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こんなに簡単!Oracle Sun Flash ストレージで性能アップ

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こんなに簡単!Oracle Sun Flash ストレージで性能アップ
Oracle Direct Seminar
<Insert Picture Here>
こんなに簡単!
Oracle Sun Flash ストレージで性能アップ
日本オラクル株式会社
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。
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
2
Agenda
• Flash テクノロジーが今注目される理由
<Insert Picture Here>
• Oracle Sun Flash ストレージラインナップ
• Flash を用いて Oracle データベースを
高速化させる方法
• Oracle’s Optimized Solutions と
Flash ストレージ
• まとめ
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3
<Insert Picture Here>
Flash テクノロジーが今注目される理由
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4
経営環境の変化によるIT基盤への要求
製品開発期間の短縮
市場への高速アクセス
リアルタイムな意思決定
高品質な顧客サービス
IT パフォーマンスが収益を左右するため、 IT 基盤への要求はより高度に
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5
CPU性能と比較して停滞するディスクのI/O
性能向上
• 今日のサーバーは、CPU処理能力とディスクの
I/O性能が非常にアンバランス
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
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6
サーバーの新たなメモリ階層
Picoseconds
Level
1/2/3
Cache
Nanoseconds
System
DRAM
Microseconds
FLASH
Storage
Milliseconds
Disk Drive
Storage
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7
ガートナー社
2010年に注目すべき戦略的テクノロジ・トップ10を発表
http://www.gartner.co.jp/press/html/pr20091111-01.html
「フラッシュ・メモリはサーバやクライアント・コンピュータのスト
レージ階層に新たな層を提供し、スペース、発熱、パフォーマンス
および耐久性の面で大きなメリットをもたらします。」
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8
<Insert Picture Here>
Oracle Sun Flash ストレージラインナップ
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9
Sun Flash ストレージ製品ラインナップ
• 高いI/O性能
• 低消費電力
Sun Storage
F5100
(外部ストレージ)
Performance and
Scalability
Sun Flash
Accelerator F20
(PCI-Express Card)
Flash Drives
(2.5” & 3.5” SSDs)
Sun Flash
Module
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10
Sun Flash Module 概要
フラッシュメモリ
モジュール • 容量
• 24GB SATAデバイスとして動作
• SLCエンタープライズグレード
フラッシュメモリ
• フォームファクタ
• JEDEC MO-258A
(68.8 x 30.0 x 3.8 mm)
• 3Gbps SATA-II
• 信頼性/保守性 • MTBF: 200万時間
• LED: 障害LED (オレンジ色)
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11
Sun Flash Module 外観図
フラッシュメモリコントローラ
障害LED
NAND型
フラッシュメモリ
NAND型
フラッシュメモリ
DRAM
レギュレーター
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12
Sun Flash Module アーキテクチャ図
• SLC (Single Level Cell) NAND型フラッシュメモリ
• 1GB x4-dieスタックパッケージを 8 つ配置し、合計32GBを搭載
(ただし、OS は 24GB容量のデバイスとして認識) • フラッシュメモリコントローラ
• NAND 型フラッシュメモリと DRAM
を管理しシステムへのインタフェース
を提供
• ウェアレベリング、不良セルに対するトラッ
キングおよびスペアブロックの割当等
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• DRAM
• 64MB
• DDR-400
13
フラッシュメモリの使用に関して
• ウェアレベリングとは??
• すべてのセルをまんべんなく使用する技術です。
• 寿命が心配??
• カタログ値としては 6 年 (Read 50%, Write 50%) です。
• Write性能が不安??
• 後ほど紹介するベンチマーク結果をご参照ください。
• 思ったより性能がでない??
