(tǒng)的負載。、

Oracle的恢復方法

根據(jù)不同的備份方法采用不同的恢復方法。

使用物理備份恢復

Oracle提供了三種恢復手段：

1、數(shù)據(jù)庫級的恢復

2、表空間(Tablespace)的恢復

3、數(shù)據(jù)文件的恢復

數(shù)據(jù)庫級的恢復要求數(shù)據(jù)庫在關閉但Mount的狀態(tài)下進行。表空間及數(shù)據(jù)文件的恢復可在數(shù)據(jù)庫運行的狀態(tài)下進行。

使用邏輯備份恢復

當數(shù)據(jù)庫中的某一對象被損壞，或用戶的誤操作使數(shù)據(jù)破壞（如誤刪表） 時可用邏輯備份恢復。用邏輯備份只能恢復到備份時刻的狀態(tài)。