Oracle Database 23ai 新機能#4 Real Application Clusters

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Real Application Clusters Oracle Database Technology Night #82 日下部明日本オラクル株式会社 2024年9月26日

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Oracle Real Application Clustersアーキテクチャ振り返り • キャッシュ・コヒーレンス • Oracleインスタンス起動/停止時のクラスタ再構成動作 23ai クラスタ再構成動作の改良 • Smooth Reconfiguration 23ai SEQUENCE ORDER設定時の動作の高速化 Real Application Clusters Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 2

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キャッシュ型データベースユーザーからは透過的に複数CPUで処理可能共有メモリー型マルチ・プロセッサ CPUはキャッシュ一貫性を維持する仕組みを持つノード1 (キャッシュ) データベース (ストレージ上のファイル群) DRAM (キャッシュ・メモリー) キャッシュ・メモリーキャッシュ・メモリーキャッシュ一貫性 CPU 1 CPU 2 SGA DRAM (メイン・メモリー) Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 6

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Oracle Real Application Clusters DRAM (キャッシュ・メモリー) ユーザーからは透過的に複数CPU/複数ノードで処理可能共有メモリー型マルチ・プロセッサ RACは共有メモリー型マルチ・プロセッサと同じくキャッシュ一貫性を維持ノード1 (キャッシュ) ノード2 (キャッシュ) データベース (ストレージ上のファイル群) DRAM (キャッシュ・メモリー) キャッシュ一貫性キャッシュ・メモリーキャッシュ・メモリーキャッシュ一貫性 CPU 1 CPU 2 SGA DRAM (メイン・メモリー) Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 7

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キャッシュ・コヒーレンス・プロトコルのディレクトリ領域 • RACはディレクトリ型のキャッシュ・コヒーレンス・プロトコル • そのディレクトリ領域は共有メモリー領域であるSystem Global Areaにある • Global Resource Directory (GRD) • メタ・データを大域的に管理する • Global Cache Service (GCS) : データ・ブロックのキャッシュ状態管理 • Global Enqueue Service (GES) : ロック(Enqueue)状態管理 Global Resource Directory (GRD) Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates SGA GRD データベース・バッファ・キャッシュデータ・ブロック本体を格納するキャッシュ領域 Global Resource Directory(GRD) リソースをどのOracleインスタンスがどのロック・モードでキャッシュしているかを格納する領域 8

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ディレクトリ・ベースのキャッシュ・コヒーレンス・プロトコル Cache Fusion Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates Oracleクライアント SGA oracle Requester (0) キャッシュ・ミス発生 GRD • アクセスしたいデータ・ブロックにキャッシュ・ミスしたインスタンス • データ・ブロックの転送を依頼する(Requester)インスタンス 9

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ディレクトリ・ベースのキャッシュ・コヒーレンス・プロトコル Cache Fusion Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates Oracleクライアント SGA oracle Requester Master (1)転送依頼 SGA LMS GRD GRD • アクセスしたいデータ・ブロックにキャッシュ・ミスしたインスタンス • データ・ブロックの転送を依頼する(Requester)インスタンス • 該当データブロックのリソース・マスター・インスタンスに(1)転送依頼 • 該当データ・ブロックのキャッシュ状態を管理する(Master)インスタンス 10

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ディレクトリ・ベースのキャッシュ・コヒーレンス・プロトコル Cache Fusion Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates Oracleクライアント SGA oracle Requester Master (1)転送依頼 SGA LMS GRD GRD SGA Holder LMS GRD • アクセスしたいデータ・ブロックにキャッシュ・ミスしたインスタンス • データ・ブロックの転送を依頼する(Requester)インスタンス • 該当データブロックのリソース・マスター・インスタンスに(1)転送依頼 • 該当データ・ブロックのキャッシュ状態を管理する(Master)インスタンス • 最新のデータ・ブロックを保持するホルダー・インスタンスに(2)転送指示 (2)転送指示 • 該当データ・ブロックの最新状態を保持(Holder)するインスタンス 11

