深入解析Oracle Automatic Storage Management（ASM）

一、引言

• 简述存储管理在数据库中的重要性
• Oracle ASM的概念和背景
• ASM的特性和优势概述

二、Oracle ASM概述

• ASM的定义和用途
• ASM与传统文件系统的区别
• ASM的架构和组件
• ASM与OMF（Oracle Managed Files）的集成

三、ASM的配置与管理

• ASM磁盘组的创建和配置
• ASM磁盘的添加、删除和重新平衡
• ASM的故障恢复和磁盘修复
• ASM的监控和诊断工具

四、ASM的性能优化

• ASM的性能特性
• ASM的I/O调度和负载均衡
• ASM的条带化和镜像
• ASM与Oracle性能调优的结合

五、ASM的备份与恢复

• ASM的备份策略
• 使用RMAN进行ASM磁盘组的备份
• ASM磁盘组的恢复方法
• ASM在数据恢复中的优势

六、ASM的安全与合规性

• ASM的安全特性
• ASM的加密和访问控制
• ASM与Oracle数据库安全性的结合
• ASM在合规性方面的应用

七、ASM的最佳实践

• ASM磁盘组的设计原则
• ASM磁盘组的大小和数量选择
• ASM与其他Oracle特性的集成
• ASM的部署和升级策略

八、案例分析

• 实际项目中ASM的应用案例
• 案例中的ASM配置和性能优化
• 案例中的ASM备份与恢复实践
• 案例中的ASM安全性与合规性措施

九、ASM的未来展望

• ASM在Oracle后续版本中的发展趋势
• ASM与其他存储技术的融合
• ASM在云计算和大数据时代的角色
• ASM对Oracle数据库整体性能的贡献

一、引言

在数据库管理系统中，存储管理是一个至关重要的环节。随着信息科技的快速发展和数据量的急剧增长，数据库的存储与存储管理技术显得尤为重要。一个高效的数据库存储系统能够提供快速的数据访问和可靠的数据保护，为企业和组织的决策提供有力的支持。本文将重点探讨Oracle
ASM（AutoStorage Management，自动存储管理）在数据库存储管理中的应用，并分析其重要性和优势。

简述存储管理在数据库中的重要性

在数据库系统中，存储管理负责确保数据的完整性、可用性和高效性。它涉及到如何将数据存储在物理介质上，如何管理和维护这些数据，以及如何在需要时快速、准确地访问这些数据。一个优秀的存储管理系统能够显著提高数据库的性能，减少数据丢失的风险，并降低维护成本。

Oracle ASM的概念和背景

Oracle ASM是Oracle数据库提供的一种智能化、自动化的存储管理解决方案。它采用Oracle Managed
Files（OMF）文件格式来创建目录文件，并能够在多个物理设备之间实现条带化、镜像数据文件、恢复文件等功能。ASM通过自动管理磁盘组来平衡I/O负载，提高数据的可靠性和可用性。同时，ASM还支持联机磁盘的动态增加和减少，使得存储容量的调整变得更加灵活和方便。

ASM的特性和优势概述

1. 简化存储管理：ASM能够自动管理数据库文件的分布和冗余，减少了管理员对存储管理的工作量。管理员无需手动分配和管理磁盘空间，ASM会根据需要自动进行磁盘空间的管理和调整。这大大提高了管理效率，降低了维护成本。
2. 高可用性：ASM通过数据冗余备份来提高数据的可靠性。它可以在多个物理设备之间实现镜像数据文件、恢复文件等功能，确保在硬件故障时数据库仍然可用。这大大降低了数据丢失的风险，提高了系统的稳定性和可用性。
3. 性能优化：ASM能够实现将数据库文件均匀地分布在不同磁盘上，从而提高数据访问的并发性能。它通过自动管理磁盘组来平衡I/O负载，使得数据访问更加高效和快速。这有助于提高应用程序的性能和响应速度。
4. 灵活性：ASM支持在线扩容和缩减磁盘组的操作。管理员可以根据需要随时调整存储容量，无需停机或中断数据库服务。这使得存储容量的管理更加灵活和方便，能够满足不断变化的业务需求。

