Soluções para Aplicações de Banco de Dados Altamente Escalonáveis Uma análise de arquiteturas e tecnologias

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1 Soluções para Aplicações de Banco de Dados Altamente Escalonáveis Uma análise de arquiteturas e tecnologias Visão Geral Executiva Bryan Thomas Histórico O Oracle Database Server 10g e o Microsoft SQL Server 2005 são os dois principais produtos RDBMS (Relational Database Management Systems - Sistemas de Gerenciamento de Banco de Dados Relacional) no mercado. Ambos são plataformas de gerenciamento de dados ricas em recursos que comprovaram a capacidade de lidar com aplicações críticas, de larga escala. Contudo, as duas empresas estão oferecendo visões diferentes de como aplicações de larga escala, críticas do futuro serão desenvolvidas, projetadas e implantadas, A Oracle está oferecendo concentradamente seus Clusters Reais de Aplicações (RAC), uma tecnologia de escalabilidade horizontal, como uma solução miraculosa para todos os tipos de aplicações de bancos de dados, essencialmente dispensando a abordagem tradicional de escalabilidade vertical. A Oracle alega que o RAC oferece escalabilidade e disponibilidade inéditas a baixo custo devido à sua capacidade de utilizar hardware comercial de baixo custo. A Microsoft, por outro lado, está tomando uma abordagem mais variada oferecendo tecnologias de escalabilidade horizontal e vertical, alegando que nenhuma tecnologia serve a todos. Objetivo A finalidade deste documento é fornecer orientação para qualquer interessado em escolher um banco de dados para implantar aplicações corporativas altamente disponíveis. O documento explora as diferentes opções disponíveis, examinando prós e contras de cada uma. Ele deixa as alegações de marketing para trás para examinar como os clientes estão realmente usando as tecnologias hoje. Também examina tendências em tecnologia de software, hardware, armazenamento e processadores para que o leitor possa tomar decisões estratégicas prazo mais longo. Mais importante, o documento também examina os aspectos econômicos de cada solução levando em consideração os custos de licença e manutenção de cada opção para que os leitores possam tomar uma decisão holística. Conclusão Depois de uma análise profunda do Oracle RAC e do SQL Serve 2005, o autor conclui que: O Oracle RAC é uma tecnologia interessantes com grande potencial. Contudo, seu alto custo e excessiva complexidade administrativa contrabalança qualquer economia de custo potencial em hardware obtida pelo uso de hardware de mercado. O SQL Server 2005 em servidores de SMP com Espelhamento de Banco de Dados para alta disponibilidade é uma solução mais eficaz em termos de custo e mais fácil de gerenciar do que o Oracle 10g RAC. O SQL Server 2005 pode atender aos requisitos de escalabilidade de 99% das aplicações de mundo real dos clientes, ao mesmo tempo em que proporciona os níveis desejados de disponibilidade. Para situações em que tecnologias de escalabilidade horizontal são a única escolha, tanto o Oracle 10g RAC como o SQL Server 2005 devem ser considerados como opções igualmente viáveis.

2 Introdução Este documento se concentrará em analisar as arquiteturas e tecnologias disponíveis aos profissionais de TI interessados em construir aplicações de bancos de dados altamente escaláveis. O documento se restringe ao Oracle Database Server 10g e Microsoft SQL Server Sobre o Autor Como autor, saber um pouco sobre meu passado é importante para entender potenciais preconceitos e pontos de vista. Sou profissional de bancos de dados há 15 anos e tenho experiência com todos os maiores sistemas de bancos de dados incluindo IMS, DB2, Tandem Non-stop SQL, Oracle, Sybase, e SQL Server. Trabalho atualmente como consultor solucionando problemas de instalações de bancos de dados para uma grande variedade de pequenas a grandes empresas na América do Norte. Já trabalhei como DBA de produção de Oracle e como DBA de produção d SQL Server e projetei bancos de dados de OLTP de alto volume e data warehouses de vários terabyes. Sou perito em instalações e solução de problemas em Oracle RAC. Estrutura do documento Entender os requisitos de escalabilidade e disponibilidade de um sistema de banco de dados começa com a análise dos requisitos de negócios. Software rápido, hardware robusto, e ajustes são somente uma parte da questão. Um projeto técnico baseado nos requisitos da empresa é a fundação para sua solução escalonável. Este documento apresenta um conjunto comum de requisitos de negócios com que a maioria dos profissionais de TI lida numa base regular, para ajudar você a entender a base para escolher uma solução escalonável de banco de dados. Em seguida discutiremos duas soluções de fabricantes -- SQL Server 2005 e Oracle Database Server 10g. Primeiro avaliaremos a tecnologia de RAC do Oracle, já que a Oracle promove o RAC como sua tecnologia preferida para todas as situações. Depois, avaliaremos o SQL Server 2005 examinando primeiro as soluções de escalabilidade vertical e em seguida de escalabilidade horizontal. Requisitos de Negócios Existem vários fatores que precisam ser considerados quando se escolhe uma plataforma de gerenciamento de dados, incluindo: segurança, disponibilidade de administradores de bancos de dados capacitados, disponibilidade de aplicações de ISV, facilidade de desenvolvimento de aplicações, escolha de hardware, etc. Para os fins deste documento, enfocaremos três dos mais importantes requisitos de negócios para aplicações críticas e avançadas: Escalabilidade & Desempenho, Alta Disponibilidade e Eficácia em Termos de Custo1. Deve-se notar que os três requisitos de negócios são altamente interrelacionados, portanto levamos os três em consideração simultaneamente quando avaliamos diferentes arquiteturas. Primeiro vamos dar uma olha em profundidade no Oracle RAC. Visão Geral do Oracle RAC Real Application Clusters (RAC) do Oracle foram apresentados pela Oracle como a única solução que trata de todos os requisitos de escalabilidade, desempenho, alta disponibilidade, a um custo mais baixo que qualquer outra solução. Antes de examinarmos como o RAC resolve cada um dos requisitos de negócios, vejamos os detalhes de como ele funciona. O documento usa a definição comumente compreendida e convencional desses termos.

