数据库服务器规划之IO子系统

1、数据库服务器规划之IO子系统数据库服务器的IO子系统主要考虑两个部分：每块磁盘的性能及多块磁盘组成阵列的性能。1.单个磁盘的性能1.1磁盘类型的比较按磁盘的接口来分，磁盘可以分为SCSI，FC，SAS，SATA，IDE五类硬盘。下面是5种接口磁盘特征的比较表：类型接口速度优点不足其它SCSI硬盘320MB/S（ULTRA320）具有应用范围广、多任务、CPU占用率低及热拔插等优点价格较高SCSI硬盘主要应用于服务器和工作站中FC硬盘4Gb/S(=500MB/S)1.连接设备多，一个通道最多可连接126个设备，并很容易通过交换设备扩展。2.低CPU占用率、3.支持热拔插；4.可实现光纤与铜缆的连

2、接5.高带宽，通用性强6.连接距离大产品价格昂贵，组建较为复杂。光缆按其直径和模式分类，直径以微米为计量单位SAS硬盘>300MB/S1.与SCSI的比较，SAS在接口速度上有显著提升。由于采用串行线缆，可以实现更长的连接距离，还能够提高抗干扰能力，也显著改善机箱内部的散热。2. 提供SATA硬盘的兼容性1.硬盘和控制芯片种类少。2.硬盘价格太贵。SATA硬盘150MB/s(SATA1.0)3Gb/s(SATA 2.0)（=300MB/s）1. 采用串行连接的方式来实现数据传输从而获得较高传输速率.2. SATA在数据可靠性也有了大幅度提高.3. 能提供大容量的磁盘空间。由于磁盘转率低，

3、因此磁盘传输速度较低。IDE硬盘100MB/s(ATA 100)133MB/S(ATA 133)1.很普及，价格便宜由于磁盘转率低，因此磁盘传输速度较低。购买时需要考虑的方面其它考虑的因素，包括最大持续数据传输率和平均故障间隔时间（MTTF）。硬盘的最大持续数据传输率并不是按硬盘接口的传输速率来算的，而它是由硬盘内部机械机构和硬盘存储技术、硬盘转速所决定的。在硬盘上没有标明的情况下一般SCSI15000RPM磁盘最大传输速率取为80MB/S，而SATA 7200RPM的磁盘的最大传输速度为58MB/S.还有就是需要考虑硬盘的温度，磁盘转速越快，它运行时的温度越高。因此对15K的磁盘容易过热，因

4、此需要小心控制其运行的温度。2.磁盘阵列的性能数据库服务器磁盘部分的实现需要考虑两部分：1.磁盘空间，2.磁盘组性能。磁盘空间主要取决于磁盘阵列类型及磁盘个数。而磁盘性能包括吞吐量（传输带宽）和磁盘IOPS。下面我们将一起来探讨磁盘性能的两个方面。2.1磁盘阵列的吞吐量（传输带宽）传输带宽指的是硬盘或设备在传输数据的时候数据流的速度。他主要取决于磁盘阵列的构架，通道的大小以及磁盘的个数。不同的磁盘阵列存在不同的构架，但他们都有自己的内部带宽（如主线型或星型），不过一般情况下，内部带宽都设计足够充足，不会存在瓶颈。磁盘阵列与服务器之间的数据通道便对吞吐量的影响很大。下面是常用通道的带宽：2Gbp

5、s 光纤通道,（250MB/s）, 4Gbps 光纤通道（500MB/S），SCSI最高速度是320MB/s，SATA是150MB/s，IED 133MB/s。最后说一下是硬盘的限制，目前SCSI硬盘数据传输率最高在80MB/s，SAS硬盘数据为传输率最高在80-100MB/S。对于数据库小数据的离散写入，其传输率快快达不到这个值。下面举例来说明。 如果写一个10M的文件需要0.1S，则磁盘计算出磁盘带宽为100M/s,如果写10000个大小 为1KB的文件需要10S，则磁盘带宽只有1M/s. 如果存储内部结构是总线型的，不建议使用超过6个块硬盘。超过6块磁盘后，存储在寻址过程中容易出现丢失的

