【Maclean Liu技术分享】深入了解 Oracle

ASM(一)基础概念

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Automatic Storage Management是Oracle 在版本 10g中率先(对比其他RDBMS)提出的数据库存储自动解决方案，在版本 11g中得到进一步升华。ASM提供了数据库管理所需要的一个简单、有效的存储管理

接口，该接口实现了跨服务器和存储平台。 ASM是文件系统 filesystem和 volume manager卷管理软件的一体化，专门为Oracle 的数据库文件锁设计的； ASM在保证如文件系统般管理简单的基础上提供高性能的异步 Async IO。ASM的引入提高了数据库的可扩展容量，同时节约了DBA的时间，使其能够更敏捷、更高效地管理一个流动性较大的数据库环境。

ASM的出现是为RDBMS管理文件存储

•注意 ASM不会替代RDBMS去实施 IO读写，很多对这一点存在误解，认为RDBMS发送 IO request给 ASM，ASM去做真正的 IO操作，这是错误的。•真正的 IO还是由RDBMS进程去实施，和不用 ASM的裸设备一样•因此 ASM不是 IO的中间层，也就不存在因为 ASM而出现所谓的 IO瓶颈•对于 ASM而言 LUN DISK可以是裸设备也可以直接是块设备(10.2.0.2以后)•适合存放在 ASM中的文件类型包括：数据文件 datafile、控制文件 controlfile、重做日志 redolog、归档日志 archivelog、闪回日志 flashback log、spfile、RMAN备份以及 block tracking file、datapump文件•从 11gR2开始，ASM引入了 ACFS 特性可以存放任何类型的文件；但是 ACFS不支持存放数据文件

ASM基础概念：

•ASM ”的最小存储单位是一个 allocation unit”(AU)，通常为 1MB，在 Exadata上推荐为 4MB•ASM的核心是存储文件• ”文件被划分为多个文件片，称之为 extent”•11g之前 extent的大小总是为一个 AU，11g之后一个 extent可以是 1 or 8 or 64个 AU•ASM使用 file extent map维护文件 extent的位置•ASM在 LUN DISK的头部 header维护其元数据，而非数据字典•同时RDBMS DB会在 shared pool中缓存 file extent map，当 server process处理 IO时使用•因为 ASM instance使用类似于普通RDBMS的原理的 instance/crash recovery，所以 ASM instance奔溃后总是能复原的。

ASM存储以 diskgroups的概念呈现：•Diskgroup DG对RDBMS实例可见，例如一个DATA DG，对于RDBMS ’来说就是以 +DATA’表示

的一个存储点，可以在该DG上创建一个 tablespace ，例如： create tablespace ONASM datafile ‘+DATA’ size 10M。•Diskgroup下面是一个或者多个 failure group (FG)•FG被定义为一组Disk•Disk在这里可以是裸的物理卷、磁盘分区、代表某个磁盘阵列的 LUN，亦或者是 LVM或者NAS设备

•多个 FG中的 disk不应当具备相同的单点故障，否则 ASM的冗余无效

ASM所提供的高可用性：

•ASM提供数据镜像以便从磁盘失败中恢复•用户可以选择 EXTERNAL、NORMAL、HIGH三种冗余镜像•EXTERNAL即 ASM本身不做镜像，而依赖于底层存储阵列资深实现镜像；在 External下任何的写错误都会导致Disk Group被强制 dismount。在此模式下所有的 ASM DISK必须都存在健康，否则Disk Group将无法MOUNT•NORMAL 即 ASM将为每一个 extent创建一个额外的拷贝以便实现冗余；默认情况下所有的文件都会被镜像，这样每一个 file extent都有 2份拷贝。若写错误发生在 2个Disk上且这 2个Disk是partners时将导致 disk Disk Group被强制 dismount。若发生失败的磁盘不是 partners则不会引起数据丢失和不可用。

•HIGH 即 ASM为每一个 extent创建两个额外的拷贝以便实现更高的冗余。2个互为 partners的Disk的失败不会引起数据丢失，当然不能有更多的 partners Disk失败了。•数据镜像依赖于 failure group和 extent partnering实现。ASM在NORMAL 或 HIGH 冗余度下可以容许丢失一个 failure group中所有的磁盘。