3 1 Figura1: Uma configuração típica de RAC de 4 nós A Figura 1 mostra uma típica configuração de RAC de 4 nós. O Oracle RAC Database Servers são executados em todos os nós do cluster. Os dados residem no armazenamento compartilhado. Todos os nós no cluster têm acesso igual a todas as tabelas no banco de dados. Não existe a noção de dados serem propriedade de nenhum nó particular. Como resultado, os dados não têm de ser particionados, embora com bastante freqüência sejam particionados para melhorar o desempenho. Aplicações simplesmente se conectam ao cluster de RAC, não a um nó específico; o RAC distribui a carga uniformemente por todos os nós do cluster. O Oracle 10g RAC é feito de vários componentes diferentes incluindo o Global Cache Services (GCS), Cluster Ready Services, Automatic Workload Management, Virtual Internet Protocol, Oracle Cluster Registry e o banco de dados do Oracle 10g. Existe um gerenciador de bloqueio global lógico que coordena entre todos os nós no cluster para que eles não se sobreponham uns aos outros. Benefícios do Oracle 10g RAC A Oracle alega que o RAC sendo executado em um cluster oferece o maior nível de capacidade em termos de disponibilidade, escalabilidade, e computação de baixo custo. Aqui está como o RAC deve fornecer esses benefícios: Disponibilidade: Se um nó do cluster falhar por qualquer razão, o Oracle RAC continua em execução nos nós restantes. Todas as aplicações (usuários) conectadas ao nó com a falha são reconectadas de maneira transparente e distribuídas entre os nós sobreviventes nos clusters. Espera-se que o failover se complete em 20 segundos ou menos.

4 Escalabilidade: Quando mais capacidade de processamento é necessária, novos nós podem ser facilmente adicionados ao cluster, sem a necessidade de modificar a aplicação ou o banco de dados de qualquer maneira. A carga é redistribuída para que seja balanceada entre todos os nós do cluster. O Oracle 10g R2 RAC suporta até 100 nós em um cluster. Economia de Custos: O RAC reduz o custo de hardware porque executa aplicações de maneira igualmente eficiente em clusters de pequeno hardware de mercado (< 4 CPUS) padronizado e de baixo custo como nos sistemas de SMP mais caros. Por exemplo, um cluster de 16 nós de 4 CPUs cada custa significativamente menos que uma máquina de SMP de 64 CPUs equivalente. Existem várias razões para a diferença de preços, inclusive o fato de que caixas menores se beneficiam das economias de escala. Consulte o apêndice para uma comparação do custo por processador de caixas comerciais de low-end versus caixas de SMP de alta capacidade. Análise do Oracle 10g RAC Houve numerosos debates técnicos acalorados sobre se o RAC realmente funciona como anunciado. Uma análise técnica profunda do RAC está além do escopo deste documento. O autor acredita que a maioria dos debates é inconcludente e raramente ajuda um responsável pela tomada de decisões. Das três alegações que a Oracle faz sobre os benefícios do RAC, aquela sobre economias de custo é a mais fraca. Mas antes de a examinarmos, vamos analisar rapidamente as duas outras alegações: Disponibilidade e Escalabilidade. Disponibilidade: É verdade que o RAC oferece uma boa solução para falhas de servidor. Entretanto, o RAC por si só não oferece nenhuma proteção contra desastres ou falhas de armazenamento. O RAC se baseia em arquitetura de dados compartilhados; portanto o armazenamento é um único ponto de falha. Se o armazenamento falhar por qualquer motivo, o cluster inteiro falha. O Oracle oferece o DataGuard como a solução para esse problema. O DataGuard envolve ter um ou mais bancos de dados em duplicata chamados Reserva (Standby). Bancos de dados Reserva são mantidos em sincronia com o primário usando tecnologia de log shipping. Deve-se notar que a Oracle cobra o preço total por cada Reserva, assim o custo total de uma solução Oracle deve ser multiplicada pelo numero de bancos de dados reserva. Escalabilidade: A Oracle alega que o RAC oferece escalabilidade transparente, isto é, aplicações projetadas para servidores únicos podem ser dimensionadas em clusters de RAC sem mudanças de aplicação ou esquema. Na opinião do autor, isso não é estritamente verdadeiro, especialmente para aplicações de OLTP de high-end. Considere o fato de que em seu teste de avaliação TPC-C2, o Oracle particionou o banco de dados do RAC para melhor desempenho. O número de partições é igual ao número de nós no cluster. Se você não tiver de particionar um banco de dados para obter melhor desempenho, isso acaba com a alegação de escalabilidade transparente, pois sempre que um nó tem de ser adicionado ou retirado do cluster, o número de partições tem de ser modificado de acordo 3. Embora o Oracle alegue poder escalar para até 100 nós, o autor viu poucas evid6encias disso. O maior cluster de que a Oracle falou a respeito publicamente é o Amazon, executando um data warehouse em um cluster de 16 nós. A grande maioria dos clusters de RAC é de apenas 2-4 nós. Fica claro que a maioria dos clientes está usando o RAC para alta disponibilidade e não para escalabilidade. 2 Leia o relatório de revelação total sobre o teste de avaliação de cluster TPC-C do Oracle RAC de 16 nós: 3 Modificar partições é uma operação complexa e demorada. Além disso, o banco de dados ficará indisponível durante esse período.

