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1 Oracle Exadata の代表的な機能の特長とその仕組み 1 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. テクノロジー製品事業統括本部技術本部 Exadata 技術部エンジニア赤木維磨

2 2 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

3 Russia April 2012 India 3 4 May Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

4 4 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. San Francisco September 30 October 4, 2012

5 以下の事項は 弊社の一般的な製品の方向性に関する概要を説明するものです また 情報提供を唯一の目的とするものであり いかなる契約にも組み込むことはできません 以下の事項は マテリアルやコード 機能を提供することをコミットメント ( 確約 ) するものではないため 購買決定を行う際の判断材料になさらないで下さい オラクル製品に関して記載されている機能の開発 リリースおよび時期については 弊社の裁量により決定されます Oracle と Java は Oracle Corporation 及びその子会社 関連会社の米国及びその他の国における登録商標です 文中の社名 商品名等は各社の商標または登録商標である場合があります 5 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

6 6 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. Exadata 概要

7 Oracle Exadata Database Machine Oracle Databaseに最適化されたEngineered System Hardware(H/W) Software(S/W) DBサーバー Oracle Database マルチコア InfiniBand 広帯域 低遅延ネットワーク Storage サーバー Flashカード 大量ディスク 長年培ってきたデータベース技術 Gridアーキテクチャー Exadata Storage Server Software I/Oのボトルネックを排除 Flash 機能 リソース制御機能 高圧縮機能 Best for DWH / OLTP / Consolidation 7 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

8 8 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. Hardware 概要

9 製品ラインナップ Oracle Exadata X2-2 Oracle Exadata X2-8 Quarter, Half, Full and Multi-Racks Quarter から Half Half から Full Full から複数 Rack へと拡張可能 Full and Multi-Racks Full から複数 Rack へと拡張可能 9 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

10 Exadata Hardware アーキテクチャー Database サーバー X2-2 2 x 6-core processor 96GB Memory X2-8 8 x 10-core processor 2TB Memory InfiniBand ネットワーク 36-port 40Gb/s switches 一つに統合されたサーバー間ネットワーク Storage サーバー 12 disks Disk Type 600 GB High Performance disk 3 TB High Capacity disk 384 GB PCIe Flash 10 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

11 Oracle Exadata の各モデルの H/W 構成 X2-8 Full X2-2 Full X2-2 Half X2-2 Quarter Database Servers Database CPU Cores Database Memory (GB) (max 1152) 384 (max 576) 192 (max 288) InfiniBand switches Ethernet switch KVM No Yes Yes Yes Exadata Storage Servers Storage CPU Cores Storage Disks Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

12 InfiniBand & Flash カード 広帯域 / 低遅延ネットワークとランダム I/O の高速化 InfiniBand ネットワーク Sun Datacenter 36 ポート Managed QDR(40Gb/s) InfiniBand スイッチ Host Channel Adapter(HCA) InfiniBand 用のインターフェース 広帯域 / 低遅延 /CPU オーバーヘッドの小さいネットワーク ネットワーク帯域のボトルネック排除 低遅延通信により RAC のリニアなスケーラビリティを実現 Flash カード Storage サーバーに Flash カードが搭載 Exadata のディスクと比較し約 30 倍の IOPS を実現 ランダム読み込み /Redo 書き込みの高速化 12 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

13 13 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. Software 概要

14 マルチコア / 大量ディスク Grid アーキテクチャー データベース層 : Oracle Real Application Clusters(RAC) で仮想化 高可用性 リニアなスケーラビリティ 高拡張性を実現 ストレージ層 : Oracle Automatic Storage Management(ASM) で仮想化 高い I/O 性能 高可用性 高拡張性を実現 複数ノードのマルチコアを使用した マルチコア 並列処理を実行 InfiniBand ネットワーク 全てのディスクにデータを分散 DB サーバーの性能を活かす並列ディスク I/O 処理 大量ディスク 14 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