Failure Group镜像的使用

•ASM的镜像并不像RAID 1那样•ASM的镜像基于文件 extent的粒度，extent分布在多个磁盘之间，称为 partner•Partner disk会存放在一个或者多个分离的 failure group上•ASM自动选择 partner并限制其数量小于 10个•若磁盘失败，则 ASM更新其 extent map使今后的读取操作指向剩余的健康 partner•在 11g中，若某个 disk处于 offline状态，则对于文件的变更会被追踪记录这样当 disk被重现 online时则这些变化得以重新应用，前提是 offline的时间不超过DISK_REPAIR_TIME所指定的时间(默认为 3.6个小时). 这种情况常发生在存储控制器故障或者类似的短期磁盘故障：•这种对于文件变更的追踪基于一个发生变化的 file extent的位图，该位图告诉 ASM哪些 extents需要从健康的 partner哪里拷贝至需要修复的 disk，该特性称之为 fast mirror resync•在 10g中没有 fast mirror resync特性，若 disk出现 offline则直接自动被 drop掉，不存在允许修复的周期

•对于无法再 online的 disk，则必须被 drop 掉；一个新的 disk会被 ASM选择并通过 rebalancing 操作拷贝数据，这些工作是后台自动完成的。

重新平衡Rebalancing

•Rebalancing是在磁盘之间移动文件 extent以实现 diskgroup上的 IO负载均衡的过程•Rebalancing在后台异步发生，是可监控的•在集群环境中，一个 diskgroup的重平衡只能在一个 ASM instance上发生，不能通过集群多节点同时处理以加速

•当 disk被加入或移除时，ASM会自动在后台开始数据重新平衡工作•重平衡的速度和力度可以通过 asm_power_limit参数控制•asm_power_limit参数默认为 1，其范围为 0~11(从 11.2.0.2开始是 0-1024)，该参数控制实施重平衡后台进程的数量；Level 0表示不实施重新平衡•在重新平衡过程中 IO性能(主要是吞吐量和响应时间)可能受到影响，其影响程度取决于存储本身的能力和重新平衡的力度，默认的 asm_powner_limit=1不会造成过度的影响

性能方面

•ASM会通过在DG中条带化文件 extent分布以最大化可用的 IO带宽•有 2种可用条带化宽度：coarse粗糙条带化大小为 1个 AU，fine精细条带化为 128K•即便是 fine精细条带化仍采用普通大小的 file extent，但是条带化以更小的片形式循环式地分布在多个 extent上•ASM默认不让RDBMS去读备用的镜像拷贝 extent，即使这样请放心 IO还是均衡的•默认情况下RDBMS总是去读取主 primary extent，从 11.1开始可以通过PREFERRED_READ_FAILURE_GROUP参数设置让本地节点优先读取某个 failure group中的extent; 该特性主要为 extended distance RAC设计，不建议在常规 ASM中使用

其他知识

•并非RAC才能使用 ASM，单节点同样可以从 ASM哪里获得好处•节点上的一个 ASM instance实例可以为多个RDBMS DB实例服务•RAC环境中的 ASM必须也是集群化的，以便能够协调更新元数据•从 11.2开始，ASM从RDBMS　HOME分离出来，而和 clusterware一起安装在GRID HOME下。

Disk Group:Disk Group” ” 磁盘组 是 ASM管理的逻辑概念对象，一个Disk Group由多个 ASM disk组成。每一个Disk Group都是子描述的，如同一个标准的文件系统一样。所有关于该Diskgroup 空间使用信息的元数据均

完整地包含在这个磁盘组中。若 ASM可以找到所有属于该 ASM diskgroup的DISK则他不需要任何其他额外的元数据。

文件空间从Disk Group中分配。任何一个 ASM文件总是完整地包含在一个单独的Disk Group中。但是，一个Disk Group可能包含了属于多个数据库的文件，一个单独的数据库的文件也可以存放在多个不同的Disk Group 中。在大多数实际的部署中，不会创建太多数量的Disk Groups，一般在 3~4个。Disk Group提供三种不同的 redundancy冗余度，详见上文。