5 Custos Mais Baixos: Esta é uma área em que a alegação da Oracle é mais fraca. Embora seja verdade que o RAC pode reduzir os custos de hardware usando um cluster de servidores de mercado mais baratos e menores, qualquer economia em hardware é compensada pelo custo extra do(s): Software RAC Custos adicionais de armazenamento e rede, e Custo extra de administração. O RAC é um software bastante caro. O preço de lista do RAC e de US$ por processador. Isso é mais que a diferença entre servidores de mercado populares e sistemas DE SMP de high-end. Veja a Figura 2 abaixo. Figura 2: Mostra como o custo por processador aumenta de servidores populares para high-end Um servidor típico de 4 processadores custa entre US$ e US$ por processador. Tratando-se de high-end, o custo gira em torno de US$ por processador. Assim a diferença média entre pequenos servidores de mercado e um servidor de high-end é de US$ a US$ por processador. Contudo, o custo do próprio RAC é US$ , o que elimina qualquer economia de custo em hardware. Além disso, o custo das chaves de SAN (Rede de Área de Armazenamento) também deve ser incluído na equação. Conforme o número de nós em um cluster aumenta, chaves de SAN com maior número de portas são necessárias. Essas chaves de high-end podem ser bastante 4 caras. Assim, quando todos esses custos são considerados, o RAC acaba sendo mais caro que uma solução Oracle não clusterizada e como veremos adiante muito mais caro que uma solução baseada no SQL Server. 4 É interessante que o RAC use servidores populares, mas exija chaves de armazenamento sofisticadas e de alta capacidade. Também é importante notar que, contrário às alegações da Oracle, o RAC não é executado em nenhum hardware de mercado de prateleira o RAC precisa de hardware certificado que limita a escolha e conseqüentemente aumenta o custo.

6 O Gerenciamento do RAC é Muito Complexo Deixando de lado a falta de justificativa econômica para o RAC, provavelmente a maior razão única para se evitá-lo seria sua complexidade5. A complexidade associada com o RAC é documentada brevemente em Real-World Challenges for Oracle RAC Implementation 6 - Desafios do Mundo Real para a Implementação do Oracle RAC. O autor acredita que o simples fato de haver vários livros dedicados ao RAC, cada um com mais de 800 páginas, deve ser um sinal de advertência 7. Aqui está uma breve visão geral do que torna o Oracle RAC tão complexo: O RAC exige Mudanças de Projeto de Aplicação e de Esquema Contrário às afirmações da Oracle, a experiência dos autores foi que aplicações (e os esquemas de bancos de dados associados) têm de ser especialmente projetados (ou modificados no caso de aplicações existentes) para que sejam executados em RAC. A natureza e extensão das mudanças depende do número de fatores, incluindo o tamanho dos clusters, natureza da aplicação (OLTP ou DW), velocidade de interconexão do cluster e volumes de transações. Como mencionado anteriormente, muito freqüentemente os dados precisam ser particionados especialmente em tabelas que são bastante utilizadas (hotspots). Como resultado das mudanças na aplicação e esquema exigidas para o RAC, apenas uma pequena percentagem das aplicações de ISV certificadas para a versão não clusterizada do Oracle são certificadas para Oracle RAC. Por exemplo, no momento da criação deste documento, a SAP, um dos primeiros ISVs a suportar o RAC, não tinha certificado suas aplicações em Oracle 10g R2 RAC. O RAC exige soluções especiais de armazenamento O Oracle RAC não pode ser executado em um sistema de arquivos comum, isto é, os sistemas de arquivos que geralmente são distribuídos com sistemas operacionais. O Oracle RAC trabalha diretamente em dispositivos não formatados ou requer um sistema de arquivos em cluster (como o Sistema de Arquivo em Cluster Oracle (OCFS - Oracle Cluster File System) ou o Gerenciador Automático de Armazenamento Oracle (ASM - Oracle Automatic Storage Manager). Devido à complexidade inerente de usar dispositivos de armazenamento não formatados, a Oracle recomenda OCFS ou ASM, com mais ênfase no ASM ultimamente. Embora o ASM tenha vários recursos interessantes, é bastante complexo para gerenciar e administrar é uma instância completa do Oracle que requer tempo e habilidades significativas do DBA para gerenciá-lo. Além disso, o ASM é um sistema de arquivos patenteado; a maioria das ferramentas de backup & restauração, diagnósticos, monitoramente e ajuste de desempenho que você está usando atualmente não funcionarão com o ASM. A Atualização do RAC é difícil Existem dois tipos de atualizações para o RAC aquelas que podem ser aplicadas um nó por vez e aquelas que precisam ser aplicadas em todo o cluster de uma só vez. No primeiro caso, somente o nó ao qual a atualização está sendo aplicada tem de estar inativo; o resto fica funcionando. No segundo caso, o cluster inteiro do RAC tem de ser desligado, deixando o banco de dados todo indisponível. Uma análise das atualizações do RAC mostra que a maioria delas pertence à segunda categoria. Nesse caso a Oracle recomenda uma técnica muito complicada para implementar atualizações, que envolve dois clusters de RAC de reserva conectados com o Oracle Data Guard. 5 Complexidade é relativa. Assim o RAC é complexo comparado com o quê? Neste caso estou comparando a complexidade do RAC com banco de dados não clusterizados, seja ele Oracle ou SQL Server. 6 O documento está disponível aqui: Issue%201.pdf 7 Oracle 10g Grid and Real Application Clusters: Mike Ault and Madhu Tumma. 844 páginas.