• まずは4KBにアラインさせましょう。
http://wikis.sun.com/display/Performance/Flash+Storage+Performance
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14
Sun Flash Accelerator F20 PCIe Card
概要
Solid State Storage
PCI Express Card
• 容量
• 4つのフラッシュモジュール
(DOM: Disk on Module)
• 96GB (24GB x 4)
• フォームファクタ • 8-lane PCI Express (low-profile)
• ディスクコントローラ
• 2 x 4-wide 3Gb/s SASポート(*)
• 信頼性
• エネルギーストレージモジュールに
よるバックアップ電源
(*)現時点では未サポート Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
15
Sun Flash Accelerator F20 PCIe Card
外観図
ESM OK LED
ESM Service Required LED
フラッシュモジュール
(Disk on Module (DOM))
電源LED
FMod
LED
エネルギーストレージ
モジュール(ESM)
mini-SAS コネクタ
LSI 1068e SAS
Controller
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16
Sun Flash Accelerator F20 PCIe Card
アーキテクチャ図
x8 PCIe
ESM
スーパーキャパシタ
(電気ニ重層コンデンサ)
•
DOMに対するバックアップ電源
•
LSI
LSI
SAS1068e
SAS1068e
SASx12
SASx12
Mini-SAS (4 x SAS)
Mini-SAS (4 x SAS)
SATA2
ESM
•
LSI
主電力喪失時に、DRAM上のデータ
をフラッシュメモリ上に退避
64MB
64MB
FMC
64MB
64MB FMC
DRAM
DRAM
FMC
64MB
64MB FMC
DRAM
DRAM
FMC
FMC
64MB
64MB
DRAM
DRAM
FMC
FMC
DRAM
DRAM
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DOM
DOM
DOM
DOM
17
Sun Storage F5100 Flash Array 概要
1U Solid State
ストレージアレイ
• 容量
• 最大80フラッシュモジュール
(SATA FMods)
• 最大1.92TB
• 接続
• 4ドメイン(1ドメインあたり20FMods)
• 16x 4-wide SASポート(1 ドメインあ
たり 4x 4-wide SASポート)
• 管理
• Sun Storage Common Array
Manager (CAM)
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18
Sun Storage F5100 Flash Array 外観図
前面/背面
エネルギー
ストレージ
モジュール
(ESM)
前面
背面
AC電源
コネクタ
SAS ホストポート x16
サービスonlyポート
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19
Sun Storage F5100 Flash Array 外観図
内部
フラッシュモジュール
(FMods)
前面
背面
SASポート
SASエキス
パンダー
チップ
SASポート
エネルギースト
レージモジュール
(ESM)ケージ
ファンモジュール
FPGA
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電源ユニット
20
Sun Storage F5100 Flash Array
アーキテクチャ図
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21
F20: 基本ストレージ I/O 性能
• Sun Flash Accelerator F20 PCIe Card Achieves 100K 4K IOPS and 1.1 GB/sec (2009/11/18)
http://blogs.sun.com/BestPerf/entry/sun_flash_accelerator_f20_pcie
モデル
容量
Random Read
Random Write
Sequential Read
Sequential Write
Read Latency
Write Latency
SPC-1C
4 DOMs
96GB
2 DOMs
48GB
IOPS値 (I/O size: 4KB)
101K
68K
88K
44K
Throughput (I/O size: 1024KB)
1.1GB/s
547MB/s
567MB/s
243MB/s
Latency (I/O Size: 4KB)
0.32 ms
0.22 ms
1 DOM
24GB
35K
22K
273MB/s
125MB/s
• Sun Flash Accelerator F20 PCIe Cards Outperform IBM on SPC-1C (2010/9/21)
http://blogs.sun.com/BestPerf/entry/20100920_f20_spc_1c
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22
F5100: 基本ストレージ I/O 性能
• 1.6 Million 4K IOPS in 1RU on Sun Storage F5100 Flash Array (2009/10/12)
http://blogs.sun.com/BestPerf/entry/1_6_million_4k_iops
モデル
容量
Random Read
Random Write
Sequential Read
Sequential Write
Read Latency
Write Latency
80 FMods Model