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ディレクトリ・ベースのキャッシュ・コヒーレンス・プロトコル Cache Fusion Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates Oracleクライアント SGA oracle Requester Master (1)転送依頼 SGA LMS GRD GRD SGA Holder LMS GRD • アクセスしたいデータ・ブロックにキャッシュ・ミスしたインスタンス • データ・ブロックの転送を依頼する(Requester)インスタンス • 該当データブロックのリソース・マスター・インスタンスに(1)転送依頼 • 該当データ・ブロックのキャッシュ状態を管理する(Master)インスタンス • 最新のデータ・ブロックを保持するホルダー・インスタンスに(2)転送指示 • 該当データ・ブロックの最新状態を保持(Holder)するインスタンス • Requesterに該当データ・ブロックを(3)転送 (2)転送指示 (3)転送 12

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ディレクトリ・ベースのキャッシュ・コヒーレンス・プロトコル Cache Fusion Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates Oracleクライアント SGA oracle Requester Master (1)転送依頼 SGA LMS GRD GRD SGA Holder LMS GRD • アクセスしたいデータ・ブロックにキャッシュ・ミスしたインスタンス • データ・ブロックの転送を依頼する(Requester)インスタンス • 該当データブロックのリソース・マスター・インスタンスに(1)転送依頼 • 該当データ・ブロックのキャッシュ状態を管理する(Master)インスタンス • 最新のデータ・ブロックを保持するホルダー・インスタンスに(2)転送指示 • 該当データ・ブロックの最新状態を保持(Holder)するインスタンス • Requesterに該当データ・ブロックを(3)転送 (2)転送指示 (3)転送キャッシュ・ミスしたブロックを取得するのに最大3ホップ 13

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あるリソース(データ・ブロック等)のキャッシュ状態を管理するインスタンスリソース・マスター・インスタンス Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates SGA SGA SGA GRD GRD GRD Master# = f(DBA) データファイル Oracleインスタンス1 Oracleインスタンス2 Oracleインスタンス3 Data Block Addressからリソース・マスター・インスタンスが一意に定まる 14

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あるリソース(データ・ブロック等)のキャッシュ状態を管理するインスタンスリソース・マスター・インスタンス Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates SGA SGA SGA GRD GRD GRD データファイル Oracleインスタンス1 Oracleインスタンス2 Oracleインスタンス3 すべてのOracleインスタンスがほぼ均等にリソース・マスターの役割を分担する 15

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GRD reconfiguration Oracleインスタンスの起動/停止でリソース・マスターの組み換えが発生 Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates SGA SGA SGA GRD GRD GRD Oracleインスタンス1 Oracleインスタンス2 Oracleインスタンス3 起動停止リソース・マスターの分担 Global Resource Directoryの再構成(reconfiguration) • リソース状態の変化にはリソース・マスターへのアクセスが必要 • そのためreconfiguration中のリソースへのアクセスが待たされる 16

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GRD reconfiguration とデータ・ブロックのリカバリ RAC Oracleインスタンスの異常終了からのリカバリ Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates SGA SGA SGA GRD GRD GRD Oracleインスタンス1 Oracleインスタンス2 Oracleインスタンス3 停止リソース・マスターの分担リカバリ処理 rollforward ↓ rollback Global Resource Directoryの再構成(reconfiguration) • リソース状態の変化にはリソース・マスターへのアクセスが必要 • そのためreconfiguration中のリソースへのアクセスが待たされる 17

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GRD reconfigurationと1st pass log readが完了するまでデータ・ブロックにアクセスできない 21cまでのRAC Oracleインスタンスの異常終了からのリカバリ Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 1st pass log read reconfiguration 21cまでデータ・ブロック GRD リカバリ必要なデータ・ブロックの特定全リソース・マスターの再構成完了オンラインREDOログ・ファイルを読むとデータ・ブロックごとにどのSCNで rollforward完了か特定できる 19

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GRD reconfigurationと1st pass log readが完了するまでデータ・ブロックにアクセスできない 21cまでのRAC Oracleインスタンスの異常終了からのリカバリ Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 1st pass log read recovery claim locking reconfiguration 21cまでデータ・ブロック GRD リカバリ不要なデータ・ブロックにアクセスできるリカバリ必要なデータ・ブロックの特定全リソース・マスターの再構成完了オンラインREDOログ・ファイルを読むとデータ・ブロックごとにどのSCNで rollforward完了か特定できる両方完了するまでデータ・ブロックにアクセスできない • 全リソース・マスターの再構成完了 • リカバリ必要なデータ・ブロックの特定 20