7 O Ajuste do RAC é Complexo A complexidade do RAC e das numerosas partes móveis envolvidas em uma instalação do RAC dificulta depurar e ajustá-lo. Além de todas as coisas de que um DBA precisa saber para ajustar um banco de dados Oracle, com o RAC um DBA tem de considerar vários outros fatores incluindo tráfego interconectado, latência de interconexão, o ping de blocos de dados entre nós, E/S de disco para cada nó, tabelas mais usadas (hotspots), etc. Aqui está apenas uma lista parcial de algumas as soluções temporárias que a Oracle sugeriu para contornar as questões de desempenho com o RAC: Estabeleça transações com características similares de acesso a dados a nós específicos, através do particionamento de usuários e aplicações. Crie objetos de dados com parâmetros que possibilitem acesso mais eficiente quando compartilhados globalmente. Evite seqüências como pontos ativos criando faixas de seqüência coordenadas específicas aos nós. Reduza o número de linhas por bloco (RPB) para reduzir a contenção de páginas. Use o menor número possível de índices para reduzir o ping entre nós de blocos de índice. Pré-aloque espaço ativando o gerenciamento dinâmico de espaço. Use índices de chave reversa para reduzir pontos ativos de páginas de índice. Isso tem o efeito colateral indesejado de eliminar a capacidade de usar varreduras de índice. Projete índices de modo que o fator de clustering seja tão próximo quanto possível do número de blocos usados. A lista se baseia no conteúdo do livro Oracle 10g e Clusters Reais de Aplicação (Oracle 10g and Real Application Clusters). Essas são recomendações de ajuste bastante complexas, exigindo uma profunda compreensão do trabalho interno do sistema de gerenciamento de bancos de dados do Oracle. O livro resume a situação com sabedoria quando diz: Isso pode parecer desconcertante, já que algumas sugestões são contraditórias! Resumo: O RAC é uma tecnologia extremamente complexa. A menos que a complexidade seja reduzida em ordem de magnitude, o RAC fica devendo em sua promessa como uma tecnologia viável para a grande maioria das aplicações de bancos de dados. Visão Geral do SQL Server 2005 O SQL Server 2005 é a versão mais recente do SQL Server e uma importante atualização da versão anterior. O SQL Server 2005 tem vários aperfeiçoamentos nas áreas de Business Intelligence, Produtividade do Desenvolvedor e Recursos Corporativos. Uma análise profunda de todos os novos recursos está além do escopo deste documento 8. O foco deste documento está naqueles recursos do SQL Server que são necessários para desenvolver e implantar aplicações de larga escala, críticas e altamente disponíveis. Um recurso particular de interesse é o Espelhamento de Banco de Dados. Espelhamento de Banco de Dados do SQL Server 2005 O espelhamento de banco de dados é uma nova tecnologia do SQL Server para aumentar a disponibilidade dos bancos de dados. O espelhamento envia entradas do registro de transações diretamente do servidor primário para um servidor de reserva, assegurando que a reserva seja, a qualquer momento, uma imagem espelhada do banco de dados principal. O Espelhamento de Banco de Dados também faz um failover rápido para o servidor de reserva caso o servidor primário caia por qualquer motivo. Você pode codificar aplicações clientes para redirecionarem automaticamente suas conexões para que, no caso de um failover, elas se conectem automaticamente ao banco de dados de reserva. Embora o tempo exato para o failover dependa de uma série de fatores, é possível realizá-lo em cerca de 10 segundos. O Espelhamento de Banco de Dados do SQL Server 2005 não requer hardware patenteado e é fácil de instalar e gerenciar. Mais detalhes sobre o Espelhamento de Bancos de Dados podem ser encontrados em:

8 Figura 3: Uma configuração típica de Espelhamento de Banco de Dados do SQL Server 2005 Comparação do SQL Server 2005 e do Oracle RAC Nesta seção contratamos o SQL Server 2005 com Espelhamento de Bancos de Dados como uma alternativa ao Oracle 10g RAC e vemos como ele se compara. Avaliaremos especificamente se o SQL Server 2005 com Espelhamento de Bancos de Dados pode se equiparar com o Oracle RAC nas áreas de Escalabilidade, Disponibilidade e Custo. Oracle 10g RAC e SQL Server 2005 Comparação de Escalabilidade Parece que o Oracle RAC leva vantagem aqui. O Oracle 10g RAC R2 pode suportar até 100 nós. Ele não especifica se há alguma limitação no número de CPUs por nó. Portanto, em teoria, o Oracle RAC pode ser dimensionado para além de 64 CPUs. Contudo, deve-se notar que a Oracle não demonstrou publicamente que o Oracle RAC pode ir além de 64 CPUs. O maior teste de avaliação TPC-C com o Oracle RAC tem 64 CPUs um cluster de 16 por 4. A maior instalação de RAC conhecida para o autor é um data warehouse de 64 CPUs na Amazon, também um cluster de 16 por 4. Como o SQL Server 2005 se compara? O SQL Server 2005 provou que pode escalar até 64 CPUs em um único servidor de SMP. É interessante notar que o SQL Server 2005 tem um melhor desempenho e desempenho de preço que o Oracle 10g RAC para 64 CPUs como se pode ver na tabela abaixo.