ASM Disk 一个 ASM Disk是组成Disk Group 的基本的持久的存储。当一个 ASM Disk加入到Disk Group中时，它要么采用管理员指定的 ASM Disk Name要么采用系统自动分配的Disk Name 。这不同于OS 给用于访

” ” 问该设备的 艺名 。 在一个Cluster 集群中，同一个Disk 可能在不同的节点上显示不同的Device Name 设备名，例如在 Node1 上的 /dev/sdc ，对应于Node2上的/dev/sdd 。 ASM Disk必须在所有使用该Disk

Group的实例上可用直接磁盘 I/O访问。实际上对于RDBMS Oracle而言访问 ASM disk和访问普通的文件并没有什么不同，除非使用了ASMLIB(ASMLIB不是 ASM必须的，再次强调！)。常规情况下 ASM Disk是OS上可见的 LUN的partition ，该分区覆盖了所有不被操作系统所保留的磁盘的空间。大多数操作系统需要保留 LUN的第一个 block作为分区表(partition table) ；由于 ASM总是会写 ASM Disk的第一个块，所以要保证 ASM不会去覆盖前几个 block上的分区表(partition table)，例如在 Solaris上分区时不要把前几个柱面划给partition。LUN可以是简单的物理 JBOD，或者是由高级存储阵列管理的虚拟 LUN。既可以是直连的设备也可以是 SAN。ASM Disk 可以是任何被开发系统调用所访问的东西，除了本地文件系统。甚至于NFS上的文件都可以被当做一个 ASM Disk来用，这样便于喜欢NAS的用户使用 ASM，当然比起NFS来我更建议干脆用 ISCSI。

注意虽然可以使用普通 logical Volume Manager LVM管理的 logical volume作为 ASM Disk，但是这并不

是推荐组合，除非你想不到其他更好的办法。即便你一定要这样用，但是注意也不要在 LVM级别做镜像和条带化。

ASM将任何文件以 AU大小均匀分布在Disk Group的所有Disk上。每一个 ASM Disk均被维护以保持同样的使用比率。这保证同一个Disk Group中的所有Disk的 IO负载基本一致。由于 ASM在一个Disk Group中的磁盘上的负载均衡，所以为同一个物理磁盘的不同区域划分为 2个 ASM Disk不会对性能有所影响；而同一个物理磁盘上划分 2个不同分区置于不同的 2个Disk Group则有效。当 ASM Disk Group启用冗余时单个 ASM Disk仅是一个失败单元。对于该 ASM Disk的写失败在 10g会自动从该Disk Group drop掉该Disk，前提是该Disk的丢失被容许。

Allocation Unit每一个 ASM Disk都被划分为许多个 AU allocation units(单个 AU 的大小在 1MB ~64MB，注意总是 2的次方MB)。而且 AU allocation unit也是Disk Group的基本分配单元。一个 ASM Disk上的可用空间总是整数倍个 AU。在每一个 ASM Disk的头部均有一个表，该表的每一条记录代表该 ASM Disk上的一个AU。文件的 extent指针(pointer)给出了 ASM Disk Number磁盘号和 AU号，这就描述了该 extent的物理位置。由于所有的空间操作都以 AU为单位，所以不存在所谓 ASM碎片这样的概念和问题。一个 AU(1M~64M)足够小，以便一个文件总是要包含很多个 AU，这样就可以分布在很多磁盘上，也不会造成热点。一个 AU又足够大以便能够在一个 IO操作中访问它，以获得更加的吞吐量，也能提供高效的顺序访问。访问一个 AU的时间将更多的消耗在磁盘传输速率上而非花在寻找 AU头上。对于Disk Group的重新平衡也是对每一个 AU逐次做的。

了解 ASM后台进程的作用： GMON: ASM Diskgroup监控进程ASMB: ASM后台网络进程RBAL: ASM reblance master process 重新平衡主进程ARBx: reblance slave process实际实施 reblance的后台进程MARK: AU resync AU重新同步的指挥家进程

了解 ASM前台进程的作用： ASM的 client(主要是RDBMS DB和CRSD))在连接 ASM实例时会产生前台进程，前天进程的名字一般为 oracle+ASM_<process>_<product> (例如: oracle+ASM_DBW0_DB1)。

