Informix XPS技术白皮书

作者：garyjan  出处：Unix爱好者家园unix-cd.com   

INFORMIX  动态服务器加扩展并行选项 (XP： Extended Parallel Option)
 及高级决策支持选项 (AD：Advanced Decition Support Option)  
         INFORMIX-IDS 扩展的并行选项及高级决策支持选项（ Extended  Par
allel  Option 和 Advanced Decition Support Option）对 IDS进行了扩充，使
其能够支持 松耦合群 集 机和 MPP 结构。 XP&AD 的无共享结构可以充分利用一
切可用的 硬件资 源（CPU、磁盘 、内存、磁带设备、网络控制器等等 ）， 是
能够提供 大型主机级可伸缩性、可管理性和性能，使操作系统开销最小，自动分
布工作 负载的新一代的并行数据结构。 
IDS加XP&AD的结构 
         IDS加 XP&AD 是 Informix 在松耦合群集机和 MPP结构上的解决方案，
它 提供了最佳的性能与可伸缩性，提供了容错能力，提供了唯一的系统视图从而
 易于管理，提供了应用的兼容性与透明性，支持所有有关的开放系统标准和开 
放系统平台。 
         IDS加XP&AD与它所支持的硬件结构一样，也采用了无共享方法管理数据
 ， 从而最大限度地降低了操作系统的开销，也极大地减少了网络I／O。为获得
 这 种级别的独立性，各个结点均运行它们自己的数据库实例， 包括管理自己的
 日志登录、恢复、封锁和缓冲区管理等基本IDS加XP&AD服务。这种数据库实 例
被称之为协同服务器(Co-server)。 
        各个协同服务器分别 “拥有”一组磁盘以及驻留在这些磁盘上的数据库
片 段。当某个协同服务器结点出现故障时， 其它协同服务器可以物理地存取该
协   同服务器拥有的磁盘， 但在正常情况下，每个协同服务器只能访问自己的
磁盘 。 
        为了优化性能， 可将包含数据如何分布的信息的系统目录存储在各个结
点 上。另外， 数据量较小的、经常访问的表也可以在结点间进行复制，以进一
步 提高性能。 

        虽然系统中有多个Informix数据库实例同时在运行，但是松耦合底层结
构中 的所有协同服务器协调工作，共同为整个 IDS加XP&AD提供了唯一的映象。
唯 一的系统映象既提供给普通的数据库用户，  也提供给系统管理员和数据库管
理 员 。 
         IDS加XP&AD系统中的每个协同服务器都可以与其它协同服务器互操作和
 协调活动。例如，当一个协同服务器接收到一个执行连接操作的请求时，它可 
以调用 IDS加XP&AD中的其它协同服务器执行扫描、连接和排序任务，以便加 快
查询速度。 IDS加XP&AD是通过智能地确定如何分解查询以及应将SQL 操作 送到
哪 些结点上去执行，来获得这种协同性的。 IDS 加 XP&AD 负责做这些决 策的
服务机制包括请求管理器、查询优化器、元数据管理器和调度器。  这些服 务机
制紧密地集成于Informix数据库核心中。 
         每个协同服务器上都有一个请求管理器(RQM)， 负责确定如何在保证各
结 点负载平衡的前提下分解查询和分布所分解出来的子任务。  在确定一个用户
请 求是否应该由多个协同服务器共同执行的过程中，RQM需要与其它IDS加XP&AD
服务器共同工作:由查询优化器确定执行查询的最佳方案，由元数据管理器 确定
数据的位置，由调度器分布查询。 
        查询优化器负责确定执行一个查询的最佳方案。 它是基于代价的，即优
化 器生成多个查询计划， 分别计算出每一个计划的代价，然后从中选择一个代
价 最小的计划。 查询优化器使用元数据管理器提供的有关信息确定查询的并行
度 ，并将查询计划送给调度器去分布。 
         元数据就是有关数据如何在结点上分布的信息。元数据通常只驻留在一
个 结点上，但可以被镜像以提供容错能力。 IDS 加 XP&AD 系统中的每个结点都
 有一个元数据管理器(MDM)。 IDS加XP&AD系统中各个协同服务器上的 MDM 协同
工作，提供对指定 IDS加XP&AD系统中存储的所有数据库的元数据的访问 ，不管
这些数据存放在哪个结点上。 
        每个协同服务器都有一个调度器， 其职能是在松耦合底层结构上分布执
行 任务。 调度器负责激活协同服务器上的计划， 使合适的资源可以在局部使用
。 调度器根据查询优化器提供的查询执行计划， 根据所执行任务的类型和用户
请 求的优先级设置，决定一个给定请求是应该串行执行还是应该并行执行。 