9 Esses dois testes de avaliação TPC-C demonstram claramente que em um sistema com 64 CPUs, o SQL Server 2005 supera o Oracle 10g RAC em desempenho e é mais eficaz em termos de custo. Escalabilidade além de um único Servidor de SMP Mas e se alguém quisesse dimensionar para além de um único servidor de SMP? Embora seja um tópico interessante para discussões acadêmicas, a questão é menos interessante para fins práticos. Por quê? Porque, hoje, o maior servidor de SMP tem 64 processadores e pode executar mais de 99% das aplicações de mundo real do planeta! De fato, o autor não tem conhecimento de nenhuma aplicação, OLTP ou Data Warehousing, que não possa ser executado em um único servidor de SMP de 64 CPUs. Segundo a Pesquisa Anual da Winter Corp dos maiores bancos de dados em produção hoje, o maior banco de dados de OLTP e de Data Warehousing é executado em servidores de SMP, não clusters. Veja a tabela abaixo. 9 Maior Data Warehouse Maior Banco de Dados de OLTP Carga de trabalho Empresa Tipo de Servidor Por Tamanho (Unix) Por Tamanho (Windows) Por número de Linhas (Unix) Por número de Linhas (Windows) Por Tamanho (Unix) Por Tamanho (Windows) Por número de Linhas (Unix) Por número de Linhas (Windows) Yahoo UPSS SMP não agrupado SMP não agrupado Servidores de SMP não agrupados nos Dez Mais 6 de de 10 AT&T MPP Federado 9 de 10 ComScore Networks SMP não agrupado 10 de 10 US Patent Office AIM Healthcare Anônima Verizon SMP não agrupado 8 de 10 SMP não agrupado SMP não agrupado SMP não agrupado 10 de 10 9 de de 10 Podemos esperar que esta situação continue no futuro conforme as velocidades de processadores continuarão a superar o aumento nas cargas de trabalho. Avanços na tecnologia de processadores como processamento de núcleos múltiplos servirão apenas para solidificar ainda mais essa situação. Resumo: O SQL Server 2005 em servidor de SMP único pode se facilmente dimensionado para executar as aplicações mais exigentes do mundo real. Oracle 10g RAC e SQL Server 2005 Comparação de Disponibilidade Proteção contra Falha de Servidor Tanto o Oracle 10g RAC como o Espelhamento de Dados do SQL Server 2005 fornecem proteção contra falhas de servidor. No caso de falha do software do banco de dados, sistema operacional, ou do hardware, as duas soluções podem fazer o failover das aplicações de maneira transparente, dentro de segundos, para minimizar a interrupção para o usuário final. Dessa perspectiva, as duas soluções oferecem recursos equivalentes. Proteção contra Falha de Armazenamento O Oracle 10g RAC não oferece nenhuma proteção contra falhas de armazenamento. Se o subsistema de disco falhar ou se tornar indisponível qualquer razão, todos os dados são perdidos e todo o cluster cai. 9

10 O SQL Server 2005 com Espelhamento de Banco de Dados oferece proteção contra falhas de servidor e de armazenamento. O Oracle 10g RAC precisa do Oracle Data Guard para proteger contra falhas de armazenamento. O Oracle Data Guard, como o Espelhamento de Dados do SQL Server é baseado no envio de arquivos de registro do servidor de banco de dados principal para o de reserva/secundário. Mas há uma importante diferença entre o Oracle Data Guard e o Espelhamento de Dados do SQL Server: a Microsoft não cobra pelo software do SQL Server em execução no espelho, enquanto a Oracle cobra o preço integral pela instância de espelho/reserva do Oracle. Resumo: Embora tecnicamente tanto o Oracle RAC com Data Guard e o SQL Server 2005 com espelhamento de Banco de Dados tenham capacidades técnicas similares, o SQL Server 2005 é uma solução mais eficaz em termos de custo. Oracle 10g RAC e SQL Server 2005 Comparação de custo A Oracle alega que o RAC fornece substancial economia de hardware permitindo que os clientes usem servidores de mercado baratos. A afirmação é apenas parcialmente verdadeira. O Oracle 10g RAC é tão caro que qualquer economia em custo de hardware é compensada pelo custo extra do software Oracle. Isso é especialmente verdadeiro quando os custos são comparados com o SQL Server A comparação de custos é mostrada na figura 4. Figura 4: Comparação de custo, Oracle RAC vs. SQL Server 2005 em diferente hardware 10 Como se pode ver na figura : Para os servidores de mercado mais baratos, o custo por processador = US$ Para os servidores de high-end mais caros, o custo por processador = US$ Oracle 10g Enterprise Edition com opção de RAC = US$ US$ = US$ SQL Server 2005 Enterprise Edition = US$ Estamos usando os preços de lista disponíveis publicamente para o Oracle 10g e SQL Server É bastante provável que ninguém pague o preço cheio dos dois produtos. Contudo, isso não muda o diferencial relativo de preços entre o Oracle e o SQL Server 2005.

11 SQL Server 2005 EE no servidor mais caro = US$ US$ = US$ por processador. Oracle 10g EE + RAC no servidor mais barato = US$ US$ = US$ por processador. O fato é que: O Oracle 10g RAC nos servidores de mercado mais baratos ainda é mais caro que o SQL Server 2005 nos servidores de SMP de high-end mais caros Oracle 10g RAC e SQL Server 2005 Resumo da Comparação Como mostrado na seção acima, o SQL Server 2005 iguala e excede todas as três propostas de valor do Oracle 10g RAC: escalabilidade, disponibilidade e eficácia em termos de custo. O SQL Server 2005 em um único servidor de SMP pode ser dimensionado para atender às mais exigentes aplicações do mundo real. Embora teoricamente o Oracle 10g RAC possa ser dimensionado além das limitações de SMP simples, é importante notar que: o O Oracle não ofereceu nenhuma evidência pública para apoiar essa afirmação. o Não há cargas de trabalho que não possam ser manejadas por um servidor de SMP. O SQL Server com Espelhamento de Banco de Dados pode igualar os recursos de alta disponibilidade do Oracle 10g RAC a um custo substancialmente mais baixo. O SQL Server 2005 em único servidor de SMP é sempre mais barato que o Oracle 10g RAC em um cluster equivalente de servidores de mercado. A economia em custos vai para a Oracle, não para seus clientes. Além disso, o Oracle 10g RAC é bastante complexo para projetar, ajustar, depurar e administrar. O SQL Server 2005, por outro lado, tem uma reputação bem estabelecida como um dos bancos de dados mais fáceis para gerenciar. 11. Escalando Horizontalmente com o SQL Server 2005 O foco da discussão até agora foi comparar a estratégia de escalabilidade horizontal com o Oracle 10g RAC com a estratégia de escalabilidade vertical com o SQL Server Eu concluo que escalar verticalmente com o SQL Server 2005 é a solução preferida quando os critérios primários são escalabilidade, alta disponibilidade e custo. Contudo, você ainda pode preferir arquiteturas de escalabilidade horizontal pelas seguintes razões: 1 Algumas empresas padronizaram em servidores de mercado, recusando-se a implantar servidores de SMP de medium-end e high-end. Tipicamente, essas empresas padronizaram em fabricantes como a Dell, que não oferecem servidores com mais de 4 processadores. 2 Alguns clientes ficam desconfortáveis com o limite de 64 processadores dos servidores de SMP, mesmo que os servidores atendam a seus requisitos atuais. Eles querem saber que seus bancos de dados podem ser dimensionados além de 64 CPUs se a necessidade surgir em um futuro distante. 3 Alguns clientes têm uma arquitetura altamente distribuída que não combina muito bem com grandes servidores de SMP centralizados. 11 Esse cálculo não inclui o custo de outras opcionais do Oracle que são tipicamente necessários em um ambiente de RAC, como particionamento, que pode somar outros US$ por processador.