15 Exadata Storage Server Software for DWH システム性能のボトルネックになりやすい I/O を効率化 Smart Scan Storage Index Exadata Hybrid Columnar Compression(EHCC) for OLTP Flashテクノロジーによる 安定した高 IOPSの実現 Smart Flash Cache Smart Flash Log for Consolidation ワークロードごとのリソースを動的かつ容易に制御可能 I/O Resource Manager 15 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

16 Smart Scan Storage サーバーへの処理のオフロード ストレージが問い合わせを解釈し 必要なデータだけをDBサーバーへ転送するサーバーとストレージ間のI/O 量を最小限に留め 安定した性能を実現従来のデータベースシステム Oracle Exadata 一般的なデータベース ( 含 Oracle) 一般的なストレージ (SAN/NAS) 転送量大 アクセス対象のデータ全てを抽出 3 計算 集計 2 データ選別 データの選別をデータベース側で行う為 ネットワークを通るデータ量は多い 1 データ抽出 Database サーバー 転送量小 Storage サーバー 3 計算 集計 計算 集計に使用されるデータのみを選別して返却する為ネットワークを通るデータ量は常に最小限 2 データ選別 1 データ抽出 for DWH Storage サーバーが必要な行 列データのみを選別 抽出 16 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

17 Exadata Hybrid Columnar Compression 列単位でデータを圧縮し格納することで高い圧縮率を実現 物理 I/O 量が減少することによる読み取り高速化 行指向の格納方式 Col1, Col2, Col3 Col1, Col2, Col3 Col1, Col2, Col3 1 ブロック BASIC/OLTP 圧縮時は 重複データが圧縮される 列指向の格納方式 ランダムアクセス 全表検索 Oracle の実装非圧縮時 BASIC OLTP 圧縮時なし EHCC 時 圧縮率なし中 (3 ~ 5 倍 ) 高高 (10 ~50 倍 ) Column 1 Column 2 Column 3 for DWH 行指向 + 列指向の格納方式 Compression Unit Col 1 Col 2 Col 3 Compression Unit 17 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

18 I/O Resource Manager(IORM) I/O リソースを論理的に制御 ストレージサーバーで ユーザーごとやデータベースごとに 使用するディスクの I/O リソースを論理的に制御 IORM の使用例 DB ごとのリソース配分 Database A : 33% の I/O リソース Database B : 67% の I/O リソース DB 内のリソース配分 インタラクティブ処理 : 30% の I/O リソース バッチ処理 : 70% の I/O リソース 使用する I/O リソースの上限値も設定可能 スループット重視かレイテンシー重視かを選択可能 OLTP 処理の I/O を DWH 処理の I/O から保護 Database - A (Single-Instance) Database - B (RAC) 33% 67% for Consolidation 70% 30% Exadata Storage 30% 70% 18 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

19 Oracle Exadata Database Machine Oracle Databaseに最適化されたEngineered System Hardware(H/W) Software(S/W) DBサーバー Oracle Database マルチコア InfiniBand 広帯域 低遅延ネットワーク Storage サーバー Flashカード 大量ディスク 長年培ってきたデータベース技術 Gridアーキテクチャー Exadata Storage Server Software I/Oのボトルネックを排除 Flash 機能 リソース制御機能 高圧縮機能 Best for DWH / OLTP / Consolidation 19 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

20 Best for OLTP (InfiniBand & Flash) 20 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

21 InfiniBand テクノロジー 21 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

22 InfiniBand ネットワーク 広帯域 低遅延のネットワーク Multilane 複数レーンを束ねて 広帯域を実現 Exadata では 4 QDR(40 Gbit/s) を採用 ZDP RDS v3 プロトコル 低遅延を実現 CPU オーバーヘッドも大幅に軽減 トランスポート層 / ネットワーク層の処理を HCA のオフロード (Transport Offload) RDMA を使用し 余計なデータ コピーは作らず Storage サーバー上のデータをデータベース バッファに直接転送 3 GB/sec の転送に 2% 程度の CPU 使用率 カットスルー方式の採用 ( スイッチ ) Exadata での使用 ストレージネットワーク RAC のインターコネクト 外部通信 (optional) 22 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