IDS加XP&AD: 提供更高的性能与可伸缩性 
         在IDS加 XP&AD 中，为了使松耦合群集机或MPP结构中的所有结点都能
 并发执行任务, 所有 SQL 操作，包括创建索引和表、扫描数据和索引、连接、
 排序、 插入、更新和删除、 集合操作、聚集操作、装载与卸出数据、 备份、
 存档和转 储，都做了优化。 IDS加XP&AD是目前唯一提供了并行执行一切SQL 操
作的开放数据库，也是目前极少数能够执行杂凑连接 (hash join) 的数据库之 
一。 
         为了减少软件瓶颈和数据分布不均匀，最大限度地提高伸缩比和加速比
， IDS加XP&AD从查询引擎设计中独立出三个部分。 它们是：数据划分、控制划
 分和执行划分。对查询引擎中的这三个方面进行优化，能够使 IDS加XP&AD在 超
大型系统上提供极佳的伸缩比和加速比。 
1.数据划分 
         数据划分是指物理地分割一个数据库，使其看上去就好象是一级组小数
据 库一样。 通过将数据库划分成较细的粒度， 扫描、连接、排序等操作就可以
分 布在多个CPU和磁盘上并行执行了。 
         在松耦合系统上获得可伸缩性的关键是对划分出的片段的所有权问题。
 在 IDS加XP&AD 中，一个分片只能为拥有该片段的协同服务器所读写， 虽然在
该 协同服务器出现故障时， 磁盘可由其它协同服务器访问，但在正常操作中，
一 个磁盘只能由它所依附的协同处理器读。IDS 加XP&AD通过这种真正的无共享
 结构将昂贵的网络I/O操作减少到最低限度，显著降低了网络交通。 
        IDS加XP&AD提供了多种划分数据的方法:轮转划分法、值域划分法、表达
 式划分法和杂凑划分法。 
2.控制划分 
        每一个协同服务器拥有一些基本 IDS 加XP&AD服务，负责管理其数据库
 对象的日志登录、恢复、封锁和缓冲区管理等。  所有协同服务器上的这种数据
 库服务的划分被称作控制划分。 
         在 IDS 加 XP&AD 中， 各个结点管理和维护它自己的数据， 但可以通
过 各个结点上的元数据管理器知道其它数据的位置。  当一个结点需要访问一些
不 在本结点上的数据时， 它就向这些数据所在结点发送一个执行请求， 由那个
结 点依据执行请求来检索数据、 处理数据， 然后将结果返回给第一个结点。这
种 划分控制的模型可以显著减少网络交通。 
3.执行划分 
        执行划分是指将查询分解为子查询，并在多个结点上并行执行它们(垂直
并 行性)。  子查询可再进一步分解为子任务，由多个协同服务器并行执行 (水
平并 行性)。执行划分在决策支持查询中极为有用，这样对大量数据的扫描、连
接和排序操作就可以在多个协同服务器上执行了。 
        IDS加XP&AD 通过两步来获得垂直并行性和水平并行性。   第一步是用
循 环子封装查询操作。   使用循环子后， 通过把适当的循环子组织成一个树型
结 构，  就可以将复杂查询结构化了。   第二步是用交换子重新划分从一个循
环子 集合中得到的中间结果，然后将结果分片及执行下一SQL语句的指示分布到
多 个协同 服务器上去处理。交换子支持中间结果的流动，它不必等待一个操作
完 成，就 可以将已有结果送到下一个循环子。 
IDS加XP&AD：提供一个容错的数据库环境 
        在OLTP系统中，各个事务需要连续不断地更新数据库，因此容错能力对
它 极为重要。IDS加XP&AD 利用松耦合无共享结构的容错特征， 提供了一个高可
 用/容错的数据库环境。 
        前面已经说过，每个协同服务器都拥有一组自己的磁盘， 上面存储了数
据 库分片。 这些磁盘通常都是双端口的，另一端口与其它协同服务器相连，以
防 止非预期故障。出现硬件或软件问题造成某个结点上的协同服务器不能工作时
,        IDS加XP&AD系统中的另一个协同服务器会接管该协同服务器的磁盘，从
而保 证了数据的连续可用性与可访问性。 
        为避免磁盘出现故障影响数据库的可用性，IDS加XP&AD 提供了日志和数
 据库镜像。 关键数据可以被镜像到另一个协同服务器上，这样当一个磁盘出现
 非预期故障时，可由镜像磁盘继续提供数据库的可用性。IDS加XP&AD 还提供 了
硬件镜像。但是由于硬件镜像是磁盘级的，而软件镜像是数据库级的， 它允 许
用户只选择数据库的某些部分进行镜像，因此更受欢迎。 
         如果用户使用的硬件平台不支持双端口磁盘，可以选用数据复制或数据
跳 越选项来避免故障。 
         数据复制是通过将整个数据库或部分数据库的备份存储于不同结点上，
来 保证数据库的可用性。结点出现故障时，通过数据库备份可继续访问数据。 

