Oracle Exadata Database Machine

Oracle Exadataのアーキテクチャ

Exadataの概要

Oracle Exadata Database Machine X10M

Oracle Exadata Database Machineは、Oracle databaseのパフォーマンス、費用対効果、可用性を飛躍的に向上させるように設計されています。Exadataは、スケールアウト型高性能データベースサーバー、最新式のNVMeフラッシュを搭載したスケールアウト型インテリジェント・ストレージ・サーバー、Exadata Remote Direct Memory Access(RDMA)メモリ(XRMEM)を使用した最先端のストレージキャッシュ、そしてすべてのサーバーとストレージを接続するクラウド規模のRDMA over Converged Ethernet(RoCE)内部ファブリックを備えた、最新のクラウド対応アーキテクチャを特徴としています。Exadataの独自のアルゴリズムとプロトコルは、ストレージ、コンピュート、ネットワーキングにデータベース・インテリジェンスを実装し、他のプラットフォームよりも低コストで高いパフォーマンスと容量を実現します。オンライン・トランザクション処理(OLTP)、データウェアハウス(DW)、インメモリ分析、モノのインターネット(IoT)、金融、ゲーム、コンプライアンス・データ管理などのあらゆる種類の最新データベース・ワークロードや、混合ワークロードの効率的な統合に対応しています。

導入が簡単かつ迅速な Exadata Database Machine X10M は、お客様の最も重要なデータベースを強化し、保護します。Exadata は、プライベート・データベース・クラウドの理想的な基盤として、オンプレミスで購入および導入することも、サブスクリプション・モデルを使用して Oracle Cloud Infrastructure (OCI) または Cloud@Customer に導入し、インフラストラクチャの管理をすべてオラクルに任せることもできます。Oracle Autonomous Database は、OCI または Cloud@Customer のいずれかで利用可能です。

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アーキテクチャ

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ハードウェア・アーキテクチャ

Oracle Exadata Database Machineは、データベース・コンピューティング、ストレージ、ネットワーク、ソフトウェアを包括する最新のスケールアウト・アーキテクチャを採用しています。Oracle Exadataは、Oracle Databaseを実行する理想的なプラットフォームとして独自に設計されており、企業はワークロードの規模に合わせて容量を追加し、パフォーマンスを向上させることができます。Oracle Exadataは、最高水準のハードウェアと専用ソフトウェアを活用し、最高のデータベース・パフォーマンスを実現します。すべてのデータベース・サーバーとストレージ・サーバーは相互に接続され、インテリジェントで高速かつ低レイテンシのネットワーク・ファブリックを介して通信します。

リモート・ダイレクト・メモリアクセス(RDMA)は、Exadataの重要なアーキテクチャ・コンポーネントです。これは、ハードウェア、Oracle Database、Exadata System Softwareの各世代のリリースで強化されています。RDMAにより、OSやネットワークスタックとも通信することなく、1台のサーバーがもう1台のサーバーのメモリ構造と通信することが可能になります。各データベースサーバーおよびストレージ・サーバーには、余分なコピーやバッファリングを必要とせずに直接リモート・メモリに対し読み込みと書き込みができるRDMA対応ネットワークカードが装備されています。また、RDMAはExadata上で稼働するOracle DatabaseがReal Application Clusters(RAC)インスタンス間の通信を最適化する際にも使用されます。

Exadataのアーキテクチャの根幹をなすのは、モジュール式で共有可能なスマートストレージです。各ストレージ・サーバーは、独立してデータの解釈と処理を行うことができます。ストレージ・サーバーのCPUは、データベースのCPUを置き換えるものではありません。むしろ、グラフィックカードが画像処理の負荷を軽減するのと同様に、データベースの負荷を軽減するものです。Exadata System Softwareは、従来のストレージのボトルネックを排除し、Exadataストレージ・サーバーの比類ないパフォーマンスを実現します。ディスクからExadata Smart Flash CacheおよびExadata RDMA Memory (XRMEM) (高速で低レイテンシのストレージメディアへの複数レベルの階層化) へのデータの自動キャッシュにより、驚異的なパフォーマンスを実現します。すべてのストレージ・サーバーは、すべてのデータベースサーバーからアクセス可能です。その結果、フラッシュとXRMEMを複数のデータベース・ワークロードで効果的に共有できます。ディスク上のデータをフラッシュとXRMEMに自動的にキャッシュすることで、これらのテクノロジーのメリットがすべてのワークロードで利用可能になります。

協調的なスマート・ソフトウェア

Oracle Exadataは、データベースサーバー、ストレージ・サーバー、高速・低レイテンシのネットワーク・ファブリック、Oracle Databaseソフトウェア、Exadata System Softwareで構成されています。これら5つのコンポーネントが一体となって、Oracleデータベースの共有型アーキテクチャであるReal Application Clusters (RAC)のニーズに対応します。