23 何故広い!? InfiniBand 広帯域 Multilane による広帯域の実現 1 レーン 一対の信号線のこと 転送レート SDR 2.5Gbps / 1レーン DDR 5Gbps / 1レーン QDR 10Gbs / 1レーン FDR 14Gbps / 1レーン Multilane 複数レーンを束ねる通信規格 1レーン (1 ) 4レーン (4 ) 8レーン (8 ) 12レーン (12 ) 束ねたことによる転送速度の低下なし InfiniBand Trade AssociatoinのWEBページより 23 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

24 { 何故速い!? InfiniBand1 カットスルー方式 スイッチでの遅延を軽減 InfiniBand Switch は カットスルー方式を採用 IB Switch カットスルー方式 パケット 低遅延 宛先のみをチェック 一般的な Ethernet Switch ストア & フォワード方式 パケットを蓄積し すべてのパケットをチェック後転送 エラーを見つけたらパケットを破棄 異なる速度の LAN に対応 InfiniBand Switch カットスルー方式 パケットの宛先のみをチェックし転送 エラーチェックはエンドノードのみで実施 低遅延での転送が可能 HCA Transport Offload RDS アプリ サーバー トランスポート層 / ネットワーク層処理のオフロード HCA Transport Offload RDS アプリ サーバー 24 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

25 H/W S/W 何故速い!? InfiniBand2 低遅延 Transport Offload/RDSプロトコル Transport Offload ネットワーク層 / トランスポート層を HCA のチップがハードウェアで処理 エラーチェックも HCA にて実施 Reliable Datagram Sockets プロトコル Transport Offload 機能を活かすプロトコル RDS プロトコルではエラーチェックを行わない アプリケーションからは UDP として使用可能 一般的なネットワーク アプリケーション プレゼンテーション セッション トランスポート ネットワーク データリンク 物理 H/W S/W InfiniBand アプリケーションプレゼンテーションセッショントランスポートネットワークデータリンク物理 UDP アプリ RDS IP IPoIB user kernel H/W HCA 25 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

26 何故速い!? InfiniBand3 RDMA 通信 Remote Direct Memory Access リモートホストのメモリ間で直接データを転送できる技術 CPU オーバーヘッドの削減 / メモリ使用量の削減 / レイテンシーの削減 低遅延 非 RDMA 通信リモートホストローカルホスト CPU 1 User Memory IO Memory CPU 3 User Memory IO Memory RDMA 通信リモートホストローカルホスト CPU User Memory IO Memory CPU 1 User Memory IO Memory HCA 2 HCA HCA HCA 26 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

27 InfiniBand RAC 低遅延通信による RAC のリニアなスケーラビリティの実現ノード間の通信が超高速になるため キャッシュフュージョン多発時もスムーズなブロック転送従来のデータベースシステム Oracle Exadata 40 に更新 30 に更新 40 に更新 30 に更新 低遅延 1 2 高速 40 Ethernet 超高速 40 InfiniBand ディスク読み込み 2 最新データをネットワーク転送 ( キャッシュ フュージョン ) 3 メモリ読み込み Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

28 InfiniBand RAC 1GbE(UDP) vs InfiniBand(RDS) 検証結果 スクリーンオンリー 28 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

29 Flash テクノロジー 29 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

30 Exadata の Flash テクノロジー 各 Storage サーバーに Flash カードが内蔵 Sun Flash Accelerator F20 PCIe Card 4 枚 ストレージ容量 : 384GB(1 台 ) IOPS: 125,000 IOPS(1 台 ) スループット : 5.4 GB/s(1 台 非圧縮時 ) Flash PCIe カードを採用 ディスクコントローラーのボトルネックを解消 Flash Exadata Storage Server Software Smart Flash Cache( ランダム読み取り高速化 ) Smart Flash Log(Redo 書き込み高速化 ) 30 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