OCR 特有的前台进程 foreground: oracle+ASM1_ocr

ASM相关的 V$和 X$视图

视图名 X$基表名 描述

V$ASM_DISKGROUP X$KFGRP 实施磁盘发现 disk discovery 和列出磁盘组

V$ASM_DISKGROUP_STAT X$KFGRP_STAT 显示 disk group 状态

V$ASM_DISK X$KFDSK, X$KFKID 实施磁盘发现 disk discovery 和列出磁盘以及这些磁盘的使用度量信息

V$ASM_DISK_STAT X$KFDSK_STAT,X$KFKID 列出磁盘和其使用度量信息

V$ASM_FILE X$KFFIL 列出 ASM 文件也包括了元数据信息

V$ASM_ALIAS X$KFALS 列出了 ASM 的别名，文件和目录

V$ASM_TEMPLATE X$KFTMTA 列出可用的模板和其属性

V$ASM_CLIENT X$KFNCL 列出链接到 ASM 的 DB 实例

V$ASM_OPERATION X$KFGMG 列出 rebalancing 重平衡操作

N/A X$KFKLIB 可用的 ASMLIB 路径

N/A X$KFDPARTNER 列出 Disk-partners 关系

N/A X$KFFXP 所有 ASM 文件的 extent map

N/A X$KFDAT 所有 ASM Disk 的 extent 列表

N/A X$KFBH 描述 ASM cache

N/A X$KFCCE ASM block 的链表

V$ASM_ATTRIBUTE(new in 11g) X$KFENV(new in 11g) Asm 属性，该 X$基表还显示一些隐藏属性V$ASM_DISK_IOSTAT(new in 11g) X$KFNSDSKIOST(new in 11g) I/O 统计信息

N/A X$KFDFS(new in 11g)N/A X$KFDDD(new in 11g)N/A X$KFGBRB(new in 11g)N/A X$KFMDGRP(new in 11g)N/A X$KFCLLE(new in 11g)N/A X$KFVOL(new in 11g)N/A X$KFVOLSTAT(new in 11g)N/A X$KFVOFS(new in 11g)N/A X$KFVOFSV(new in 11g)

X$KFFXP包含了文件、extent和 AU 之间的映射关系。从该 X$视图可以追踪给定文件的 extent的条带化和镜像情况。注意对于 primary au和mirror au 读操作的负载是均衡的，而写操作要求同时写 2者到磁盘。以下是 X$KFFXP视图列的含义

X$KFFXP Column Name DescriptionADDR x$ table address/identifierINDX row unique identifierINST_ID instance number (RAC)

NUMBER_KFFXP ASM file number. Join with v$asm_file and v$asm_alias

COMPOUND_KFFXP File identifier. Join with compound_index in v$asm_file

INCARN_KFFXP File incarnation id. Join with incarnation in v$asm_file

PXN_KFFXP Progressive file extent number

XNUM_KFFXP ASM file extent number (mirrored extent pairs have the same extent value)

GROUP_KFFXP ASM disk group number. Join with v$asm_disk and v$asm_diskgroup

DISK_KFFXP Disk number where the extent is allocated. Join with v$asm_disk

AU_KFFXPRelative position of the allocation unit from the beginning of the disk. The allocation unit size(1 MB) in v$asm_diskgroup

LXN_KFFXP 0->primary extent, ->mirror extent, 2->2nd mirror copy (high redundancy and metadata)

FLAGS_KFFXP N.K.CHK_KFFXP N.K.