         当一个结点或一个磁盘出现非预期故障时，越过不可用数据，只返回一
部 分结果，而不是取消查询，这在一些情况中可能更高效。为此，IDS加XP&AD 
提供了数据跳越选项，用于跳过故障结点或磁盘中的数据。 
        为最大限度地减少管理操作造成的数据库不可用，IDS加XP&AD 允许数据
 库管理员联机执行管理操作，包括重新划分表、 增加和删除表列、 增加和删除
 索引、备份与转储、改变磁盘或结点的物理布局等，从而保证了数据库24×7的
连续可访问性。 
IDS加XP&AD：通过唯一的系统视图管理多个结点 
         IDS加XP&AD与 Tivoli 管理环境 ( Tivoli  Management  Environmen
t 朤ME ) 紧密集成在一起。TME是由Tivoli系统公司开发的系统管理框架，该产
品在工业界处于领先地位。与TME集成之后，IDS加XP&AD显著地减轻了其数据库在
松耦合群 集机和MPP环境中的管理工作。 集成后的IDS加XP&AD为所有数据库对 
象提供了唯一的视图，  从而把数据库管理员从底层复杂的无共享环境中独立出
 来。 
         IDS加XP&AD 的控制、 配置和状态(CCS)实用程序允许管理员集中地管
理 多个数据库服务器和应用， 允许管理员灵活地定义需要监控的数据库事件，
 并 可以自动以传真、电子邮件、纸或其他指定形式向管理员报警。 
        备份、转储和存档实用程序与大量第三方存储管理产品集成，  提供了
一种 简化服务器备份的手段。为了保证能与多种客户和企业管理工具互操作，I
nformix 还将提供与第三方存储管理设备的集成。 
        性能监控实用程序是一个图形监控工具， 辅助管理员进行数据库调优、
基 准测试和无操作员监控。 
        物理设计顾问 (PDA) 实用程序是一个系统测定和物理模式布局工具，可
以 向管理员提供用于物理数据库布局的信息， 例如表划分和索引模式选择、硬
件 配置等。 
        并行数据库装载实用程序允许管理员使用所有可用的系统资源， 并行地
将 数据装入 IDS加XP&AD数据库和从 IDS加XP&AD 数据库中卸出数据。该实用 程
序对装载大型数据库尤为重要，它每小时能够装入数GB的customer表。 
         分布式数据库复制实用程序可以供管理员监控与管理   IDS加XP&AD 数
据 在网络中复制的情况。用户既可以选用高可用性数据复制 (HDR)  方法，也可
以 选用连续数据复制 (CDR) 方法。 两种复制方法都以图形界面的形式让用户选
择 复制哪个服务器上的数据，选择复制出来的数据备份是只读的还是可读可写的
 ， 以及让用户设置复制操作的频率。 
        关系对象管理 (ROM) 实用程序通过一个面向任务的环境极大地简化了数
据 库的创建。  该面向任务环境通过一系列鼠标指点式菜单对用户进行引导，使
用 户可以很容易地创建数据库表，定义表列、索引及相关的数据库权限。  这一
强 有力的环境还能帮助用户创建其它类型的关系对象，  例如存储过程、触发器
、 视图等。 
IDS加XP&AD：提供应用兼容性与透明性 
        与适合于中型机到高端 SMP 系统的 INFORMIX 动态服务器以及适合于低
 端工作组系统的INFORMIX-Dynamic Server Workgroup Edition 相似， IDS加X
P &AD也是以Informix 领先的数据库结构DSA为基础。因此，为一种硬件环境 ( 
例如单处理器系统) 开 发的应用无需重新编码就可以在其它硬件环境 (例如SMP
 或MPP系统 ) 中运行，这就使用户可以立即利用硬件环境新增加的并行性，而 
不必进行额外开发。 
IDS加XP&AD：一种开放的基于标准的解决方案 
        为了能使用户受益于今天无共享结构的出色的价格性能比，Informix将
支持 所有流行的运行UNIX操作系统的MPP系统和SMP群集机。第一批支持的平台包
括IBM SP2、ICL Goldrush 和AT&T 5100。新版IDS加XP&AD还将支持 Pyramid / 
SNI Reliant RM1000, 及Sun Microsystems公司、 Hewlett-Packard公司、 Seq
uent Computer Systems公司、Silicon Graphics公司和Intel公司的松耦合群集
机系统。 
        Informix能够很容易地支持大量系统平台，主要归功于它遵循工业标准
。目 前 IDS 加 XP&AD遵守 ANSI 89 Level 1、  ANSI 89 Level 2、 ANSI 92 
Entry、 FIPS 127-1、FIPS 127-1 Flagger、FIPS 127-1 Minimums、Integrity
 Enhancement Option 等标准。