[Resolvido] DB Smart Flash Cache - uma perspectiva mais teórica

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Saudações pessoal, esse artigo é um pouco diferente dos outros. Ele aborda a feature DB Smart Flash Cache sob uma perspectiva teórica em relação a prática. Esse recurso está disponível a partir da versão Oracle 11gR2. Nós sabemos que I/O consome tempo, ciclos de CPU e memória. Sabemos também que o I/O na memória é mais rápido, porém mais caro para as empresas.

 

E se tivermos um meio termo? Melhor dizer e mudo a pergunta: E se tivermos um db_cache_size estendido? O DB Smart Flash Cache amplia a discussão referente a flexibilidade de um recurso tão discutido a memória.

 

 

O que é?

Conceitualmente, o DB Smart Flash Cache é a extensão do buffer cache, residindo em um flash disk. Com a mesma hierarquia do cache utilizado pelas CPUs atuais onde o dado com a maior frequência de acesso, será mantido no nível 1 do cache ? memória ? e o dado com menor frequência de acesso será mantido no nível 2 do cache ? flash disk.

 

Podemos concluir que, poderemos ter um buffer cache maior que a memória do servidor. Um flash disk, juntamente com seus devices, possui maior capacidade de armazenamento comparado a DRAM (tipo de memória RAM), e melhor throughput e menor latência comparado aos discos comuns, mesmo os fiber channel.

 

Essas vantagens resultam em uma grande melhoria de performance com custo moderado. O melhor tipo de flash disk para ser utilizado em banco de dados são aqueles que oferecem maior IOPs (capacidade de processamento de I/O por segundo) em escrita em relação a IOPs em leitura.

 

 

Utilização e custo

O DB Smart Flash Cache fornece melhor performance. Em um sistema de banco de dados, quando o uso de memória chega perto do máximo, o gargalo de I/O em disco é inevitável. Nessa situação, a única opção é comprar mais memória. O custo/GB não é barato e outro agravante pode ser a limitação de slots do servidor para estender a memória. Então, a empresa é forçada a adquirir novos servidores.

 

Flash disks são perfeitos nessa situação. Pelo mesmo preço a ser gasto em memória DRAM é possível adquirir 5 ou 10 vezes mais em memória flash. Configurando memória flash juntamente com a memória do servidor, é possível maximizar a quantidade de memória para o buffer cache do banco. Sob a perspectiva da administração e manutenção, basta a configuração de apenas dois parâmetros.

 

Essa feature fornece uma interface para ajustar o controle de granularidade em nível de objeto através do mecanismo LRU no flash cache. É possível também controlar o mecanismo da LRU especificando cláusulas no nível de objeto.

 

 

Arquitetura

Uma leitura no disco será realizada quando um processo tenta acessar um bloco e este não está na memória (buffer cache). Em seguida o bloco será carregado no buffer cache (physical read). Depois que ele é acessado, provavelmente será retirado da memória para dar lugar a outros blocos que necessitam ser acessados por outros processos. Quem controla a retirada do bloco na memória é o algoritmo LRU (List Recently Used).

 

Com o DB Flash Cache, quando um bloco sai da memória (buffer cache) para dar lugar a outro bloco, seu conteúdo é escrito no flash cache pelo processo background Database Writer (DBWR) e o cabeçalho do bloco em questão será mantido como metadado no flash DEFAULT ou na KEEP LRU list. Isso dependerá do valor definido no atributo FLASH_CACHE.

 

Se o valor do atributo FLASH_CACHE for KEEP, os blocos que estiverem na KEEP LRU serão mantidos para que outros blocos não os sobrescrevam. Se o valor do atributo FLASH_CACHE for DEFAULT então os blocos que estiverem na KEEP LRU poderão ser sobrescritos para dar lugar a outros blocos. Quando um bloco estiver fora do buffer_cache e ele for requisitado para leitura o Oracle tentará ler o bloco da memória flash, caso contrário, o bloco será lido do disco (physical read).

 

A consistência de um bloco na memória flash em ambientes Oracle RAC é garantida da mesma forma que a consistência que qualquer outro bloco no do Cache Fusion. Um dirty block nunca é colocado na memória flash. Dirty blocks são tratados dessa maneira porque o checkpoint no bloco continuará sendo no buffer cache.

 

Para efeito de comparação, e é claro que tudo dependerá do hardware e configuração de melhores práticas, o tempo de leitura de um bloco em disco demora em média 10ms, enquanto que a leitura de um bloco no flash cache leva em média de 1ms, ou seja, compensa.

 

 

Configurando o DB Smart Flash Cache

Dois parâmetros são utilizados na configuração do DB Smart Flash Cache DB_FLASH_CACHE_FILE e DB_FLASH_CACHE_SIZE.

 

DB_FLASH_CACHE_FILE= '/dev/flash1'

DB_FLASH_CACHE_FILE= '/u03/flash1.dbf '

DB_FLASH_CACHE_FILE= '+DGFLASHCACHE/flash_cache'Esse parâmetro especifica o nome do arquivo presente no sistema operacional. Caso o arquivo não existir no momento do startup, o Oracle criará o arquivo.