Exadataデータベースサーバー上で稼働するOracleデータベースは、専用プロトコルであるiDBと、RDMA(Remote Direct Memory Access) over Converged Ethernet(RoCE)を利用して、Exadataストレージと通信します。

iDBは、ストレージ・サーバー上のスマートI/O操作を指示するために使用されます。スマートI/Oには、スマートスキャン (SQLオフロード) 、高速ファイル初期化、およびRMAN増分バックアップオフロードが含まれます。Exadataは、数百から数千テラバイトのデータをディスクからデータベースサーバーに移動させるのではなく、データベースサーバーからストレージ・サーバーに処理を移行またはプッシュできます。ストレージ・サーバーがスマートI/Oの実行要求を受信すると、Exadata System SoftwareはiDBメッセージを展開し、I/O要求をローカルで実行および処理します。この際、ストレージ・サーバー上でOracle Databaseコードの一部を実行し、要求を満たすデータのみをデータベースサーバーに送り返し、最終処理 (集約など) を行います。

iDBがバックアップや分析クエリなどのI/O集約的な処理をストレージ・サーバーにオフロードするのに使用される場合、ExadataはOLTPワークロード用に高速なRoCEネットワークファブリックも活用します。High Capacity Exadata Storage Serversには、Exadata RDMAメモリ(XRMEM)、NVMeフラッシュドライブ、従来のハードドライブが搭載されています。Exadata System Softwareは、受信したワークロードに基づいてデータを自動的にフラッシュおよびXRMEMにキャッシュします。この自動管理キャッシュ戦略により、I/Oリクエストの処理に最も適したストレージ層が確実に使用されます。

例えば、増分高速バックアップはExadataストレージ・サーバーにオフロードされます。Exadataは、バックアップ中に読み取られたブロックは、バックアップ以外のI/O操作には使用されない可能性が高いことを認識しているため、このデータはフラッシュにもXRMEMにもキャッシュされません。一方、ストレージ・サーバーは、OLTPワークロードの読取りおよび書込みデータベース・リクエストを満たすために、フラッシュとXRMEMの両方にブロックをキャッシュします。

このようにデータを自動的にキャッシュすることで、OLTPおよび分析処理のワークロードを高速化し、個々のデータベースのリソースをより効率的に使用することが可能になります。また、高度なデータベース統合も実現します。

Oracle DatabaseとExadataは、互いに連携するように設計されています。Oracle Databaseは、Exadataが提供するハードウェアとソフトウェアを活用します。Exadata Storage ServerにはXRMEMが含まれ、RoCEネットワークファブリックを介してアクセスできます。OLTPのワークロードは通常、1行または数行というごく少量のデータにアクセスし、変更を加えるため、XRMEMのような高速デバイス上にこのデータをキャッシュすることで、このようなデータに対する読取りおよび書込み速度を最速にできます。Exadataはスケールアウトのハードウェアとネットワーク・アーキテクチャを採用しているため、XRMEMをストレージ・サーバに配置することで、すべてのデータベース・インスタンスがこの最先端のテクノロジーの恩恵を受けることができます。

Exadata Database Server

Oracle Exadata System Softwareは、すべてのデータベースおよびストレージ・サーバー上で実行され、Oracle DatabaseがExadataのハードウェアおよびネットワーク機能のあらゆる側面を活用できるようにします。

各データベース・サーバー上では、Oracle Linuxオペレーティング・システム、Oracle Grid Infrastructure(Automatic Storage Management - ASMを含む)、Oracle Databaseソフトウェアおよびインスタンスに加えて、以下のプロセスおよびライブラリを提供しています。

  • MS - Exadata System Software Management Server - Exadata Database Server を管理するための主要なインターフェイスで、ハードウェアおよびソフトウェアの監視、メトリックの収集、アラート、コマンドライン・インターフェイス(DBMCLI)を含みます。
  • RS - Exadata System Software Restart Server - MS プロセスの監視を行い、必要に応じて再起動します。
  • diskmon.bin - 状態情報を監視し、各Oracle DatabaseおよびASMインスタンスのDSKMプロセスに伝播する親diskmonプロセスです。I/Oフェンシングを実行して、データの整合性を保護します。
  • DSKM - diskmonの子プロセスです。各データベースおよびASMインスタンスのバックグラウンド・プロセスです。
  • libcell - Oracle DatabaseおよびGrid InfrastructureにリンクされたExadata固有のライブラリで、OracleがiDBコマンドおよびRDMAを使用してExadata Storage Serverと通信できるようにします。

Exadata Storage Server

Oracle Exadata System Softwareは、すべてのデータベースおよびストレージ・サーバー上で実行され、Oracle DatabaseがExadataのハードウェアおよびネットワーク機能のあらゆる側面を活用できるようにします。

各Extreme FlashおよびHigh Capacity Storage Server*には、Oracle Linux Operating Systemに加えて、以下のプロセスおよびライブラリが含まれています。

  • MS - Exadata System Software Management Server - Exadata Storage Serverを管理するための主要なインターフェイスで、ハードウェアおよびソフトウェアの監視、メトリックの収集、アラート、コマンドライン・インターフェイス(CELLCLI)などを含みます。
  • RS - Exadata System Software Restart Server - MS プロセスの監視を行い、必要に応じて再起動します。
  • CELLSRV - Exadata Cell Server - Storage Serverが提供するサービスの大部分を担うExadata System Softwareの中核コンポーネントです。SQLオフロード、I/Oリソース管理(IORM)、Exadata RDMAメモリ(XRMEM)、フラッシュ・キャッシュ階層化、ストレージ索引の作成と管理などを含みます。
  • IORM - I/Oリソース・マネージャ - A sub-process of the CELLSRV process.CELLSRVプロセスのサブプロセスです。複数のデータベースが同じI/Oリソースを共有できるようにし、同じインフラストラクチャ上のデータベースがI/O帯域幅を独占して他のデータベースのパフォーマンスを低下させないようにします。
  • CELLOFLSRVn - セル・オフロード・サーバー - バージョン固有のストレージ・オフロード機能を提供する、Cell Server プロセスのサブプロセスです。Oracle Databaseの各バージョンでは、関連付けられたバージョン固有のCELLOFLSRVプロセスが使用されます。

* Exadata System Softwareは拡張ストレージ・サーバにも存在しますが、SQL オフロードおよびその他の機能は Exadata システム・ソフトウェア・ライセンスなしでは使用できません。

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