在信息膨脹的時(shí)代，數(shù)據(jù)的飛速增長(zhǎng)讓企業(yè)不堪重負(fù)。Gartner研究表明，對(duì)于大型企業(yè)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)增長(zhǎng)是數(shù)據(jù)中心硬件基礎(chǔ)架構(gòu)所面臨的最大挑戰(zhàn)。據(jù)預(yù)測(cè)，全球數(shù)據(jù)量在未來(lái)五年將增長(zhǎng)650%，交易型數(shù)據(jù)越來(lái)越多，業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)與合并使數(shù)據(jù)處理負(fù)載量激增，巨大的壓力對(duì)即時(shí)計(jì)算速度以及數(shù)據(jù)訪問(wèn)的可靠性提出了更高的要求，尤其在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵性業(yè)務(wù)中，這一點(diǎn)表現(xiàn)得更為突出。
關(guān)鍵性業(yè)務(wù)的高效運(yùn)行離不開(kāi)企業(yè)的命脈——數(shù)據(jù)庫(kù)，傳統(tǒng)的大型企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)有些還在采用RISC小型機(jī)方案，但是這種方案的投資成本居高不下，且運(yùn)行維護(hù)難度大。如何隨數(shù)據(jù)增長(zhǎng)彈性擴(kuò)展數(shù)據(jù)容量，并在成本與性能之間取得平衡，成為擺在企業(yè)面前的一個(gè)難題。我們下面將以IBM最新的基于英特爾至強(qiáng)E7處理器的eX5服務(wù)器，以及DB2 pureScale為例，來(lái)闡述如何通過(guò)x86服務(wù)器集群來(lái)幫助企業(yè)應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)。
基于英特爾至強(qiáng)E7處理器的IBM System x3690 X5服務(wù)器
X86數(shù)據(jù)庫(kù)集群解決之道
我們知道，對(duì)于在線交易處理(OLTP)業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)平臺(tái)的性能高不高只是一個(gè)指標(biāo)，關(guān)鍵的是，每天、每分鐘都要保證提供持續(xù)的高性能，而不管上面的應(yīng)用工作負(fù)載如何變化。而且，OLTP服務(wù)器還需要靈活可擴(kuò)展，根據(jù)組織業(yè)務(wù)的發(fā)展而改變。
傳統(tǒng)上，對(duì)于象OLTP這種企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，大型SMP服務(wù)器是個(gè)不錯(cuò)的選擇，但其成本相對(duì)高昂，而且其擴(kuò)展性也局限于Sclae-up(向上擴(kuò)展)一個(gè)維度。集群式(Scale-out)的x86數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展方案提供了另一種選擇，這種技術(shù)實(shí)際上也已經(jīng)使用了多年。不過(guò)，集群的應(yīng)用仍然是個(gè)技術(shù)活，需要管理人員耗費(fèi)許多時(shí)間和精力來(lái)做數(shù)據(jù)重分區(qū)、工作負(fù)載平衡、性能優(yōu)化等工作。
為此，IBM和英特爾兩家公司也一直在合作，試圖通過(guò)新的技術(shù)來(lái)改變x86計(jì)算的經(jīng)濟(jì)性。其中一個(gè)合作成果就是面向集群、分布式系統(tǒng)的OLTP平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)可比擬的靈活性和可擴(kuò)展性。在這個(gè)平臺(tái)中，基于英特爾至強(qiáng)E7處理器的IBM System x eX5服務(wù)器，如x3850 x5、x3690 x5等，提供了關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)境下數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用負(fù)載的基礎(chǔ)。而IBM的DB2 pureScale功能，則能夠把這些服務(wù)器以集群方式連接在一起，憑借高性能、線性擴(kuò)展和高可用性等特色，共同以更加經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)支持大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用,DB2 pureScale的總體架構(gòu)如下圖所示：
DB2 pureScale架構(gòu)