31 Sun Flash Accelerator F20 PCIe Card スーパーキャパシタ Enterprise Flash バックアップ電源としてスーパーキャパシタを搭載 4つのFlashモジュールを搭載 Flashモジュールに実装されるNANDにはSLCを採用 32GB に対して 8GB の予備領域 ウェアレベリング 無効ブロック管理 Vr1 Flash モジュール 4KBの読込 / 書込単位 ( ページサイズ ) SLC(Single Level Cell) MLC(Multi Level Cell) 256KBの消去単位 ( ブロックサイズ ) 1ビット /cell 複数ビット /cell 書込回数 : 約 100,000 書込回数 : 約 10,000 control gate floating gate Vr1 Vr2 Vr3 1 0 しきい電圧 N+ Cell N+ source drain しきい電圧 31 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

32 Flash カードと SSD の違い Exadata では SSD ではなく Flash カードを搭載 ディスクコントローラ ディスクコントローラ PCIe バス A に PCIe バス B に Flash カード (96GB) Flash カード (96GB) PCIe バス C に Flash カード (96GB) PCIe バス D に Flash カード (96GB) SSD SSD SSD NAND 型フラッシュメモリの構造は同じ サーバに搭載される際のインターフェースに違いがある Flash では PCIe スロットに搭載することにより I/O スループットもスケールし 広帯域が確保できる SSD で搭載する場合には ディスク用のスロットが必要になってしまうが カード型の場合ディスク容量を追求しながら集積性も追及できる 32 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

33 Exadata Smart Flash Cache ランダム Read I/O のボトルネックを解消 メモリフラッシュハードディスク アクセス 価格 利用頻度の高いデータをFlashに自動でキャッシュ Flashとディスクの併用も可能 (Small I/O => Flash Large I/O => ディスク ) 従来のデータベースシステム Oracle Exadata メモリ DB サーバー メモリ 125,000 IOPS 3,900 IOPS 3,900 IOPS Smart Flash Cache Flash カード 自動的にデータをキャッシュ Hard Disk ストレージ Hard Disk 33 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

34 Exadata Smart Flash Cache Oracle Database に最適化されたキャッシング Database の I/O の種類を自動で理解してキャッシュ キャッシュしないオブジェクト ASMのミラーコピー バックアップ DataPump 表領域のフォーマット テーブルフルスキャン キャッシュするオブジェクト 制御ファイルのRead/Write ファイルヘッダーのRead/Write Data BlockとIndex Block 管理者は特定のオブジェクトを Flash Cache にキープさせるように指定も可能 完全に自動化され 透過的に実行される 34 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

35 Exadata Smart Flash Log Redo 書き込みを高速化 ( 通常時 ) ディスクコントローラーキャッシュとFlashメモリーの両方同時にRedo 書き込みを行い どちらかが完了したら 書き込みを完了する 従来のデータベースシステム Redo 書き込み DB サーバー Oracle Exadata Redo 書き込み 通常 ディスクコントローラーキャッシュへの書き込みが速いため Redo 書き込み速度に違いはない 3ACK 1 書き込み命令 2 書き込み完了 ディスクコントローラーキャッシュ 3ACK 1 書き込み命令 Smart Flash Log 2 書き込み完了 ディスクコントローラーキャッシュ Flash カード Hard Disk ストレージ Hard Disk 35 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

36 Exadata Smart Flash Log Redo 書き込みを高速化 ( 遅延発生時 ) ディスクコントローラーキャッシュへの書き込みが遅い場合 Flash メモリーへの書き込みが終了後 Redo 書き込みが終了する 従来のデータベースシステム Oracle Exadata DBサーバー Redo 書き込み Redo 書き込み 3ACK 1 書き込み命令 遅延ディスクコントローラーキャッシュ Hard Disk ストレージ 遅延 1 書き込み命令 2 書き込み完了 Smart Flash Log Flashカード ディスクコントローラーキャッシュ Hard Disk 36 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