40 FMods Model
20 FMods Model
1 FMod
1,920GB
960GB
480GB
24GB
IOPS値 (I/O size: 4KB)
1,591K
796K
397K
1,217K
610K
304K
Throughput (I/O size: 1024KB)
12.8GB/s
6.4GB/s
3.2GB/s
9.7GB/s
4.8GB/s
2.4GB/s
Latency (I/O Size: 4KB)
0.41 ms
0.28 ms
21K
15K
256MB/s
118MB/s
UPDATE
•
Sun Storage F5100 Flash Array with PCI-Express SAS-2 HBAs Achieves Over 17 GB/sec Read (2010/9/23)
http://blogs.sun.com/BestPerf/entry/20100922_f5100_bandwidth
SPC-1C
•
Oracle Sun Storage F5100 Flash Array Delivers World Record SPC-1C Performance (2010/4/14)
http://blogs.sun.com/BestPerf/entry/oracle_sun_storage_f5100_flash
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圧倒的な I/O 性能と費用対効果
F5100: 24GB SATA FMods (x1) vs. J4200:146GB@15,000rpm SAS HDD (x1)
IOPS の比較
IOPS当たりの価格
30000
200
180
IOPS
20000
15000
F5100
FMod
(D10R)
Read
約60倍
160
140
Write
約30倍
120
円 /IOPS
25000
100
Read
約1/10
80
10000
J4200
SAS
HDD
60
F5100
FMod
(D10R)
5000
0
Write
約1/5
40
J4200
SAS
HDD
20
0
Random Read
Random Write
Random Read
Random Write
上記の値は、システム事業統括ソリューション統括本部プロダクト&パートナーソリューション本部にて行われた実測値か
ら得られた値であり、保証値ではありません。本実測値は、2010年4月時点のデータです。また価格は弊社表示価格に基
づいて比較した値です。
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24
Sun Flash ストレージが使用された各種
ベンチマーク結果
• Hyperion Essbase ASO World Record on Sun SPARC Enterprise
M5000 (2010/06/10)
F5100
使用
http://blogs.sun.com/BestPerf/entry/hyperion_essbase_aso_world_record
• PeopleSoft Payroll 500K Employees on Sun SPARC Enterprise M5000
World Record (2010/06/09)
F5100
使用
http://blogs.sun.com/BestPerf/entry/peoplesoft_payroll_500k_employees_on
• Sun SPARC Enterprise T5440 World Record SPECjAppServer2004
(2010/06/03)
F5100
使用
http://blogs.sun.com/BestPerf/entry/sun_sparc_enterprise_t5440_world
F20
使用
• Oracle Sun Flash Accelerator F20 PCIe Card Accelerates Web Caching
Performance (2010/04/13)
http://blogs.sun.com/BestPerf/entry/oracle_sun_flash_accelerator_f20
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25
<Insert Picture Here>
Flash を用いてOracleデータベース
を高速化させる方法
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26
Flashを用いてデータベースを高速化する 3 つの方法
1
2
3
Oracle Exadata Database Machine
• 世界最速のデータベースマシーン
Full Flash 構成
• Flash アレイ上に Oracle DBのデータ領域を配置
Database Smart Flash Cache 構成
or
• Oracle Database 11g R2 Enterprise Edition の新機能
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27
Oracle Exadata Database Machine
• Oracle Exadata Database Machine
• Exadata Storage Server を組み込み、超高速処理を
可能にするデータベース・マシン
• Oracle Exadata Storage Server
• Oracle Database に最適化されたストレージ製品
• Sun Flash Accelerator F20 が 1 Storage Server
あたり 4 枚 (384GB) 搭載
• Exadata Storage Software がプリインストール
• Exadata Smart Flash Cache 機能により ランダム
I/Oのボトルネックを排除
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x4
28
Exadata Smart Flash Cache
• Read I/Oを高速化するためのキャッシュ