 

Como podemos ver, o db_flash_cache_file pode ser apresentado para a instância como uma raw device, um file system ou um diskgroup na ASM. O flash cache não é compartilhado entre instâncias do Oracle RAC, cada instância tem sua própria memória flash. Esse parâmetro precisa ser definido antes do startup da instância e não pode ser alterado depois que instância foi startada.

 

Parâmetro DB_FLASH_CACHE_SIZE

 

Esse parâmetro especifica o tamanho da memória flash. Ele precisa ser definido antes do startup da instância e pode ser alterado apenas para 0 (isso desabilita a utilização da memória flash). Quando o flash cache é desabilitado, ele poderá somente ser habilitado com o restartup da instância. O resizing dinâmico desse parâmetro não é suportado, ou seja, ele não é gerenciado pelo automatic shared memory management (memory_target <> 0).

 

Os demais blocos pertencentes a outros pools de memória como large_pool, java_pool, shared_pool, streams_pool não são suportados na memória flash.

 

 

 

 

Melhores práticas

Por regra geral, o tamanho a ser configurado para a memória flash deverá ser entre duas a dez vezes o tamanho do buffer cache. Qualquer configuração abaixo disso não haverá ganho de performance. Se o banco estiver configurado com automatic shared memory management, considerar no mínimo 80% do tamanho da SGA_TARGET para a definição do tamanho da memória flash.

 

Para cada bloco que é movido do buffer cache para a memória flash, a quantidade de bytes para manutenção do metadado do bloco será de 100 bytes para single instance e aproximadamente 200 bytes para o Oracle RAC. Essa informação é mantida no buffer_cache logo, é necessário considerar esse overhead da seguinte maneira.

 

Se estiver utilizando gerenciamento de memória manual: O tamanho do db_cache_size deverá ser aumentado respeitando o seguinte algoritmo:

 

 

 

Single instance:

 

DB_CACHE_SIZE=DB_CACHE_SIZE+Qtde de blocos da memória flash X 100 bytesOracle RAC:

 

DB_CACHE_SIZE=DB_CACHE_SIZE +Qtde de blocos da memória flash X 200 bytes

 

Exemplo de calculo para single instance:

 

DB_CACHE_SIZE= 2G ou 2147483648 bytes

 

Tamanho da memória flash= 10 Gb ou 10737418240 bytes

 

Tamanho do bloco= 8K ou 8192 bytes

 

Overhead do bloco = 100 bytes

 

DB_CACHE_SIZE= 2147483648+((10737418240/8192)*100)

 

DB_CACHE_SIZE= 2147483648+(1310720*100)

 

DB_CACHE_SIZE= 2147483648+131072000

O tamanho do DB_CACHE_SIZE deverá ser acrescido em 125mb, ou seja, seu valor deverá ser 2.125 mb.

 

Se o ambiente for RAC, alterar o valor do overhead do bloco para 200 bytes.

 

Se estiver utilizando automatic shared memory management, considerar o mesmo algoritmo acima, porem o parâmetro a ser aumentado não será o DB_CACHE_SIZE e sim SGA_TARGET.

 

 

Especificação do DB Smart Flash Cache no nível de objeto

É possível especificar o DB Smart Flash Cache em uma tabela utilizando a opção FLASH_CACHE na cláusula storage.

 

Exemplo:

 

CREATE TABLE TB_CLIENTES ...... STORAGE (FLASH_CACHE KEEP|NONE|DEFAULT);Onde:

 

• DEFAULT - O bloco será escrito na memória flash quando se ?tornar velho? no buffer cache. Osque estão na memória flash são mantidos algoritmo pelo flash LRU list. Logo, esses blocos podem ficar velhos na memória flash e serão retirados dalí para acomodar outros blocos.
• KEEP - Possui as mesmas características da opção DEFAULT, porém esses blocos serão mantidos separados dos que possuem a opção DEFAULT na memória flash. O Oracle tentará manter sempre os blocos com a opção KEEP na memória flash.
• NONE - Blocos com essa opção nunca serão colocados na memória flash. Por questões de consistência, o Oracle considera leituras físicas para as leituras realizadas na memória flash. Os relatórios AWR possuem estatísticas específicas para a memória flash.

Conclusão

Vejo essa feature sob duas óticas: tecnicamente, a possibilidade de estender o cache do banco independentemente da quantidade de slots de memória suportada pelo servidor, e financeiramente pois discos SDD são mais baratos que memória DRAM. Sempre lembrando da velha máxima: para qualquer ambiente de produção, desenvolver, testar, homologar e implementar.

 

Forte abraço e até a próxima

 

 

Referências bibligráficas

ORACLE University. Oracle Database 11g New Features for Administrators: 16-Performance Enhacements. California USA. 2.1 ed. Setembro 2010. v.II, p.105-111

 

Disponível em : http://www.oracle.com/technetwork/middleware/bi-foundation/exadata-smart-flash-cache-twp-v5-1-128560.pdf. Acessado em 04/11/2011

 

 

 

 

 

 

 

http://imasters.com.br/artigo/22725/oracle/db-smart-flash-cache-uma-perspectiva-mais-teorica