12 Assim, o RAC é a única opção para clientes que preferem escalabilidade horizontal à vertical? A resposta curta é não. O SQL Server 2005 oferece uma escolha de tecnologias de escalabilidade horizontal. Diferente do Oracle, que força obstinadamente o RAC como a única arquitetura viável de escalabilidade horizontal, a Microsoft tomou uma abordagem mais variada, oferecendo várias tecnologias de escalabilidade horizontal. Cada uma dessas tecnologias tem suas próprias vantagens e desvantagens. Você deve escolher a tecnologia que combina melhor com as necessidades de sua empresa. Na seção a seguir, discutimos quatro estratégias de escalabilidade horizontal com o SQL Server SODA (Service Oriented Database Architecture - Arquitetura de Banco de Dados Orientada ao Serviço) SSD (Shared Scalable Database- Banco de Dados Compartilhado Escalonável) Replicação P2P (Peer to Peer) DDR (Data Dependent Routing - Roteamento Dependente de Dados) SODA (Service Oriented Database Architecture - Arquitetura de Banco de Dados Orientada ao Serviço) Os últimos três a cinco anos testemunharam o surgimento de arquiteturas de sistema distribuídas, de larga escala e conexão fraca, particularmente conforme os sites de e-commerce da Internet se tornaram grandes operações de negócios. A Arquitetura Orientada ao Serviço (SOA - Service Oriented Architecture) apareceu como a arquitetura dominante centrada no serviço e de conexão fraca. Aplicações baseadas em SOA são mais resistentes a falhas e tem escalabilidade vertical mais fácil pela adição de recursos usando uma variedade de métodos conforme necessário para atender exigências variáveis, e permitem integração de sistemas de legado com sistemas B2B e outros. Provedores de serviço, consumidores e outros componentes de SOA lidam com dados como um recurso natural de suas funções em uma aplicação de SOA, Uma aplicação de SOA tipicamente usa bancos de dados centrais para armazenar e proteger dados, mas é provável que tenha muitos grandes bancos desses que contêm classes de dados, como armazenamento separado de dados de vendas, fabricação, e operações, e subconjuntos especializados de cada um deles. Cada provedor de serviços e cliente pode ter uma necessidade localizada de dados em cache ou de seu próprio armazenamento de dados especializados. As mensagens que trafegam entre as partes distantes da aplicação são freqüentemente elas próprias dados que valem a pena arquivar para vários usos.

13 Figura 4: Visão geral de um exemplo de aplicação baseada em SODA Em uma SODA, dados podem ser particionados no sistema com base em suas características de quatro maneiras: Dados de referência são usados para criar solicitações de serviço, como um catálogo de produtos. Devem estar em um formato utilizável por todas as partes, e são identificados de uma forma que não mude com o tempo, com uma data de catálogo. Dados de atividade são dados transitórios usados para executar uma atividade específica, como uma lista de opções usada para retirar itens comprados do inventário. Como é privativo do serviço, o formato não precisa ser entendido por outras partes. Dados de recurso são dados duradouros usados internamente por um serviço, como SKUs, dados de clientes e de contas. Dados de Interação de Serviço são usados para comunicação entre serviços. Devem estar em um formato entendido por todas as partes, e devem manter-se constantes ao longo do tempo. Por exemplo, um formulário de pedido é comunicado entre serviços. Se o pedido se perder, deve ser capaz de ser gerado novamente no mesmo formulário que o original e transmitido outra vez.