• ストレージサイドでWrite through cacheとして動作(Write I/Oの高速化が目的
ではない)
オブジェクトをキャッシュする場合のWrite動作
1. Diskに書き込み
2. 書き込み完了ACK
3. 非同期でFlash Cacheにキャッシュ
Database
Server
オブジェクトをキャッシュしない場合のWrite動作
1. Diskに書き込み
2. 書き込み完了ACK
Flash
Cache
キャッシュするデータのRead動作
1. Diskからデータ読み込み
2. Flash Cacheにキャッシュ
Exadata Storage Server
すでにキャッシュされているデータのRead動作
1. Flash Cacheからデータ読み込み
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29
Full Flash 構成
• Oracle データベースのデータ領域を
Flashストレージ上に配置
• Oracleのバージョンやエディションに依存
せず高速化が可能
• ただし、F20や F5100 を使用する前提で
は、Oracle RAC / クラスタ構成には現状
適用できない
Sun SPARC Enterprise M5000
データ領域
Sun Storage F5100
Sun Storage F5100
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30
Full Flash 構成例 (1/2)
M5000 に 1 つの OS ドメインを構成して、これをデータベース
サーバとして、F5100 にデータを配置する構成。
F5100 x1台構成
ドメイン#0
SG-XPCIE8SAS-E-Z
SAS ケーブル
Sun SPARC Enterprise M5000
データ領域
Sun Storage F5100
ASM等で筐体内(ドメイン間)で
ミラーするような構成とする。
ただし、F5100の保守作業時に
は本システムを停止する必要
がある。
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31
Full Flash 構成例 (2/2)
F5100 x2台構成
(可用性を考慮する場合)
M5000 に 1 つの OS ドメインを構成して、これをデータベース
サーバとして、ミラーされた F5100 にデータを配置する構成。
ドメイン#0
SG-XPCIE8SAS-E-Z
SAS ケーブル
Sun SPARC Enterprise M5000
データ領域
Sun Storage F5100
Sun Storage F5100
ASM等で筐体間ミラーするよう
な構成とする。
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32
Database Smart Flash Cache
• SGAの拡張領域(バッファキャッシュの2次
キャッシュ)にFlashストレージを割当
• Oracle データベース 11g R2 Enterprise
Buffer Cache
Editionの機能
• Oracle Solaris, Oracle Enterprise Linux
のみサポート
• init.ora に以下を指定するだけ
すくないI/O
Database
Smart
Flash
Cache
F20や
F5100
を配置
• db_flash_cache_file = <Flashデバイス>
• db_flash_cache_size = <サイズ>
• Oracle RAC / クラスタ構成も可能
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従来のディスクストレージ
(データ領域)
33
Database Smart Flash Cacheの動き
ウォームデータ
ホットデータ
16 GB
バッファキャッシュ
3. LRUブロックが
フラッシュキャッ
シュへ
F20 や F5100
(SGAの2-10倍が適切)
1. ブロックがバッ
ファキャッシュに
読み込まれる
2. ダーティブロックはディスクへ
コールドデータ
4. データベースは最
初にバッファキャッ
シュのブロックを見
て、その後フラッ
シュキャッシュへ
3600 GB
ハードディスク
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34
Database Smart Flash Cache 性能結果
• Oracle Flash Cache - SGA Caching on Sun Storage F5100 (2009/10/15)
http://blogs.sun.com/BestPerf/entry/oracle_flash_cache_sga_caching
• 検証概要
• OLTP系アプリケーション
• 25GB SGA
• データ量>75GB
• DB Smart Flash Cacheを増加させてTPS
及び応答時間をベースラインと比較
• 検証環境
• Sun SPARC Enterprise M5000
(8 x SPARC64 VII 2.4GHz Quad 96GB
Memmory)
• Sun Storage F5100 x1
• Sun Storage J4200 (146GB@15000rpm
SAS HDDx12) x8
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35
DB Smart Flash Cache 構成例 (1/4)
単一サーバ構成
F20を使用した場合
SPARC T3-1 をデータベースサーバとして、F20を2枚
搭載、Sun Storage 6180 にデータを配置する構成
Sun Flash Accelerator F20
キャッシュ領域
SPARC T3-1
SG-XPCIE1FC-QF8-Z
Sun Flash Accelerator F20
FCケーブル
データ領域
Sun Storage 6180
ケーブル接続図
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
36
DB Smart Flash Cache 構成例 (2/4)
単一サーバ構成
F5100を使用した場合