37 Exadata Smart Flash Log レスポンスタイムの向上と 待機の異常値を削減し データベース全体のスループットの向上を実現 OLTP 処理の Oracle Database の同期書き込みは Redo 書き込みのみ log file parallel write や log file sync の改善 完全に自動化され 透過的に実行される Spike が存在 Smart Flash Log 有効化 待機が削減され レイテンシーが一定 37 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

38 Exadata Smart Flash Log 社内検証結果 スクリーンオンリー 38 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

39 39 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. まとめ

40 Oracle Exadata Database Machine Oracle Database に最適化された Engineered System Best for DWH マルチコア / 大量ディスクを活かす Grid アーキテクチャー システムのボトルネックになりやすい I/O を効率化 Best for OLTP InfiniBand RAC 低遅延通信により RAC のリニアなスケーラビリティを実現 Flash デバイス Exadata Storage Server Software Smart Flash Cache( ランダム読み取りを高速化 ) Smart Flash Log(Redo 書き込みを高速化 ) Best for Consolidation ワークロードのリソースを動的かつ容易に制御可能 40 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

41 41 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. Q&A

42 ご質問 ご相談は OpenWorld 終了後もお受けしております あなたにいちばん近いオラクル Oracle Direct ( 平日 9:00-12:00 / 13:00-18:00) Oracle Direct 検索 各種無償支援サービスもございます 42 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

43 43 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

44 44 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

45 45 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. Appendix

46 X2-2 Database Server (Sun Fire X4170M2) プロセッサ 2 つの 6Core Intel Xeon X5675 プロセッサ (3.06 GHz) メモリ 96GB (12 x 8GB) (144GB(18X8GB) まで拡張可能 ) 内蔵ディスク ディスク コントローラ ネットワーク ホットスワップ可能 4 x 300GB 10K RPM SAS ディスク Disk Controller HBA with 512MB Battery Backed Cache 2 つの InfiniBand 4X QDR (40Gb/s) ポート (1 枚のDual-port PCIe 2.0 HCA) 4 つの 1GbE Ethernet ポート 2 つの 10GbE Ethernet SFP+ ポート リモート管理 1 Ethernet port (ILOM 用 ) 電源冗長化された ホットスペア対応電源 (2 基 ) およびファンモジュール (4 基 ) 46 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

47 X2-8 Database Server (Sun Fire X4800M2) プロセッサメモリ内蔵ディスクディスク コントローラネットワーク 8 つの 10Core Intel Xeon E プロセッサ (2.40 GHz) 2 TB (128 x16 GB) ホットスワップ可能 8 x 300GB 10K RPM SAS ディスク Disk Controller HBA with 512MB Battery Backed Cache 8 つの InfiniBand 4X QDR (40Gb/s) ポート (4 枚の Dual-port PCIe エクスプレス モジュールが搭載 ) 2 つの Network Express Modules (NEM) に下記が搭載 8 つの 1GbE Ethernet ポート 8 つの 10 GbE Ethernet SFP+ ポート リモート管理 1 Ethernet port (ILOM 用 ) 電源冗長化された ホットスペア対応電源 (4 基 ) およびファンモジュール (4 基 ) 47 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

48 Exadata Storage Server X2-2 (Sun Fire X4270 M2) プロセッサメモリディスク Flash ディスク コントローラネットワーク 2 つの6Core Intel Xeon L5640 プロセッサ (2.26 GHz) 24 GB (6 x 4GB) 12 x 600 GB 15K RPM High Performance SAS ディスクもしくは 12 x 3 TB 7.2K RPM High Capacity SAS ディスク 4 枚の 96 GB Sun Flash Accelerator F20 PCIe カード Disk Controller HBA with 512MB Battery Backed Cache 2つの InfiniBand 4X QDR (40Gb/s) ポート (1 枚のDual-port PCIe 2.0 HCA) 4つのオンボード Gigabit Ethernet ポート リモート マネジメント 1 Ethernet port (ILOM 用 ) 電源冗長化された ホットスペア対応電源 (2 基 ) およびファンモジュール (6 基 ) 48 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

49 49 Copyright 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.