14 Figura 5: Pequena porção de uma aplicação de Arquitetura Orientada ao Serviço Recursos de SODA do SQL Server 2005 O SQL Server 2005 inclui vários recursos para tratar das necessidades de Arquiteturas de Banco de Dados Orientadas ao Serviço. Eles incluem: Acesso Nativo a Serviços de Web: O SQL Server é integrado diretamente com o servidor de banco de dados do Windows 2003 para permitir que qualquer cliente compatível com SOAP invoque diretamente procedimentos armazenados. Agenciador de Serviço, uma nova classe de middleware transacional que é centralizado em serviços em vez de na mensagem para suportar serviços escaláveis. CacheSync, permite que caches dependentes de dados recebam uma notificação de que seus dados precisam de renovação porque o banco de dados subjacente mudou com base em consultas complexas. SQLCLR, que integra profundamente processamento lógico sofisticado no banco de dados para reduzir latências devidas a acesso a dados remotos Resumo: A SODA proporciona a construção de bancos de dados altamente escaláveis e disponíveis. Movendo o limite de transparência para o nível do serviço, a SODA evita as limitações de dimensionamento das soluções de escalabilidade horizontal do nível de instruções do SQL.Com seu mecanismo de comunicações entre serviços altamente confiável, a SODA suporta o projeto de bancos de dados que podem atingir disponibilidade quase contínua. Replicação Transacional P2P Outro método para escalar horizontalmente com o SQL Server 2005 é usar replicação transacional ponto (P2P). (Este método de replicação é similar à replicação transacional bidirecional do SQL Server 2000, mas foi intensamente aperfeiçoado no SQL Server 2005 e chamado P2P.) O P2P foi projetado para permitir que as aplicações leiam e modifiquem dados em qualquer dos nós participantes da replicação. O balanceamento de cargas de leituras nos nós, assim como atualizações particionadas, podem ser alcançados. Esse tipo de replicação é adequado para ambientes que requerem alta disponibilidade e escalabilidade de leitura, como para OLTP e relatórios. O conceito básico da replicação é que dados são publicados a partir de um servidor de origem, chamado de Subscriber, e replicados para um servidor de destino, chamado de Assinante. Com a replicação transacional padrão, os dados replicados para um Assinante são de somente leitura e não podem ser modificados. Com a replicação P2P, cada nó envolvido na replicação age como Subscriber e Assinante para os outros nós, e cada nó pode modificar dados permitindo a replicação transacional em duas vias. Cada nó de servidor conserva sua própria cópia do banco de dados, mantendo o esquema e dados idênticos em todos os nós.

15 Com uma aplicação personalizada, modificações nos dados (inclusões, atualizações, exclusões) podem ser particionadas nos nós de modo que apenas certas linhas de dados sejam atualizadas por nó, para que dois nós não atualizem a mesma linha ao mesmo tempo. Por exemplo, atualizações dos dados de clientes com o sobrenome começando de A a M seriam dirigidas pela aplicação a um nó, e atualizações de N a Z a outro.(se atualizações precisarem ser autorizadas em todos os dados para todos os nós, considere o uso de junção de dados replicados.) Na Figura 7 abaixo, o sistema à esquerda mostra a replicação P2P entre dois nós, com atualizações indo para ambos e sendo replicadas para o outro nó. Leituras são balanceadas entre os dois nós por atribuição da aplicação do servidor. O lado direito mostra um sistema de dois nós com atualizações indo para um nó apenas. Esta pode ser conseguida usando replicação transacional padrão (unidirecional). Figura 6: Uma configuração de replicação P2P típica Para alta disponibilidade com replicação P2P, uma aplicação personalizada também pode ser codificada de forma que se um nó cair, a solicitação do banco de dados pode ser redirecionada para um nó restante envolvido na replicação, que mantém uma cópia idêntica do banco de dados. Com na replicação transacional, o retardo de tempo da replicação P2P depende de vários fatores como a velocidade da rede, definições de configuração da replicação, configuração de disco, etc. Mas, geralmente, a replicação P2P pode fornecer dados replicados em uma questão de segundos, não minutos. SSD (Scalable Shared Database Banco de Dados Compartilhado Escalonável) Outra solução de escalabilidade horizontal para ambientes de alta leitura como cenários de relatórios e data warehouse/data é chamada SSD (Scalable Shared Database - Banco de Dados Compartilhado Escalonável). O SSD é suportado pelo Windows Storage, que requer o Windows 2003 SP1 (que introduziu os Volumes de Somente Leitura), e o SQL Server 2005 Enterprise Edition. A premissa é permitir acesso simultâneo a um único banco de dados de somente leitura por múltiplas instâncias do SQL Server em vários servidores, chamados servidores de relatórios. O SSD garante uma visualização idêntica dos dados a todos os servidores de relatórios. O banco de dados compartilhado é chamado banco de dados de relatório.

16 Esta solução é aplicável para transações de somente leitura que permitem dados com retardo de tempo, mas coerentes. Isso pode ser considerado um RAC de somente leitura porque vários servidores têm acesso ao mesmo banco de dados (na mesma LUN de armazenamento) ao mesmo tempo. A Microsoft suporta completamente instâncias de até oito servidores acessando o banco de dados de somente leitura, já que é o número totalmente testado, embora não haja nenhum limite rígido para o número de instâncias. Há dois métodos de implementar o SSD, Ambos requerem o uso de armazenagem em SAN e técnicas de cópia de dados do SQL Server 2005 como Serviços de Integração, backup e restauração, cópia de arquivos, e Transferência de SMO (o SMO copia o banco de dados enquanto permanece online) que são usados para construir inicialmente e renovar periodicamente o banco de dados de relatório. O primeiro método de SSD envolve criar uma única cópia do banco de dados, chamado de banco de dados de relatório, e permitir que vários servidores de relatórios acessem concorrentemente o banco de dados no modo de somente leitura. Esta é uma boa solução para cenários sistemas de relatórios e data marts nos quais os dados são atualizados periodicamente. Com esse método de SSD, o banco de dados de relatório será atualizado periodicamente os dados são renovados com freqüência para mantê-los em dia com o banco de dados de origem. Enquanto o banco de dados está sendo renovado, ele não pode ser acessado pelos servidores de relatórios. Consulte a Figura 6. O segundo método para SSD é similar ao primeiro, mas minimiza o tempo em que os dados ficam indisponíveis para relatórios criando duas cópias do banco de dados, de modo que uma cópia fique disponível para acesso de somente leitura enquanto a outra está sendo renovada. Figura 7: Uma configuração típica de SSD Para mais detalhes sobre como implementar o SSD com o SQL Server 2005, consulte o artigo Microsoft KB #