M5000 に 2 つの OS ドメインを構成して、それぞれ別のデータ
ベースサーバとする。それぞれのデータベースサーバのSmart
Flash Cache 領域として それぞれF5100 の 2 ドメインを使用し
、Sun Storage 6180 にデータを配置する構成
ドメイン#0
ドメイン#1
SG-XPCIE1FC-QF8-Z
SG-XPCIE8SAS-E-Z
SAS ケーブル
Sun SPARC Enterprise M5000
キャッシュ領域
FCケーブル
Sun Storage F5100
データ領域
Sun Storage 6180
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
ただし、この場合 F5100 保守作業
時には、すべての OS ドメインで DB
Smart Flash Cache が使用できなく
なることにご注意ください。
37
DB Smart Flash Cache 構成例 (3/4)
2 台の SPARC T3-1 をデータベースサーバのクラスタ
構成として、それぞれのサーバにF20を2枚搭載、Sun
Storage 6180 を共有ディスクとしてデータを配置する構成
クラスタ構成
F20を使用した場合
Sun Flash Accelerator F20
サーバAの
cache領域
SG-XPCIE1FC-QF8-Z
Sun Flash Accelerator F20
SPARC T3-1
サーバBの
cache領域
クラスタインターコネクト*
FCケーブル
データ領域
Sun Storage 6180
*Oracle RAC構成時にはスイッチを経由での接続が必要となります。
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
38
DB Smart Flash Cache 構成例 (4/4)
2台の M5000 内 (1OS ドメイン) をデータベースサーバのクラス
タ構成とする。それぞれのデータベースサーバのSmart Flash
Cache 領域として それぞれF5100 の 2 ドメインを使用し、Sun
Storage 6180 にデータを配置する構成
クラスタ構成
F5100を使用した場合
SG-XPCIE1FC-QF8-Z
X7280A-2
SG-XPCIE8SAS-E-Z
ドメイン#0
ドメイン#0
クラスタインターコネクト*
SAS
ケーブル
FCケーブル
Sun SPARC Enterprise M5000
キャッシュ領域
ただし、この場合 F5100 保守作業
時には、すべての OS ドメインで DB
Smart Flash Cache が使用できなく
なることにご注意ください。
Sun Storage F5100
データ領域
Sun Storage 6180
*Oracle RAC構成時にはスイッチ経由での接続が必要となります。
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
39
<Insert Picture Here>
Oracle’s Optimized Solutions
と Flash ストレージ
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
40
Oracle’s Optimized Solutions
http://www.oracle.com/us/solutions/optimized-solutions-171609.html
Oracle Management
• Oracle’s Optimized Solutions for
• Oracle Database
• PeopleSoft HCM
• Enterprise Business Suite
• Siebel CRM
• WebCenter
• WebLogic
Oracle Applications
Oracle Database
Oracle Solaris
(Including Virtualization, Security)
Oracle Servers
Oracle Flash Technology
Oracle Storage
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
41
Oracle’s Optimized Solution for Database
Oracle Software
For Mission Critical Environments
SAN
Oracle RAC/DataGuard/Solaris Cluster
Pre-Sized Configurations
Small
M4000
Medium
M5000
X-Large
M9000
Large
M8000 
Flash Acceleration & Disk Storage
Oracle
Storage 6000
Oracle Flash
F5100 Storage Arrays 
Oracle Flash
F20 PCI Cards
Oracle
Oracle
Storage 6000 ZFS Storage Appliance
Network
(VLAN)
Oracle
ZFS Storage Appliance
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
42
Oracle’s Optimized Solution for PeopleSoft HCM
全体構成
Sun Storage 6780
Sun Fire X2270 server
Workload generation
Sun SPARC Enterprise M8000 server
Sun Storage F5100
flash array
Dynamic
Domain 0
Data
Network
Sun SPARC Enterprise T5220 server
Web/presentation tier
Management
Network
Oracle
Database
Server
Oracle
PeopleSoft
Payroll of NA
Storage
Area
Network
Dynamic
Domain 1
HR Self
Service App
Server
Dynamic
