Реферат: СУБД INFORMIX
Организация хранения данных
Сервер INFORMIX-OnLine может хранить данные на диске двумя способами. Первый способ – это хранение данных в файловой системе ОС. Второй способ – хранение данных на “сыром” дисковом пространстве. В последнем случае сервер INFORMIX-OnLine сам управляет вводом-выводом данных.
Единицы хранения данных
Сервер INFORMIX-OnLine использует следующие физические единицы хранения информации: chunk, page, blobpage, extent.
Логические единицы хранения данных связаны с управлением БД. К логическим единицам относятся: dbspace, blobspace, database, table, tblspace.
В дополнение к этому существуют следующие единицы хранения информации о физической и логической целостности данных: logical log, physical log, reserved pages.
Фрагмент диска chunk – это максимальная физическая единица хранения информации сервером INFORMIX-OnLine. Фрагмент может быть файлом операционной системы или специальным символьным устройством системы. В первом случае данные размещаются в обычном файле и записью на диск управляет ОС. В этом случае INFORMIX-OnLine не гарантирует, что записанные данные реально попадут на диск, так как данные могут быть помещены в дисковую кэш-память ОС. Во втором случае сервер гарантирует, что те данные, которые должны попасть на диск, будут записаны. Кроме этого, заметно выше производительность системы ввода-вывода. Однако не каждая операционная система позволяет организовать chunk на “сыром” диске. INFORMIX-OnLine поддерживает размер chunk до 2 GB. Максимальное количество chunk’ов – 2048.
Страница page – это единица информации, которой сервер INFORMIX-OnLine обменивается с устройством хранения данных для доступа к БД. Размер страницы варьируется. Обычно это 2 или 4 КБ. Фрагмент диска содержит определенное количество страниц. Страница не может выходить за пределы chunk’а.
Blobpage – единица дискового пространства, которой INFORMIX-OnLine манипулирует для хранения данных типа BYTE и TEXT. Размер blobpage задается администратором и может варьироваться.
Когда создается таблица, INFORMIX-OnLine выделяет фиксированное число страниц для хранения данных. Когда выделенное пространство исчерпывается, сервер выделяет дополнительное место. Физическая единица данных, которая используется для этих целей, называется extent. При создании таблицы задаются initial extent size и next extent size. Первый – первоначальный объем под таблицу (в килобайтах). Второй – величина прироста объема таблицы в килобайтах.
Extent всегда хранится в пределах одного chunk’а и не может перекрывать его границы. В случае, когда INFORMIX-OnLine не может выделить достаточно пространства в текущем фрагменте, он ищет его в другом фрагменте.
Базовой логической единицей хранения информации сервером INFORMIX-OnLine является пространство БД (dbspace). Пространство БД отображает физическое пространство на логическое пространство хранения данных. Обычно одному dbspace соответствует один chunk, хотя одному dbspace может соответствовать несколько фрагментов.
Зеркалирование
Зеркалирование позволяет резервировать фрагмент диска точно такого же размера фрагментом. Запись в первичный chunk порождает запись в резервный chunk. В случае сбоя первичного фрагмента сервер INFORMIX-OnLine переключается на резервный автоматически, при этом работа пользователя не прерывается.
Технология резервирования позволяет администратору восстанавливать данные в первичном фрагменте параллельно с работой пользователя с вторичным фрагментом.
За возможность зеркалирования придется платить дополнительным дисковым пространством.
В случае, когда незеркалированный chunk выходит из строя, INFORMIX-OnLine не может добраться к данным из него и будет возвращать ошибку при обращении к этому фрагменту. Если из строя вышел незеркалированный фрагмент, который хранит logical log, physical log или root dbspace, сервер немедленно переходит в режим off-line, т.е. прекращает работу.
Сервер делает запись в оба фрагмента параллельно и читает из обоих разные части (split read) для минимизации времени ввода-вывода.
Когда создается зеркалированный chunk, INFORMIX-OnLine копирует данные из первичного во вторичный. Такой процесс называется восстановлением (recovery). Зеркалирование начинает работать сразу после завершения процесса восстановления.
Физический и логический протоколы работы
Физический протокол (physical log)
Ведение физического протокола есть процесс сохранения страниц, который INFORMIX-OnLine собирается менять, но до того, как будут внесены реальные изменения в страницы. Другими словами, сервер перед модификацией страниц в памяти сбрасывает их копии в буфер физического протокола в памяти.
Физический протокол – это множество последовательных страниц, где INFORMIX-OnLine сохраняет неизмененные страницы (before-image). Это нужно для быстрого восстановления после “падения” сервера.
Сервер манипулирует before-image в буфере физического протокола до тех пор, пока один из очистителей страниц не запишет ее на диск.
Не попадают в протокол blob-страницы из blopspace, т.к. в противном случае может произойти переполнение физического протокола.