17 DDR (Data Dependent Routing Roteamento Dependente de Dados) O DDR (Data Dependent Routing Roteamento Dependente de Dados) é uma arquitetura de escalabillidade horizontal que envolve o seguinte: a) Os dados são particionados em dois ou mais bancos de dados individuais, autônomos e federados. Cada banco é proprietário de seus dados. Cada um dos bancos de dados pode ou não ter conhecimento da existência de outros bancos. Pode não haver visualizações distribuídas que abranjam bancos de dados. Tipicamente, os dados são particionados com base no valor de uma coluna tal como id de cliente. b) Informações são fornecidas na própria aplicação para que ela possa rotear as transações de banco de dados para o banco apropriado. Como a aplicação toma a decisão do roteamento cabe à própria aplicação. Uma tabela de pesquisa que mapeia que dados residem em qual banco, é uma solução simples que é usada freqüentemente. c) Se uma única transação envolver múltiplos bancos de dados, a aplicação terá de desmembrar a transação em discretas sub-transações que sejam específicas para um único banco de dados e rotear cada uma das subtransações separadamente. A aplicação também é responsável por atualizar os resultados das subtransações. d) Um coordenador externo de transações, tal como o Microsoft DTC é necessário se vários bancos de dados tiverem de ser atualizados em uma única transação. A figura abaixo mostra um exemplo de como a Microsoft implementou uma solução de escalabilidade horizontal usando técnicas de roteamento dependente dos dados do SQL Server para implementar uma plataforma de serviço de comunicação de larga escala para os serviços MSN e Hotmail da Microsoft. Figura 8: Um exemplo de arquitetura de roteamento dependente de dados A plataforma dos serviços de comunicação MSN consiste em quatro camadas: Servidores de Web executando o IIS (Internet Information Services) Servidores LPS (lookup partition database servers - servidores de banco de dados de partição de consulta) executando o SQL Server 2000 Servidores de banco de dados de back-end executando o SQL Server 2000 Camada de gerenciamento do MSN de escalabilidade horizontal. Registros são organizados e particionados por PUID (ID de Usuário Passport) nos servidores de bancos de dados de back-end. A camada de gerenciamento de escalabilidade horizontal armazena o mapeamento das partições de dados para os servidores de bancos de dados de back-end físicos em seu próprio banco de dados do SQL Server, que é independente do LPS e de bancos de dados de back-end. O banco de dados do LPS armazena o mapeamento de PUID em particionamentos de dados, e é particionado em vários servidores de LPS para se adaptar ao crescimento. Clientes dos sistemas de comunicação enviam solicitações ao servidor de Web, que pesquisa o repositório do LPS com o PUID para obter a partição de dados onde os registros estão situados. Em seguida o servidor de Web consulta a camada de gerenciamento de escalabilidade horizontal para determinar qual servidor de banco de dados de back-end contém as informações para aquele usuário. As informações são enviadas ao cliente em questão de segundos.

18 Escalabilidade horizontal com o SQL Server 2005: Resumo O ponto principal para se retirar dessa discussão da escalabilidade horizontal do SQL Server é que há diferentes tipos de dados em qualquer aplicação, e uma solução eficiente de escalabilidade horizontal pode incluir diferentes abordagens para dados diferentes. Dados de referência podem ser replicados e armazenados em cache e muitos locais diferentes; dados históricos podem ser expostos através de consultas distribuídas em armazenamento de alta capacidade e baixo custo; dados de atividade podem ser particionados em uma variedade de servidores; e dados de recursos podem ser divididos por aplicações. A decisão de usar uma solução de escalabilidade horizontal é influenciada por vários fatores. A Tabela 1 resume a importância desses fatores para cada solução. Freqüência de Atualização Capacidade de Mudar Aplicação Capacidade de Particionamento de Dados Acoplamento de Dados Bancos de Dados Compartilhados Escalonáveis Replicação P2P Servidores Interligados Visualizações Particionadas Distribuídas DDR Arquitetura de Dados Orientada ao Serviço Somente leitura. Predominantemente leitura, sem conflitos. Minimiza atualizações entre bancos de dados. Atualizações freqüentes OK. Atualizações freqüentes OK. Atualizações freqüentes OK. Pouca ou nenhuma mudança necessária Pouca ou nenhuma mudança necessária Pequenas mudanças Algumas mudanças podem ser necessárias. Mudanças significativas possíveis Extensas mudanças necessárias Sem necessidade Sem necessidade. Geralmente não necessária Muito importante Muito importante. Geralmente não necessária, a menos que combinada com DDR. Sem necessidade. Sem necessidade. Muito importante haver baixa conexão Pouco impacto Baixa conexão pode ajudar algumas aplicações Baixa conexão entre serviços necessária Figura 9: Fatores que influenciam a seleção de soluções de escalabilidade horizontal. Lembre-se de que algumas arquiteturas de escalabilidade horizontal podem incorporar várias soluções. DDR e SOA podem ser combinados efetivamente, e servidores de replicação e encadeados geralmente são parte de qualquer arquitetura de escalabilidade horizontal. Com uma boa compreensão dos dados, requisitos, e restrições para uma aplicação, uma solução efetiva do SQL Server pode ser projetada para atender a quase qualquer nível de escalabilidade horizontal.

19 Conclusão Tanto o SQL Server 2005 como o Oracle 10g RAC são plataformas de bancos de dados altamente escaláveis e confiáveis que podem executar as aplicações corporativas mais exigentes e críticas. Contudo, quando tudo é considerado, você descobrirá que o SQL Server 2005 é substancialmente mais fácil de gerenciar e mais eficaz em termos de custo que o Oracle 10g RAC. Além disso, enquanto a Oracle enfatize uma arquitetura de escalabilidade horizontal que compartilha tudo, baseada em clustering e que serve para todos os fins, o SQL Server 2005 oferece uma escolha maior de tecnologias de escalabilidade horizontal.

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