X$KFDAT该 X$视图包含了所有 allocation unit AU的细节，不管是 FREE的还是USED。

X$KFDAT Column Name DescriptionADDR x$ table address/identifierINDX row unique identifierINST_ID instance number (RAC)

GROUP_KFDAT diskgroup number, join with v$asm_diskgroup

NUMBER_KFDAT disk number, join with v$asm_disk

COMPOUND_KFDAT disk compund_index, join with v$asm_disk

AUNUM_KFDAT Disk allocation unit (relative position from the beginning of the disk), join withx$kffxp.au_kffxp

V_KFDAT V=this Allocation Unit is used; F=AU is free

FNUM_KFDAT file number, join with v$asm_file

I_KFDAT N/K

XNUM_KFDAT Progressive file extent number join with x$kffxp.pxn_kffxp

RAW_KFDAT raw format encoding of the disk,and file extent information

X$KFDPARTNER 这个 X$ 视图包含了 disk-partner(1-N)的映射关系，在一个给定 ASM Diskgroup，若 2个Disk存有同一个 extent的镜像拷贝，则将 2个 disk视作 partners。因此 partners必须属于同一个diskgroup下的不同的 failgroup。

X$KFDPARTNER Column Name Description

ADDR x$ table address/identifierINDX row unique identifierINST_ID instance number (RAC)GRP diskgroup number, join with v$asm_diskgroupDISK disk number, join with v$asm_diskCOMPOUND disk identifier. Join with compound_index in v$asm_diskNUMBER_KFDPARTNER partner disk number, i.e. disk-to-partner (1-N) relationshipMIRROR_KFDPARNER if=1 in a healthy normal redundancy configPARITY_KFDPARNER if=1 in a healthy normal redundancy configACTIVE_KFDPARNER if=1 in a healthy normal redundancy config

研究 ASM必要的技巧 1)找出 ASM的镜像mirror extent，在例子中是 ASM的 spfile

[grid@localhost ~]$ sqlplus / as sysasm

SQL*Plus: Release 11.2.0.3.0 Production on Wed Feb 13 11:13:39 2013

Copyright (c) 1982, 2011, Oracle. All rights reserved.

Connected to:Oracle Database 11g Enterprise Edition Release 11.2.0.3.0 - 64bit ProductionWith the Automatic Storage Management option

INSTANCE_NAME----------------+ASM

SQL> SQL> show parameter spfile

NAME TYPE VALUE------------------------------------ ----------- ------------------------------spfile string +SYSTEMDG/asm/asmparameterfile /registry.253.805993079

select GROUP_KFFXP, DISK_KFFXP, AU_KFFXP from x$kffxp where number_kffxp = (select file_number from v$asm_alias where name = 'REGISTRY.253.805993079');

GROUP_KFFXP DISK_KFFXP AU_KFFXP----------- ---------- ---------- 3 2 38 3 1 39 3 0 44

也可以这样定位

select GROUP_KFDAT, NUMBER_KFDAT, AUNUM_KFDAT from x$kfdat where fnum_kfdat = (select file_number from v$asm_alias where name = 'REGISTRY.253.805993079')

GROUP_KFDAT NUMBER_KFDAT AUNUM_KFDAT----------- ------------ ----------- 3 0 44 3 1 39 3 2 38

==> 找到该 DISK对应的路径SQL> select path,DISK_NUMBER from v$asm_disk where GROUP_NUMBER=3 and disk_number in (0,1,2);

PATH DISK_NUMBER-------------------- -----------/dev/asm-diski 2/dev/asm-diskh 1/dev/asm-diskg 0

SQL> create pfile='/home/grid/pfile' from spfile;

File created.

SQL> Disconnected from Oracle Database 11g Enterprise Edition Release 11.2.0.3.0 - 64bit ProductionWith the Automatic Storage Management option

[grid@localhost ~]$ cat pfile +ASM.asm_diskgroups='EXTDG','NORDG'#Manual Mount*.asm_diskstring='/dev/asm*'

*.asm_power_limit=1*.diagnostic_dest='/g01/app/grid'*.instance_type='asm'*.large_pool_size=12M*.local_listener='LISTENER_+ASM'*.remote_login_passwordfile='EXCLUSIVE'

通过 dd读取该 AU

[grid@localhost ~]$ dd if=/dev/asm-diski of=/tmp/spfile.dmp skip=38 bs=1024k count=11+0 records in1+0 records out1048576 bytes (1.0 MB) copied, 0.00328614 seconds, 319 MB/s

[grid@localhost ~]$ strings /tmp/spfile.dmp +ASM.asm_diskgroups='EXTDG','NORDG'#Manual Mount*.asm_diskstring='/dev/asm*'*.asm_power_limit=1*.diagnostic_dest='/g01/app/grid'*.instance_type='asm'*.large_pool_size=12M*.local_listener='LISTENER_+ASM'*.remote_login_passwordfile='EXCLUSIVE'