Во время инициализации сервер размещает файлы логического и физического протоколов в корневом пространстве БД root dbspace. Из-за критичности физического протокола для работы INFORMIX-OnLine рекомендуется зеркалировать dbspace, в котором хранится этот протокол.
Сервер выполняет физический протокол за шесть шагов:
Читает страницы данных в буфер.
Копирует неизмененные страницы в буфер физического протокола.
Отображает изменения в буфере страницы после того, как приложение изменяет данные.
Сохраняет буфер физического протокола собственно в физическом протоколе на диске.
Сохраняет буфер страницы на диске.
При срабатывании контрольной точки (checkpoint) сбрасывает буфер физического протокола на диск и затем очищает физический протокол.
Логический протокол (logical log)
Сервер INFORMIX-OnLine хранит историю изменений в БД и сервере с момента генерации последнего архива и сохранения записей протокола. Сервер сохраняет записи протокола в логическом протоколе, из которого создаются файлы логического протокола. Этот протокол называется логическим по той причине, что в нем сохраняются единицы работы, связанные с логическими операциями работы сервера БД в противоположность физическим операциям сервера.
Все БД, управляемые одним сервером INFORMIX-OnLine, сохраняют свой протокол в одном и том же логическом протоколе сервера.
Файлы логического протокола не являются файлами операционной системы. Это часть дискового пространства, управляемого INFORMIX-OnLine. Каждый файл логического протокола – это отдельное пространство на диске.
При данной активности системы, чем меньше будет отдано под файл логического протокола, тем быстрее это место будет заполнено, и больше вероятность того, что активность пользователя будет заблокирована во время архивирования логического протокола и срабатывания контрольной точки.
Архивирование файла логического протокола
Когда файл логического протокола заполнен, необходимо его заархивировать. Процесс архивирования может “заморозить” процесс обработки транзакций, которые работают с данными из того же диска, что и файл логического протокола. Поэтому рекомендуется выбирать время малой активности пользователей для архивирования файла протокола.
Контрольные точки
Как минимум одна контрольная точка должна быть записана в логический протокол. Если необходимо освободить файл, содержащий последнюю контрольную точку, то нужно записать новую контрольную точку в текущий файл логического протокола. Соответственно, чем чаще архивируется файл логического протокола и чем чаще он освобождается, тем чаще случаются контрольные точки. Т.к. контрольная точка блокирует работу пользователей, то это отрицательно сказывается на производительности.
Общий размер логического протокола есть произведение количества файлов протокола на их размер:
Минимальный размер файла логического протокола – 200 KB.
Максимальный размер не ограничен, но следует иметь ввиду, что если архивация происходит на медленный стример, то лучше делать размер файла небольшим.
Чем меньше размер файла, тем меньше информации может быть потеряно, т.к. есть вероятность потерять последний не сохраненный файл логического протокола при выходе диска из строя.
Всегда необходимо иметь минимум 3 файла логического протокола.
Необходимо всегда иметь достаточное количество файлов логического протокола для того, чтобы всегда иметь возможность переключиться на новый файл и не допустить переполнения этих файлов.
При инициализации дискового пространства INFORMIX-OnLine размещает файлы логического прокола в корневом пространстве БД (root dbspace). Файлы логического протокола содержат критически важную информацию и должны быть зазеркалированы для обеспечения максимальной надежности данных.
Каждый файл имеет свой уникальный идентификатор. Последовательность номеров начинается с 1 для первого файла логического протокола, заполненного после инициализации дискового пространства. При заполнении текущего файла сервер переключается на следующий и присваивает ему номер на 1 больше, чем предыдущий.
Актуальное дисковое пространство, выделенное для каждого файла логического протокола, имеет идентификационный номер logid. Например, если вы сконфигурировали 6 логического протокола, то эти файлы имеют номера от 1 до 6. После того, как эти файлы заархивированы и освобождены, INFORMIX-OnLine повторно использует дисковое пространство для файлов логического протокола, однако сервер будет нумеровать уникальным идентификатором, которой равен предыдущему плюс единица.
Файлы логического протокола имеют один из следующих статусов:
Added (A) Файл протокола имеет статус добавленный, когда этот файл только что добавлен. Он не будет доступен для использования до тех пор, пока не будет создан архив нулевого уровня корневого пространства БД.
Free (F) Файл логического протокола свободен, когда он доступен для использования. Этот файл был освобожден после архивирования, все транзакции внутри файла протокола были завершены и последняя запись контрольной точки находится в следующем по порядку протоколе.
Used (U) Файл логического протокола задействован, когда он нужен серверу для восстановления (откат транзакций или поиск последней записи контрольной точки).
Backed-up (B) Файл протокола имеет статус заархивирован после того, как этот файл был в самом деле заархивирован.
Current (C) Файл протокола имеет статус текущий, когда сервер заполняет его протоколом.