二、Oracle ASM概述

ASM的定义和用途

ASM，全称Automatic Storage
Management（自动存储管理），是Oracle数据库中的一个重要特性，特别在Oracle
10g及以后的版本中。ASM以平台无关的方式提供了文件系统、逻辑卷管理器以及软件RAID（磁盘阵列）等服务。ASM的主要用途在于自动管理磁盘组并提供有效的数据冗余功能，从而简化DBA（数据库管理员）的工作量，提高工作效率。

ASM与传统文件系统的区别

ASM并不是一个通用的文件系统，它专门设计用于Oracle数据文件、重做日志以及控制文件的管理。与传统文件系统相比，ASM有以下主要区别：

1. 简化管理：ASM能够自动管理磁盘组和数据文件，DBA无需手动分配和管理磁盘空间，从而简化了管理工作。
2. 高可用性：ASM通过数据冗余备份来提高数据的可靠性，确保在硬件故障时数据库仍然可用。
3. 性能优化：ASM能够自动平衡I/O负载，将I/O平均分部到所有可用磁盘驱动器上以防止产生热点，从而最大化性能。

ASM的架构和组件

ASM的架构主要包括磁盘组（Disk Group）和分配单元（Allocation Unit，简称AU）。每个ASM
disk被划分成多个AU，AU是disk group的基本分配单元。一个file extent由一个或者多个AU单元组成，而一个ASM
file则由多个file extents组成。ASM使用metadata（元数据）来控制disk
group，metadata的数据保存在disk group中。

ASM与OMF（Oracle Managed Files）的集成

OMF（Oracle Managed
Files）是Oracle提供的一种自动管理文件的功能，它允许Oracle数据库自动创建、命名和管理数据文件、重做日志文件和控制文件等。ASM与OMF的集成使得数据库文件的创建和管理更加自动化和简化。当使用ASM时，数据库文件可以通过OMF自动创建和命名，DBA无需手动干预。这种集成使得存储管理更加高效和可靠。

三、ASM的配置与管理

ASM磁盘组的创建和配置

在Oracle环境中创建和配置ASM磁盘组通常涉及以下步骤：

1. 创建grid用户和用户权限：在Linux系统中，需要创建一个特定的用户（如grid）来运行ASM实例。然后为该用户分配必要的权限。
2. 创建目录：为ASM磁盘组创建必要的目录结构。
3. 初始化ASM实例：使用Oracle提供的工具（如asmcmd或sqlplus）来初始化ASM实例。
4. 创建磁盘组：通过ASM实例，定义磁盘组并为其分配磁盘。磁盘组可以包括多个磁盘，并且可以根据需要配置为正常冗余或高冗余。
5. 配置磁盘组参数：根据需要配置磁盘组的各种参数，如分配单元大小、故障组等。

ASM磁盘的添加、删除和重新平衡

1. 添加磁盘：当需要增加存储容量时，可以将新的磁盘添加到现有的磁盘组中。这通常涉及使用ASM管理工具来执行添加操作。
2. 删除磁盘：如果某个磁盘出现故障或不再需要，可以将其从磁盘组中删除。但请注意，在删除之前，必须确保该磁盘上的所有数据都已备份或已迁移到其他磁盘。
3. 重新平衡：当磁盘组中的磁盘数量或配置发生变化时，可能需要重新平衡磁盘组以确保数据均匀分布并优化性能。这可以通过ASM管理工具来完成。

ASM的故障恢复和磁盘修复

1. 故障检测：ASM具有内置的故障检测机制，可以自动检测磁盘故障或数据损坏。
2. 磁盘修复：如果某个磁盘出现故障但数据仍然可恢复，可以尝试修复该磁盘。这可能涉及使用特定的磁盘修复工具或联系磁盘制造商以获取支持。
3. 数据恢复：如果数据已损坏且无法从原始磁盘中恢复，可以使用ASM的备份和恢复功能来从备份中恢复数据。在某些情况下，可能需要使用Oracle提供的专用工具来提取和恢复损坏的数据文件。