[grid@localhost ~]$ dd if=/dev/asm-diskh of=/tmp/spfile1.dmp skip=39 bs=1024k count=1 1+0 records in1+0 records out1048576 bytes (1.0 MB) copied, 0.0325114 seconds, 32.3 MB/s

[grid@localhost ~]$ strings /tmp/spfile1.dmp +ASM.asm_diskgroups='EXTDG','NORDG'#Manual Mount*.asm_diskstring='/dev/asm*'*.asm_power_limit=1*.diagnostic_dest='/g01/app/grid'

*.instance_type='asm'*.large_pool_size=12M*.local_listener='LISTENER_+ASM'*.remote_login_passwordfile='EXCLUSIVE'

[grid@localhost ~]$ dd if=/dev/asm-diskg of=/tmp/spfile2.dmp skip=44 bs=1024k count=11+0 records in1+0 records out1048576 bytes (1.0 MB) copied, 0.0298287 seconds, 35.2 MB/s

[grid@localhost ~]$ strings /tmp/spfile2.dmp +ASM.asm_diskgroups='EXTDG','NORDG'#Manual Mount*.asm_diskstring='/dev/asm*'*.asm_power_limit=1*.diagnostic_dest='/g01/app/grid'*.instance_type='asm'*.large_pool_size=12M*.local_listener='LISTENER_+ASM'*.remote_login_passwordfile='EXCLUSIVE'

2) 显示 asm disk failure group 和 disk partners的映射关系：

1* select DISK_NUMBER,FAILGROUP,path from v$asm_disk where group_number=3SQL> /

DISK_NUMBER FAILGROUP PATH----------- ------------------------------ -------------------- 3 SYSTEMDG_0003 /dev/asm-diskj 2 SYSTEMDG_0002 /dev/asm-diski 1 SYSTEMDG_0001 /dev/asm-diskh 0 SYSTEMDG_0000 /dev/asm-diskg

SQL> select disk,NUMBER_KFDPARTNER,DISKFGNUM from X$KFDPARTNER where grp=3;

DISK NUMBER_KFDPARTNER DISKFGNUM---------- ----------------- ---------- 0 1 1 0 2 1 0 3 1 1 0 2 1 2 2 1 3 2 2 0 3 2 1 3 2 3 3 3 0 4 3 1 4 3 2 4

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ASM 常见问题， FAQ: Q:ASM 做 rebalance 和 mirror 的基本颗粒是什么？A: ASM做mirror 镜像的基本颗粒是 file的 extent，默认情况下一个 extent等于一个 AU，11g之后一个extent可以是 1 or 8 or 64个 AUASM做 rebalance重新平衡的基本颗粒也是 extent，虽然重新平衡是对每一个 AU逐次做的。

Q:ASMLIB和 ASM的关系是什么？A:ASMLIB是一种种基于 Linux module，专门为Oracle Automatic Storage Management特性设计的内核支持库(kernel support library)。简单来说 ASMLIB是一种 Linux下的程序包，它不属于Oracle ASM kernel 。通过 ASMLIb可以做到设备名绑定，便于 ASM 使用的目的；但是 Linux上能实现设备名绑定并便于 ASM使用的服务有很多，例如udev、mpath等；所以 ASMLIB并不是 ASM 必须的组件；国内的中文文章对于该概念的描述大多不清晰，造成了

ASMLIB=ASM或者 ASM必须用 ASMLIB的误解，这是以讹传讹。ASMLIB 的缺点见拙作《 Why ASMLIB and why not? 》一文

Q: ASM是否是 raid 10或者 raid 01?A:ASM的mirror是基于 file extent的，而不是像 raid那样基于 disk或者 block 。所以 ASM既不同于Raid

10，也不是Raid 01 。如果硬要说相似点的话，因为 ASM是先mirror镜像后 stripe条带化，所以在这个特征上更像Raid 10 。但是注意，再次强调，ASM既不是RAID 10也不是RAID 01 ，重复一千遍。。。。。。。。。。。。。

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