释放用于 DB2 工作负载的固态硬盘的价值

简介： 本文介绍了 IBM 固态硬盘驱动器（solid-state drive，SSD，也称闪存驱动器）的基本情况及其优点。
来自 IBM Data Management Magazine中文版。

多年来，数据库管理员和数据库应用程序开发人员在实现关键事务性、数据仓库或混合工作负载时，一直都在绞尽脑汁进行存储布局和磁盘配置。为了取得高效的 I/O，他们花费大量的时间和金钱来设计和优化应用程序。

现在，大多数常用的企业硬盘驱动器（HDD）都受到磁头移动速度、盘片旋转速度和查找延时的限制。固态硬盘驱动器（solid-state drive，SSD，也称闪存驱动器）可以解决这些挑战，它提供快速、低延时数据访问，并减少能源消耗（IOPS/watt）；图 1 显示 SSD 与企业 HDD 在一些关键指标上的大致比较。最近，SSD 的密度已经大大提高；已经出现 200 GB 以上的驱动器，并且在未来 6 个月内容量有望再次翻番。如此急剧的进步使得 SSD 成为性能敏感或关键任务数据库应用程序的首选。

在很多情况下，组织可以把所有数据库放在 SSD。但是，虽然 SSD 的成本每个季度都在递减，但是 SSD 仍然比 HDD 昂贵。不过，有了 IBM DB2，组织就可以将精心挑选的数据迁移到更高性能的存储媒介，从而提高应用程序整体性能。本文探索 IBM 的一个团队如何用在线事务处理（OLTP）工作负载下的 DB2 来测试 SSD 的行为，以及如何发现挑选数据放到 SSD 上的方式，使有限的 SSD 资源带来最大的好处。

将 SSD 存储用于 DB2

DB2 提供的丰富的分区选项使您可以利用不同类型的存储。特别是，可以使用范围分区将大型表和索引划分到较小的按范围（通常是数据范围，但也可能是其他参数）组织的分区中，并将它们放到由 SSD 存储支持的不同表空间中。然后，随着较旧的数据使用率下降，再使用 DB2 的范围分区特性将较新的数据转入常用或“热”表空间。

为了利用低延时的 SSD 资源，还可以挑出热表，然后使用 ADMIN_TABLE_ MOVE 存储过程将这样的表转移到 SSD 存储所支持的表空间上。

选择热数据对于充分利用 SSD 资源十分有益。SSD 最适合随机 I/O，与连续 I/O 相对 HDD 提升 10 倍性能相比，SSD 相对 15,000 rpm HDD 可以提升超过 100 倍性能（以 IOPS 度量）。

为了证实 DB2 对象在 SSD 上的性能效果，我们选择一个 IBM DB2 OLTP 工作负载来进行一系列的测试，首先以所有数据库文件放在 HDD 上的场景作为基准。当我们将整个数据库转移到 SSD 上时，取得了 10 倍的性能提升（以每秒事务数度量）。 编辑注：对使用 SSD 的 IBM Informix Dynamic Server 的实验室测试也显示有性能提升。 然后，我们将数据库应用程序的一部分迁移到 SSD，对一系列的场景进行测试。首先采取随意安排的策略将数据库索引文件放到 SSD 存储上，但是这样做只获得不多的性能提升（不超过 2 倍）。显然，为获得更大的性能提升，需要将 SSD 空间预留给那些能导致最多随机物理 I/O 传输和对应用程序性能最为关键的数据库对象。通过对 DB2 监视数据和操作系统性能指标的实验，我们取得了表和索引在 SSD 上的优化安排策略，只需将整个数据库的 30% 放在 SSD 上，便可以获得超过 8 倍的性能提升（见图 2）。

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冷、暖、热：识别所需数据

那么，确定将哪些 DB2 表或索引放在 SSD 上的最佳方式是什么？先前基于数据模型的应用程序知识便是很好的起点。但是，我们想开发一种更客观的方式来评价哪些文件和数据放到 SSD 上将带来最大的性能收益。不断地确定哪些数据是热的或冷的，然后据此将数据放到不同的存储层，这样做会给 DBA 带来额外的负担。但是，可以使用一些操作系统监视工具，例如 AIX filemon 和 iostat 实用程序，来确定哪些逻辑卷、文件系统和/或磁盘卷是热的，从而获得更多的 IOPS 和更短的访问延时。

DB2 提供了快照监视功能，可以用于在不同级别上对所有连接的应用程序数据库、缓冲池、表空间、表、应用程序、锁等进行性能监视。该信息可以在命令行处理器（CLP）中使用快照命令、借助 SQL 表函数或者在 C/C++ 程序中使用快照监视应用程序编程接口（API）进行收集。此外，还可以使用具有 Extended Insight 特性的 IBM DB2 Performance Expert，根据当前和历史监视数据获得丰富的洞察力。通过分析这些监视结果，可以对数据库应用程序的 I/O 特征形成有价值的洞察力。

通过将来自 filemon、iostat 和 DB2 快照监视的数据与缓冲池监视开关相结合，可以得到以下信息：

表空间页宽（4 KB、8 KB、16 KB 或 32 KB）

• 使用页数（以表空间页宽为单位定义）
• 缓冲池数据物理读数（以表空间页宽为单位定义）
• 缓冲池索引物理读数（以表空间页宽为单位定义）
• 缓冲池 xda 物理读数（以表空间页宽为单位定义）
• 缓冲池读取时间（以秒为单位）

根据该数据，可以使用图 3 中的公式计算 4 个指标，这些指标将帮助确定哪些表空间更适合放在 SSD 上：

• 访问密度（Access density）：物理 I/O 数除于表空间中的使用页数
• 访问延时（Access latency）：那些物理 I/O 的延时
• 相对表空间权重（Relative tablespace weight）：访问密度和访问延时的函数
• 连续率（Sequentiality ratio）：对给定表空间的 I/O 访问的随机或连续程度

对于所有表空间，综合上述指标，按权重因子降序排列，那些具有较高权重因子的表空间更适合放在 SSD 上。具有较低连续率的表空间也比较适合放在 SSD 上。

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更多性能选项

图 3 中计算的权重因子和连续率将帮助您发现最适合放在 SSD 上的表空间。但是，取决于您的环境和可用 SSD 资源，还有两种选项也应该知道一下。

首先，如果容量允许，考虑将 DB2 临时表空间放在 SSD 上。这样可以帮助缩短复杂的 “group by” 或 “order by” 查询所需的排序时间。这对于经常需要对大量数据进行排序，然后统统装入磁盘的数据仓库工作负载来说，特别有用。最后，活动日志文件不太需要放在 SSD 上，因为这些操作通常导致连续 I/O，通常在存储器写缓存上出现。但是，如果应用程序受累于大量的提交时间和较长的日志 I/O 延时，那么将活动日志放在 SSD 将有所帮助。

参考资料

学习

• 通过访问 developerWorks 中国 Information Management 专区的 DB2 9 技术资源中心 获得更多 DB2 9 相关的文章、教程和多媒体课件等学习资源。
  
  
• 通过访问 IBM SolidDB 产品专题， 获得更多 IBM 内存数据库产品相关的文章、教程和多媒体课件等学习资源。
  
  
• 通过访问 DB2 V9.7 信息中心 ，了解 DB2 V9.7 的基本概述。
  
  
• 通过访问 DB2 最佳实践专题，了解 DB2 全方位的管理、开发相关的最佳技术资源。
  
  

获得产品和技术

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