ASM的监控和诊断工具

Oracle提供了多种工具来监控和诊断ASM的性能和状态。这些工具包括：

1. ASM Enterprise Manager (EM) 插件：这是一个基于Web的图形界面工具，用于监控ASM磁盘组、磁盘和文件的性能和状态。
2. ASM动态性能视图：Oracle提供了一系列动态性能视图（如V$ASM_DISKGROUP、V$ASM_DISK等），这些视图包含有关ASM磁盘组和磁盘的实时信息。DBA可以使用SQL查询来检索这些信息并进行诊断。
3. ASM命令行工具：如asmcmd和sqlplus等命令行工具也提供了用于监控和诊断ASM的实用功能。这些工具允许DBA执行各种任务，如列出磁盘组、检查磁盘状态、查看文件信息等。
4. 日志和跟踪文件：ASM生成了详细的日志和跟踪文件，用于记录其操作和任何潜在问题。DBA可以分析这些文件以获取有关ASM性能和状态的深入信息。

四、ASM的性能优化

1. ASM的性能特性：

   • 自动存储管理：ASM为Oracle数据库提供了一个智能、自动化的存储管理解决方案，能够自动调整I/O负载，管理磁盘组，并优化存储性能。
   • 简化管理：ASM通过自动管理数据库文件，如数据文件、重做日志和控制文件，减少了DBA的管理负担。
   • 高可用性：ASM支持数据冗余，通过磁盘组镜像实现数据备份，确保在硬件故障时数据的可靠性和可用性。
   • 在线扩展：ASM支持在线添加或删除磁盘，无需关闭数据库，使得存储容量的管理更加灵活。

2. ASM的I/O调度和负载均衡：

   • 自动调整I/O负载：ASM可以在所有可用的磁盘中自动调整I/O负载，避免人工调整的复杂性，并优化系统性能。
   • 在线自动负载均衡：当共享存储设备有变化时，ASM中的数据会自动均匀分配到现有存储设备中，确保数据的均衡分布和高效访问。
   • 支持多种I/O方式：ASM支持直接和异步的I/O，以及使用Oracle数据管理器API，确保数据的高效读写。

3. ASM的条带化和镜像：

   • 条带化：ASM将文件分为多个分配单元（AU）进行存储，并在所有磁盘间平均分配每个文件的AU。这可以提高I/O性能，因为数据可以从多个磁盘并行读取或写入。
   • 镜像：通过磁盘组镜像，ASM可以实现数据冗余，确保数据的可靠性和容错性。当某个磁盘出现故障时，可以从镜像磁盘中恢复数据。

4. ASM与Oracle性能调优的结合：

   • 自动管理数据库文件：ASM自动管理Oracle数据文件，包括文件的创建、命名和删除。这使得DBA可以更加专注于其他性能调优任务，如查询优化、索引设计等。
   • 支持Oracle性能调优工具：ASM与Oracle的其他性能调优工具（如Automatic Workload Repository、Automatic Database Diagnostic Monitor等）紧密集成，共同提供全面的性能监控和调优解决方案。
   • 优化存储布局：通过ASM的条带化和镜像功能，可以优化存储布局，提高I/O性能和数据的可靠性。这有助于提升整个数据库系统的性能。

五、ASM的备份与恢复

ASM的备份策略

ASM的备份策略是确保数据库在遭遇各种故障时能够快速、完整地恢复。考虑到ASM自动存储管理的特性，备份策略通常需要考虑以下几个方面：

1. 定期备份：定期对ASM磁盘组进行全备份，确保数据的完整性。备份的频率取决于数据的重要性和变化频率。
2. 增量备份：对于频繁变化的数据，可以考虑进行增量备份，以减少备份时间和存储空间的使用。
3. 镜像备份：ASM的镜像功能可以实现数据的实时备份，但这也需要额外的存储空间。镜像备份适用于对数据可靠性要求极高的场景。
4. 备份验证：定期对备份进行验证，确保备份数据的完整性和可恢复性。