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GRD reconfigurationと1st pass log readが完了するまでデータ・ブロックにアクセスできない 21cまでのRAC Oracleインスタンスの異常終了からのリカバリ Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 1st pass log read 2nd pass log read (rollforward) recovery claim locking reconfiguration rollback rollforward on-demand rollback 21cまでデータ・ブロック GRD リカバリ必要なデータ・ブロックにアクセスできるリカバリ不要なデータ・ブロックにアクセスできるリカバリ必要なデータ・ブロックの特定全リソース・マスターの再構成完了オンラインREDOログ・ファイルを読むとデータ・ブロックごとにどのSCNで rollforward完了か特定できる両方完了するまでデータ・ブロックにアクセスできない • 全リソース・マスターの再構成完了 • リカバリ必要なデータ・ブロックの特定 21 データ・ブロックごとにどのSCNでrollforward完了か 1st pass log readで判明している

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アクセスしようとしたリソースのリソース・マスター再構成をオン・デマンドで実行 23ai Smooth Reconfiguration Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 1st pass log read on-demand reconfiguration データ・ブロック GRD 全リソース・マスターの再構成完了リカバリ必要なデータ・ブロックの特定オンラインREDOログ・ファイルを読むとデータ・ブロックごとにどのSCNで rollforward完了か特定できる 23ai 22

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アクセスしようとしたリソースのリソース・マスター再構成をオン・デマンドで実行 23ai Smooth Reconfiguration Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 1st pass log read on-demand reconfiguration recovery claim locking データ・ブロック GRD 全リソース・マスターの再構成完了リカバリ必要なデータ・ブロックの特定オンラインREDOログ・ファイルを読むとデータ・ブロックごとにどのSCNで rollforward完了か特定できる 23ai を待たずに1st pass log readが完了した時点で recovery claim lockingできる 23

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アクセスしようとしたリソースのリソース・マスター再構成をオン・デマンドで実行 23ai Smooth Reconfiguration Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 1st pass log read on-demand reconfiguration recovery claim locking データ・ブロック GRD 全リソース・マスターの再構成完了リカバリ必要なデータ・ブロックの特定オンラインREDOログ・ファイルを読むとデータ・ブロックごとにどのSCNで rollforward完了か特定できるリカバリ不要なデータ・ブロックにアクセスできる 23ai を待たずに1st pass log readが完了した時点で recovery claim lockingできる 24

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アクセスしようとしたリソースのリソース・マスター再構成をオン・デマンドで実行 23ai Smooth Reconfiguration Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 1st pass log read 2nd pass log read (rollforward) on-demand reconfiguration rollback rollforward on-demand rollback recovery claim locking データ・ブロック GRD 全リソース・マスターの再構成完了リカバリ必要なデータ・ブロックの特定オンラインREDOログ・ファイルを読むとデータ・ブロックごとにどのSCNで rollforward完了か特定できるリカバリ不要なデータ・ブロックにアクセスできる 23ai 25 リカバリ必要なデータ・ブロックにアクセスできるデータ・ブロックごとにどのSCNでrollforward完了か 1st pass log readで判明している

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リカバリ不要なデータ・ブロックへのアクセスが可能になる時点が前倒し 23ai Smooth Reconfiguration Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 1st pass log read 2nd pass log read (rollforward) on-demand reconfiguration rollback rollforward on-demand rollback 23ai recovery claim locking データ・ブロック GRD 1st pass log read 2nd pass log read (rollforward) recovery claim locking reconfiguration rollback rollforward on-demand rollback 21cまでデータ・ブロック GRD リカバリ不要なデータ・ブロックにアクセスできるリカバリ必要なデータ・ブロックにアクセスできる前倒し 26

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データ・ブロックへのアクセスが可能になる時点が前倒し 23ai RAC Smooth Reconfiguration Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 23ai 19c 19c recovery 23ai 19c SQL Exec/sec 処理再開までの時間が1/6 リカバリ完了までの時間が3/4 23ai recovery ※ RAC開発部門によるテスト例時間 27