如上圖所示，DB2引擎在集群的各個(gè)服務(wù)器上運(yùn)行，在每個(gè)服務(wù)器之間提供一致性的訪問(wèn)。DB2pureScale提供故障檢測(cè)和自動(dòng)恢復(fù)的集群整合服務(wù)。IBM通用并行文件系統(tǒng)(GPFS)群集實(shí)現(xiàn)共享磁盤(pán)架構(gòu)。群集緩存功能(CF)提供Group Buffer Pool (GBP) 和Global Lock Manager (GLM)的運(yùn)行實(shí)例。這些組件可確保群集服務(wù)器之間的直接互通，通過(guò)鎖定和緩存提高數(shù)據(jù)庫(kù)性能。
不間斷運(yùn)行的高可用性
在一個(gè)DB2 pureScale集群中，一臺(tái)服務(wù)器可以通過(guò)冗余來(lái)避免單點(diǎn)故障，并提供集中的鎖管理服務(wù)、面向數(shù)據(jù)頁(yè)的全局緩存及其他服務(wù)，從而消除了在傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)中托管數(shù)據(jù)庫(kù)的挑戰(zhàn)與限制。pureScale集群的成員服務(wù)器在做讀、寫(xiě)操作時(shí)，可以同時(shí)訪問(wèn)后臺(tái)共享的數(shù)據(jù)庫(kù)。它們也可以通過(guò)InfiniBand網(wǎng)絡(luò)來(lái)直接訪問(wèn)中央服務(wù)器。通過(guò)這些技術(shù)，一個(gè)由多臺(tái)x86服務(wù)器組成的DB2集群系統(tǒng)，對(duì)于上層的OLTP應(yīng)用來(lái)說(shuō)，看起來(lái)和運(yùn)行起來(lái)都象一臺(tái)高性能服務(wù)器一樣。如果集群中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)宕機(jī)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地把負(fù)載切換到備用節(jié)點(diǎn)上去，從而盡可能減少意外宕機(jī)時(shí)間。因此，DB2 pureScale可在實(shí)現(xiàn)快速操作的同時(shí)獲得更高的RAS特性：
成員服務(wù)器故障情況下業(yè)務(wù)保持運(yùn)行
象搭積木一樣隨負(fù)載變化擴(kuò)展
在性能與擴(kuò)展性方面，基于英特爾至強(qiáng)E7技術(shù)，以及IBM eX5架構(gòu)獨(dú)有的MAX5內(nèi)存擴(kuò)展和FlexNode模塊化技術(shù)，IBM的x3850 X5也提供了非常靈活的高性能、高可用和擴(kuò)展性。通過(guò)模塊化組合，x3850 X5可以從兩顆CPU擴(kuò)展到4顆，進(jìn)而擴(kuò)展到8顆(由兩個(gè)x3850 X5節(jié)點(diǎn)組合成)，其內(nèi)存可以從2個(gè)內(nèi)存條擴(kuò)展到192個(gè)。因此，跟一般的四路服務(wù)器相比，x3850 X5可以面向內(nèi)存密集型應(yīng)用，提供更高的CPU計(jì)算性能，以及更大的I/O吞吐帶寬。運(yùn)行IBM DB2 pureScale的服務(wù)器就像搭積木一樣不受限制地進(jìn)行連接，高效地支持大型數(shù)據(jù)容量和應(yīng)用負(fù)載。
基于至強(qiáng)E7的IBM System x3850 X5服務(wù)器
值得一提的是，在傳統(tǒng)的集群中，當(dāng)服務(wù)器收到一個(gè)請(qǐng)求，它必須尋找集群中的其他服務(wù)器緩存數(shù)據(jù)。過(guò)去的集群解決方案使用的是用分布式緩存和鎖定機(jī)制，導(dǎo)致搜索耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)和性能下降。隨著集群的增長(zhǎng)，搜索變得更加復(fù)雜，延遲增加。通過(guò)消除這些復(fù)雜而耗時(shí)的操作，DB2 pureScale可以實(shí)現(xiàn)快速的集群線性擴(kuò)展。集群中的每一個(gè)服務(wù)器可通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)直接訪問(wèn)集中緩存。這種集中式緩存是IBM從大型主機(jī)架構(gòu)上移植下來(lái)的“秘方”，也是實(shí)現(xiàn)群集服務(wù)器環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)低延遲性能的關(guān)鍵因素。當(dāng)一個(gè)服務(wù)器訪問(wèn)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不僅存儲(chǔ)在服務(wù)器的本地內(nèi)存和緩存中，而且存儲(chǔ)在集中緩存中。
改變x86計(jì)算的經(jīng)濟(jì)性