使用RMAN进行ASM磁盘组的备份

RMAN（Recovery Manager）是Oracle提供的一个强大的备份和恢复工具，它支持对ASM磁盘组进行备份。使用RMAN进行ASM备份的步骤如下：

1. 连接到RMAN：使用RMAN命令行工具连接到目标数据库。
2. 启动数据库：在RMAN中，启动数据库到MOUNT状态，以便进行备份操作。
3. 执行备份：使用RMAN的BACKUP命令对ASM磁盘组进行备份。可以指定备份级别（如全备份、增量备份等）、备份位置等参数。
4. 验证备份：备份完成后，使用RMAN的LIST命令验证备份的完整性和可用性。

ASM磁盘组的恢复方法

ASM磁盘组的恢复方法主要包括以下几种：

1. 使用RMAN恢复：如果ASM磁盘组中的数据文件、控制文件或重做日志等发生损坏，可以使用RMAN从备份中恢复。根据备份的类型（如全备份、增量备份等），选择相应的恢复策略。
2. 使用ASM的镜像功能：如果ASM磁盘组配置了镜像功能，当某个磁盘发生故障时，可以从镜像磁盘中恢复数据。
3. 手动恢复：在某些情况下，可能需要手动恢复ASM磁盘组中的数据。这通常涉及到从备份中复制数据文件、控制文件等，并重新配置ASM磁盘组。

ASM在数据恢复中的优势

ASM在数据恢复中具有以下优势：

1. 自动存储管理：ASM通过自动管理磁盘组和数据文件，简化了数据恢复的过程。DBA无需手动查找和恢复数据文件，只需使用RMAN等工具即可快速恢复数据。
2. 高可用性：ASM的镜像功能可以实现数据的实时备份，确保在硬件故障时数据的可靠性和可用性。这降低了数据丢失的风险，并提高了系统的稳定性。
3. 性能优化：ASM通过自动调整I/O负载和优化存储布局，提高了数据的读写性能。在数据恢复过程中，这有助于加快数据的恢复速度。
4. 简化管理：ASM的自动存储管理功能减少了DBA的管理负担，使他们能够更专注于其他重要的任务，如性能调优、安全配置等。在数据恢复过程中，这有助于降低人为错误的风险。

六、ASM的安全与合规性

1. ASM的安全特性：
   • 数据完整性：ASM通过其自动存储管理功能，确保数据的完整性和一致性。它使用校验和等机制来检测并防止数据损坏。
   • 自动故障检测和恢复：ASM能够自动检测磁盘故障并尝试从镜像磁盘中恢复数据，确保数据的可靠性和可用性。
   • 访问控制：ASM支持基于角色的访问控制，可以限制哪些用户或角色可以访问ASM磁盘组中的数据。
2. ASM的加密和访问控制：
   • 加密：虽然ASM本身不提供数据加密功能，但Oracle数据库支持透明数据加密（TDE），可以对存储在ASM磁盘组中的数据进行加密。这提供了额外的安全层，保护数据免受未经授权的访问。
   • 访问控制：ASM的访问控制功能允许DBA定义哪些用户或角色可以访问ASM磁盘组、执行哪些操作等。这有助于防止未经授权的访问和误操作。
3. ASM与Oracle数据库安全性的结合：
   • ASM作为Oracle数据库的一部分，与Oracle数据库的其他安全特性（如审计、身份验证、授权等）紧密集成。这提供了一个全面的安全框架，确保数据的机密性、完整性和可用性。
   • 例如，Oracle数据库的审计功能可以记录对ASM磁盘组的访问和操作，帮助DBA监控和识别潜在的安全威胁。
4. ASM在合规性方面的应用：
   • 许多行业和监管机构都要求企业遵守特定的数据保护和隐私法规。ASM的安全特性（如数据加密、访问控制等）有助于企业满足这些合规性要求。
   • 通过使用ASM和Oracle数据库的其他安全特性，企业可以实施一个全面的安全策略，确保数据的安全性、合规性和可靠性。