6、情况，同时6个块磁盘的传输速率大于磁盘阵列接口的传输速度，从而使用存储接口速度成了整个存储传输性能的瓶颈。而光纤存储和光纤硬盘就没有这个问题（DELL MD3000就是主线型的存储）。 2.2 磁盘阵列的IOPS决定IOPS的主要取决于磁盘阵列RAID类型，CACHE命中率以及磁盘个数。CACHE的命中率取决于数据的分布，CACHE size的大小，数据访问的规划，以及CACHE的算法。如果要详细讨论才复杂了，这里不做详细说明。但磁盘阵列读Cache的命中率越高，这样可以减少去读取存放在磁盘上的数据，而直接从Cache中直接将数据传送给客户端，从而提高磁盘的IOPS值。根据厂商网站上给出的规范

7、，数据库服务器的物理驱动器的吞吐能力的理论值为300IOPS，因为吞吐率一旦超过85，一会出现I/O瓶颈，所以要确定生产环境中每个物理存储器的最大可接受吞吐量是255IOPS（300×85255）。但实际情况很难达到这个值。建议硬盘吞吐量按200iops比较好。同样用上面的例子来说明磁盘IOPS对磁盘性能的影响。写入10000个文件时，根据文件分布情况和大小情况，可能需要做几万甚至，甚至十几万IO才能完成。而一个10MB的大文件，如果这个文件在磁盘上连续存放的话，只需要几十个IO就可以完成了。综合影响磁盘的两个方面得出：具有高带宽的硬盘在传输大块连续数据时具有优势，而具有高IOPS的

8、硬盘在传输小块不连续的数据时具体优势。而数据库中数据的写入多为不连续小数据，因此建议高IOPS磁盘及RAID类型。下面我们将一起来探讨磁盘RAID类型及特征。2.3.RAID类型及特征对磁盘空间和IOPS都有很大影响的是磁盘阵列的组建类型（即RAID类型）。而在我们的日常工作中，常用的RAID类型为：RAID0 （没有奇偶检验的条带卷）、RAID1（镜像卷）、RAID5（带有奇偶检验的条带卷）、RAID10 （镜像的条带卷）。同时简单介绍最新还有一种RAID类型是RAID6.常见RAID类型的比较常见RAID类型的比较类型原理容错性备份冗余可用容量I/O性能数据重构数据安全RAID0将数据分成

9、一定大小顺序写到阵列的磁盘里无无N倍读写高不能无RAID1将数据完全一致的分别写到工作磁盘和镜像磁盘上有有n/2倍读写一般1块磁盘 低RAID5将数据校验的信息均匀的分散到阵列的各个磁盘上。这样就不存在并发写操作时的校验磁盘性能瓶颈有有(n-1)/n倍读高写低n-1块磁盘低RAID10RAID1和RAID0的结合有有n/2倍读写高1块磁盘高.1 IO性能 读性能 RAID1读性能只是一块磁盘读速率。，RAID0 是N块磁盘的读速率，RAID5是(n-1)块磁盘读速率。RAID10是N/2块磁盘的读速率。 写性能 对于写操作，RAID 10和RAID1类型都会产生一个额外的读操作。对于写操作，R

10、AID5需要执行两个读，两个写和两个XOR（异或检验）操作。另外对于单个用户的写操作，在新数据应用之前必须将老的数据从校验盘中移除，整个的执行过程是如下：读出旧数据，旧数据与新数据做XOR，并创建一个即时的值，读出旧数据的校验信息，将即时值与检验数据进行XOR，最后写下新的校验信息。为了减少对系统的影响，大多数的RAID5都读出并对整个条带（包括校验条带）写入缓存，执行两个XOR操作，然后发出并行写操作（通常对整个条带）。小数据量写操作的巨大使得RAID5技术很应用于密集写操作的场合，如重做日志文件和日志文件。每块磁盘I/O计算如下：(n为磁盘个数)RAID0 (r+w)/nRAID1 (r+

11、2w)/2RAID5(r+4w)/nRAID10(r+2w)/n.2数据重构对于RAID10和RAID1,当一块硬盘失效时，进行数据重构的操作是复制一个新磁盘。对于RAID5，需要从每块磁盘中读取数据，经过重新计算得到一块硬盘的数据量。因此RAID5在数据重构上的工作负荷和花费的时间远大于RAID10和RAID1.3数据安全保护RAID10（先做RAID1，再做RAID0）只要不出现成对磁盘损坏的情况，整个系统不会出现数据丢失。RAID5不能出现两块损坏的磁盘，但由于数据重构时间和开销比RAID10高，在数据重构期间RAID5的可靠性比RAID10低。所以RAID5出现数据的丢失的可能性要比R