從成本方面看，與傳統(tǒng)大型SMP小型機(jī)相比，使用標(biāo)準(zhǔn)化的x86服務(wù)器本身在硬件采購(gòu)上就會(huì)節(jié)省一大筆。而且，得益于DB2 pureScale集群技術(shù)，管理成本也會(huì)相應(yīng)降低。管理員將服務(wù)器添加到集群中將變得異常簡(jiǎn)單。不同于其他的數(shù)據(jù)庫(kù)集群方案，DB2 pureScale不要求應(yīng)用的更改，不用重新分配數(shù)據(jù)庫(kù)及手工設(shè)置負(fù)載平衡。任何大型服務(wù)器上運(yùn)行的應(yīng)用程序都可以快速簡(jiǎn)單地遷移到DB2 pureScale集群。需要在群集中添加新的服務(wù)器時(shí)，不用更改代碼，也不必付出大量的管理開(kāi)銷(xiāo)，刪除群集服務(wù)器也很容易，使IT集群規(guī)�？梢韵蛏匣蛳蛳马憫�(yīng)每月工作負(fù)載的波動(dòng)。
不容忽視的至強(qiáng)E7
筆者認(rèn)為，面向企業(yè)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用，要構(gòu)建高性能、高可用、靈活可擴(kuò)展、且低成本的優(yōu)秀方案，離不開(kāi)產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商的通力合作。上面主要介紹了IBM在服務(wù)器硬件和DB2 pureScale軟件方面的技術(shù)創(chuàng)新，而實(shí)際上我們還應(yīng)該記住為關(guān)鍵業(yè)務(wù)進(jìn)行了無(wú)數(shù)優(yōu)化的至強(qiáng)E7處理器芯片。
全新的英特爾至強(qiáng)E7處理器采用了32納米芯片制程工藝，最多可集成10個(gè)支持英特爾超線程技術(shù)的內(nèi)核，相比英特爾上一代至強(qiáng)7500 系列處理器，其性能提升最多可達(dá)40%。換句話說(shuō)，今天的一臺(tái)E7服務(wù)器性能上相當(dāng)于過(guò)去的18臺(tái)雙核至強(qiáng)服務(wù)器。而且，從上一代的至強(qiáng)7500開(kāi)始到今天的E7處理器，x86服務(wù)器在縱向擴(kuò)展性方面(可達(dá)256路系統(tǒng))和高可用性(20多條從小型機(jī)移植下來(lái)的RAS特性)等方面，都取得了飛速的發(fā)展。正是得益于x86平臺(tái)慣有的低成本、標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)勢(shì)，以及上述進(jìn)步，使得今天98%的服務(wù)器都是基于x86架構(gòu)，而且這一架構(gòu)正在進(jìn)一步進(jìn)軍那些被RISC小型機(jī)占據(jù)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)領(lǐng)域。
英特爾至強(qiáng)E7系列處理器
小結(jié)：x86的機(jī)會(huì)
在一份公開(kāi)的紅皮書(shū)中，IBM分享了一個(gè)在基于至強(qiáng)E7的x3690 X5服務(wù)器上運(yùn)行DB2 pureScale的案例：一家分銷(xiāo)通信、安全、線纜等零配件的全球500強(qiáng)公司，擁有42.5萬(wàn)種產(chǎn)品和10萬(wàn)多家客戶，其銷(xiāo)售人員分散在52個(gè)國(guó)家，每年銷(xiāo)售收入為50億美元。通過(guò)其供應(yīng)鏈和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，全球的銷(xiāo)售人員可以快速獲得這些產(chǎn)品信息，進(jìn)入庫(kù)存與訂貨系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)每一個(gè)小小小的中斷都可能會(huì)產(chǎn)生高昂的代價(jià)，而且影響的不只是這家公司本身，還有許許多多的客戶。由于現(xiàn)有的大型機(jī)環(huán)境不支持業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)提出的關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用，為此，該公司選擇了在x3690 X5上運(yùn)行DB2 pureScale的方案，實(shí)踐證明，這一數(shù)據(jù)庫(kù)集群方案不僅滿足了滿足了公司的性能和可靠性要求，而且為未來(lái)的發(fā)展也預(yù)留了空間，可以提供獨(dú)特的靈活性和幾乎沒(méi)有限制的可擴(kuò)展性。
從這個(gè)案例我們看出，面向金融、電信、大企業(yè)等機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)領(lǐng)域，x86平臺(tái)已經(jīng)做好準(zhǔn)備，需要的只是一個(gè)個(gè)機(jī)會(huì)。
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