Last (L) Файл имеет статус последний, когда он содержит самую последнюю запись контрольной точки. Этот файл не может быть освобожден до тех пор, пока сервер не запишет новую контрольную точку в другой файл логического протокола.
Если INFORMIX-OnLine пытается переключиться на следующий по порядку файл логического протокола, который еще не освобожден, то вся работа приостанавливается. Это происходит даже в том случае, когда один из файлов протокола свободен. Сервер не может использовать произвольный по номеру файл. Работа останавливается для защиты данных в файле протокола. Файл логического протокола может быть занят по следующим причинам:
Файл логического протокола не заархивирован.
Файл содержит открытую транзакцию.
Длинная транзакция – это такая транзакция, которая начинается в одном файле логического протокола и не фиксируется, когда INFORMIX-OnLine нуждается в повторном использовании того же файла протокола. Т.е. длинная транзакция перекрывает больше пространства, чем выделено всего под логический протокол.
Т.к. сервер не может освободить файл логического протокола до тех пор, пока все записи не будут ассоциированы с закрытыми транзакциями, длинная транзакция мешает освободить первый файл протокола и делает его недоступным для использования.
Для предотвращения такой ситуации нужно учесть следующее:
Проверить, не заполняется ли файл логического протокола слишком быстро.
Проверить, не остается ли транзакция слишком долго открытой.
Установить границу, по достижении которой INFORMIX-OnLine автоматически свернет обработку длинной транзакции.
Архивирование данных
Система восстановления INFORMIX-OnLine позволяет архивировать данные и восстанавливать их в случае порчи.
Устройство системы восстановления данных
Архив – это копия всех или части данных, которыми управляет сервер, т.е. это копия одного или более dbspace и любых вспомогательных данных, которые могут понадобиться для восстановления.
Архив логического протокола – это копия файлов логического протокола на диске или ленте, которые заполнены и готовы к архивированию.
Восстановление – это процесс восстановления данных INFORMIX-OnLine, в частности, пространств БД из архива и архивированных файлов логического протокола.
Физическое и логическое восстановление
Восстановление данных необходимо производить в два этапа. Первый этап – физическое восстановление, второй – логическое восстановление. Физическое восстановление – процесс восстановления страниц пространств БД из архива. Логическое восстановление использует архивированный логический протокол для “наката” транзакций в восстановленных пространствах БД.
Система восстановления INFORMIX-OnLine
INFORMIX-OnLine предоставляет две системы восстановления данных: ON-Archive и ontype. Они позволяют сделать следующее:
Архивировать данные INFORMIX-OnLine;
Архивировать файлы логического протокола;
Делать добавочное архивирование файлов логического протокола;
Восстанавливать данные из архива;
В дополнение к этому On-Archive позволяет следующее:
Планирование и отслеживание архивов;
Множество средств защиты и доступа к On-Archive;
Возможность параллельно работать с несколькими ленточными устройствами;
Работать без непосредственного участия человека.
Сохранение страниц и логического протокола в архиве
Все, чем управляет INFORMIX-OnLine может быть заархивировано за исключением следующего:
Страницы dbspace, выделенные для сервера, но не привязанные к какому-либо фрагменту tblspace;
Конфигурационные файлы не архивируются;
Страницы из зеркальных фрагментов не архивируются, если доступен первичный фрагмент;
Blob’ы в blobspace, хранимые на оптическом носителе;
Уровни архива
Нет смысла каждый раз архивировать все данные INFORMIX-OnLine. Поддерживаются три типа добавочного архивирования:
Level-0 – архивируются все страницы;
Level-1 – архивируются все изменения с момента последнего архива нулевого уровня;
Level-2 – архивируются все изменения с момента последнего архива первого уровня.
Архивирование логического протокола
Если было инициировано протоколирование БД, то INFORMIX-OnLine записывает транзакции, произошедшие между процедурами архивирования, в логический протокол, который состоит из определенного числа файлов логического протокола на диске. Сервер нуждается как в записи новых данных в протокол, так и в чтении протокола для восстановления транзакций. Для того, чтобы файлы логического протокола не закончились, необходимо архивировать заполненные файлы логического протокола.
Если же протоколирование не используется, тем не менее, все равно необходимо архивировать файлы логического протокола. В этом случае протокол содержит информацию о создании и удалении фрагментов диска и о записи контрольной точки. Эта информация нужна для “теплого” восстановления БД даже в том случае, когда БД не протоколируются.
Автоматическое и непрерывное архивирование
Если необходимо архивировать файлы логического протокола сразу после их заполнения, то нужно запустить автоматическое архивирование. В этом режиме архивируются все файлы логического протокола, готовые к архивированию и процесс останавливается на текущем файле.
Также можно запустить непрерывное архивирование. Тогда сервер автоматически архивирует файл логического протокола сразу по его заполнению.
При автоматическом архивировании нет необходимости помнить об архивировании файла, но нужно помнить, что на устройстве архивирования всегда должно быть свободное место.