12、AID10高， 2.3.2 RAID6RAID 6的全称是独立的数据库硬盘与两个独立分布检验方案。实现这个思想的方法之一是用两个校验磁盘支持数据磁盘，第一个校验支持一种校验算法，而第二个磁盘支持另一种校验算法，第二算法也称为P+Q检验。 RAID 10与RAID01的分别对于RAID01，当一个磁盘损坏等同于整个镜像条带的丢失，所以一旦镜像磁盘失效，RAID01系统就为了RAID0系统，增加了潜在的风险。另外RAID01数据是按整个条带进行重构，存在与RAID5数据重构一样的风险。因此强烈要求不架设RAID01的镜像的条带卷。3数据库部件的读写状态从现在运行的星空极速数据库服务器采集到性能参数

13、来数据库组件对磁盘读写的需求。单位：（Bytes/sec）时间队列所有磁盘LOG&TEMP文件库文件 群集仲裁文件 Read Write Read Write Read Write R Write 20:19:5345 589861 19709979 0 1332955 589861 18326811 0 171 20:20:086 44551012 2859605 68271 2406284 44451063 390135 0 2902 20:20:231 1682771 1374420 14747 1330828 1668024 1263 0 717 20:20:381 15675

14、12 1385910 0 1321974 1567512 2355 0 171 20:20:5351 1672374 19363244 0 1326716 1672374 17985017 0 171 20:21:081 1367281 1410043 0 1367520 1367281 716 0 2082 20:21:231 1319550 1352627 1092 1311118 1318457 717 0 1809 20:21:381 1294415 1391599 0 1341693 1294415 171 0 717 20:21:5339 1150246 19512981 546

15、1306452 1149700 18160513 0 171 20:22:081 1122927 1367851 546 1323543 1122381 1263 0 1536 20:22:231 1057934 1341636 0 1301424 1057934 171 0 2355 20:22:381 1006594 1380073 0 1328596 1006594 171 0 717 20:22:5346 953714 19408015 0 1294613 953714 18063990 0 1809 合计5933619191857982 85203 18293718592193107

16、2933293015327 从上表统计数据可以得到数据库服务器以下一些特点：A， 所有磁盘的读写分析：读写比例约1：2，（推荐使用RAID1和RAID10来存放该数据。）B， LOG和TEMP文件所在独立磁盘的读写分析：LOG和TEMO文件主要以写为主。（推荐使用RAID1和RAID10来存放该数据。）C， 库文件所在独立磁盘的读写分析：写比读稍多些，但一段时间里SQL会一次集中的数据库写入操作。（推荐使用RAID1和RAID10来存放该数据。）D， 群集仲裁文件所在独立磁盘的读写分析：全为写，数据量很小。（推荐使用RAID1和RAID10来存放该数据。）4，数据库RAID选型综合不同类型RA

17、ID的特点及数据库各部件的读写情况，得到数据库服务器RAID选型及数据库磁盘的分区如下：磁盘组数磁盘用途R:wRAID选型说明1存放操作系统、SQLServer所有部件及数据库备份1:2RAID1>RAID5如果使用单台服务器来数据库服务器的话，建议采用RAID12存放操作系统、SQLServer、LOG&TEMP文件R<<WRAID1>RAID5数据库备份建议存放系统盘上。存放SQL库文件R<wRAID10>RAID1>RAID53性能优先存放操作系统、SQLServer、数据库备件R<WRAID1>RAID5如果是群集的话，将群

18、集仲裁文件存放在LOG磁盘组上存放LOG&TEMP文件R<<WRAID1>RAID5存放SQL库文件R<WRAID10>RAID1>RAID5备件优先存放操作系统、SQLServer、LOG&TEMP文件R<<WRAID1>RAID5数据库备份需要保存时间较长且数据库备份文件很大的情况存放SQL库文件，R<WRAID10>RAID1>RAID5存放数据库备份R<WRAID5>RAID104存放操作系统、SQLServer、RAID1>RAID5如果是群集的话，将群集仲裁文件存放在LOG磁盘组上存放SQL库文件R<WRAID10>RAID1>RAID5存放LOG&TEMP文件 R<<WRAID10>RAID1>RAID5存放数据库备份R<WRAID5>RAID10以上的磁盘分组是磁盘实体通过阵列卡来进行划分的。如果使用虚拟磁盘组（HP EVA8000系列存储）的情况下，可以将群集仲裁文件与LOG文件分开存放在不同的磁盘