Domain 2
Test
Environment
Sun Storage 7210
Database backup device
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
43
Oracle’s Optimized Solution for PeopleSoft HCM
PeopleSoft Payroll for North America テスト結果
Flash 未使用の場合
(M8000 + SS6780)
minutes
Hot Table に Flash を
利用した場合
(M8000+F20+SS6780)
Full Flash 構成
(M8000+F5100)
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
44
<Insert Picture Here>
まとめ
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
45
エンタープライズグレードフラッシュモジュール
Sun Storage F5100
HDDに対する優位性
• 高い I/O 性能 (データアクセスが高速)
• ディスク回転待ちやヘッドのシーク待ちがない
• 低い故障率
• 物理的に動作する部品がない
アレイタイプ(FMod 最大 80枚搭載可能)
• 低消費電力・低発熱・騒音がない
エンタープライズグレードフラッシュ
• Single Level Cell (SLC) 採用
• MLCと比べ信頼性が高く、寿命が長い
フラッシュモジュール(FMod)
24GB SATAデバイス
• 全体フラッシュメモリ容量(32GB) の 25%(8GB) をリザーブ
• 長寿命・不良セル対策
Sun Flash Accelerator F20
• パフォーマンスの最大化
• ESMによるデータ保護
•
バックアップ電源により予期せぬ停電においてもデータを保護
PCI-Express タイプ(FMod 4枚搭載)
• 高密度化可能なフォームファクタ
•
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
46
Flashを用いてデータベースを高速化する 3 つの方法
1
Oracle Exadata Database Machine
• 世界最速のデータベースマシーン
• Oracle Exadata Sotarge Server に F20 が配置され、Exadata
Smart Flash Cache 機能によりホットデータをキャッシュ可能に
Full Flash 構成
2
• Flash アレイ上に Oracle DBのデータ領域を配置
• Oracle のエディション・バージョンに依存なく高速化可能
• ただし、Oracle RAC / クラスタ構成 は不可
Database Smart Flash Cache 構成
3
• 拡張SGA領域(バッファキャッシュの2次キャッシュ)にFlashを割当
• Oracle Database 11g R2 Enterprise Edition の新機能
or
• Oracle Solaris・Oracle Enterprise Linux のみサポート
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
47
Oracle Sun Flash ストレージ参考情報
• 製品サイト
Sun Flash Storage
http://www.oracle.com/us/products/servers-storage/storage/flash-storage/index.html
• White Paper
Speeding Data Access with the Sun Flash Accelerator F20 PCIe Card
http://www.oracle.com/technetwork/articles/systems-hardware-architecture/flash-accelerator-f20pcie-card-163877.pdf
Accelerating Databases with Oracles Sun Storage F5100 Flash Array Storage
http://www.oracle.com/technetwork/articles/systems-hardware-architecture/accel-db-f5100163888.pdf
Oracle Database Smart Flash Cache
http://www.oracle.com/technetwork/articles/systems-hardware-architecture/oracle-db-smart-flashcache-175588.pdf
• 製品マニュアル
Sun Flash Accelerator F20 PCIe Card
http://docs.sun.com/app/docs/prod/flash.pcie
Sun Storage F5100 Flash Array
http://docs.sun.com/app/docs/prod/stor.f5100
Copyright© 2010, Oracle. All rights reserved.
48
OTN × ダイセミ でスキルアップ!!
・一般的な技術問題解決方法などを知りたい!
・セミナ資料など技術コンテンツがほしい!
Oracle Technology Network(OTN)を御活用下さい。
http://otn.oracle.co.jp/forum/index.jspa?categoryID=2
一般的技術問題解決にはOTN掲示版の
「データベース一般」をご活用ください
※OTN掲示版は、基本的にOracleユーザー有志からの回答となるため100%回答があるとは限りません。 ただ、過去の履歴を見ると、質問の大多数に関してなんらかの回答が書き込まれております。
http://www.oracle.com/technology/global/jp/ondemand/otn-seminar/index.html
過去のセミナ資料、動画コンテンツはOTNの
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