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• SEQUENCE.NEXTVAL を呼び出すとインクリメント(またはデクリメント)される • 複数のセッション間でSEQUENCE.NEXTVALの値は衝突しない(一意を保証) • 内部的に排他制御が行われている • RACにおけるノード間排他制御の性能ペナルティを軽減するためにCACHEとNOORDER/ORDERの属性がある • CREATE SEQUENCEしたときのデフォルト設定は CACHE 20 NOORDER CREATE SEQUENCE sq1 [CACHE 20 NOORDER]; SEQUENCE の挙動 Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates 呼び出し回数 SEQUENCE.NEXTVALの呼び出し戻り値単調増加 (または単調減少) 31

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複数セッション間で一意を保証するために共有メモリー内で排他制御 1インスタンスでのSEQUENCE.NEXTVAL Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates SGA oracle oracle oracle SEQUENCE 共有メモリー Oracleサーバー・プロセス呼び出し回数 SEQUENCE.NEXTVALの呼び出し戻り値単調増加 (または単調減少) Oracleインスタンス1 32

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CACHEした値を採番している間は共有メモリー内で排他制御デフォルト設定 CACHE 20 NOORDERの動作 Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates CACHE 20 CACHE 20 SEQUENCE.NEXTVAL戻り値 1 20 21 40 • CACHEブロックを割り当てる排他制御トランザクションが発生する • REDOログに記録される • CACHEした値の区間内でのNEXTVALはSGA内のメモリー上での排他制御 • REDOログに記録されない • CACHEブロックを割り当てる排他制御トランザクションが発生する • REDOログに記録される 35

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複数セッション間で一意を保証するために共有メモリー内で排他制御デフォルト設定 CACHE 20 NOORDERの動作 Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates SGA oracle oracle oracle SEQUENCE 共有メモリー Oracleサーバー・プロセス呼び出し回数 SEQUENCE.NEXTVALの呼び出し戻り値単調増加 (または単調減少) Oracleインスタンス1 1 20 21 40 CACHE 20 CACHE 20 1.CACHEブロック割り当てトランザクション 2.CACHE内採番 36

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1つのOracleインスタンス内でのみ単調増加、CACHEブロックを割り当てるときのみインスタンス間排他制御 RAC複数インスタンスでのCACHE NORDER設定のSEQUENCE.NEXTVAL Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates SGA oracle oracle oracle SEQUENCE 共有メモリー Oracleサーバー・プロセス呼び出し回数 NORDER設定のSEQUENCE.NEXTVALの呼び出し戻り値 Oracleインスタンス1内で単調増加(単調減少) 共有メモリー内で排他制御 SGA oracle oracle oracle SEQUENCE Oracleインスタンス1 Oracleインスタンス2 CACHE 20 38

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複数セッション間で一意を保証するために共有メモリー内と共有メモリー間で排他制御 RAC複数インスタンスでのORDER設定のSEQUENCE.NEXTVAL Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates SGA oracle oracle oracle SEQUENCE 共有メモリー Oracleサーバー・プロセス呼び出し回数 ORDER設定のSEQUENCE.NEXTVALの呼び出し戻り値 SGA oracle oracle oracle SEQUENCE 全Oracleインスタンスにわたって単調増加(単調減少) インスタンス間で排他制御が毎回発生する Oracleインスタンス1 Oracleインスタンス2 40

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複数セッション間で一意を保証するために共有メモリー内と共有メモリー間で排他制御 RAC複数インスタンスでのORDER設定のSEQUENCE.NEXTVALの動作高速化 Copyright © 2024, Oracle and/or its affiliates SGA oracle oracle oracle SEQUENCE 共有メモリー Oracleサーバー・プロセス SGA oracle oracle oracle SEQUENCE Oracleインスタンス1 Oracleインスタンス2 23ai 排他制御の内部動作の改良による従来比シーケンスにアクセスするノード数待機時間スループット 1 1/3 ～1.4倍 8 1/2 ～2倍 ※ RAC開発部門によるテスト例 41