七、ASM的最佳实践

1. ASM磁盘组的设计原则：
   • 冗余性：设计ASM磁盘组时，应考虑数据的冗余性。通过配置镜像（如双向或三向镜像），确保在磁盘故障时数据的可靠性和可用性。
   • 均衡性：ASM将文件分为多个分配单元（AU）并在磁盘间平均分配，以实现I/O的均衡。在设计磁盘组时，应确保磁盘的性能和容量相似，以避免性能瓶颈。
   • 扩展性：考虑未来的存储需求，设计具有足够扩展性的磁盘组。ASM支持在线添加或删除磁盘，以适应存储容量的变化。
   • 避免混合使用：不建议在ASM磁盘组中混合使用不同类型的磁盘（如SSD和HDD），因为这可能会影响性能。
2. ASM磁盘组的大小和数量选择：
   • 大小：ASM磁盘组的大小取决于存储需求、数据冗余要求和磁盘性能。在12c及更高版本中，ASM磁盘组单盘支持超过2TB空间，具体大小受AU大小限制。
   • 数量：磁盘组的数量应根据系统的存储需求和性能要求进行选择。过多的磁盘组可能增加管理复杂性，而过少的磁盘组可能无法满足存储需求。
3. ASM与其他Oracle特性的集成：
   • Oracle数据库：ASM与Oracle数据库紧密集成，提供自动存储管理功能。DBA可以使用ASM来管理数据文件、重做日志、控制文件等，而无需关闭数据库。
   • Oracle RAC：ASM支持Oracle Real Application Clusters (RAC)，允许多个数据库实例共享相同的磁盘组。这有助于实现高可用性和负载均衡。
   • Oracle Flashback：ASM与Oracle Flashback特性结合使用，可以在数据丢失时迅速恢复数据。
4. ASM的部署和升级策略：
   • 部署：在部署ASM时，应考虑硬件兼容性、操作系统支持和Oracle版本等因素。确保ASM实例与Oracle数据库实例能够访问相同的磁盘组。
   • 升级：在升级ASM时，应遵循Oracle提供的升级指南和最佳实践。手动升级ASM网关将触发滚动重启，因此建议在业务低峰期进行升级操作。升级期间请勿进行灰度发布、流量规则配置等操作。对于补丁版本的升级，系统可能会不定期完成自动热更新。

八、案例分析

1.实际项目应用案例

某金融机构的数据库系统由于数据量迅速增长，面临着存储管理复杂、性能瓶颈以及数据安全等问题。为了解决这些问题，该机构决定引入ASM进行存储管理。

2.ASM配置和性能优化

（1）.ASM磁盘组配置：根据业务需求和数据量，配置了多个ASM磁盘组，每个磁盘组包含多个磁盘。磁盘组之间实现了数据冗余和负载均衡，提高了系统的可靠性和性能。

（2）.条带化和镜像：在ASM磁盘组中，通过条带化将数据分散到多个磁盘上，提高了I/O并发性能。同时，配置了镜像功能，实现了数据的冗余备份，确保了数据的安全性。

（3）.I/O调度和负载均衡：ASM自动根据磁盘的负载情况调整I/O请求，确保各磁盘负载均衡。此外，结合Oracle数据库的I/O优化技术，进一步提高了系统的整体性能。

3.ASM备份与恢复实践

（1）.RMAN备份：使用Oracle的RMAN工具对ASM磁盘组进行定期备份。备份数据存储在单独的备份设备上，确保数据的可恢复性。

（2）.备份验证：定期对备份数据进行验证，确保备份的完整性和可用性。同时，根据验证结果调整备份策略，以适应业务变化。

（3）.恢复实践：在模拟故障场景中，测试了ASM磁盘组的恢复过程。通过ASM的自动恢复功能和RMAN的恢复命令，成功地从备份中恢复了数据，验证了备份与恢复策略的有效性。

4.ASM安全性与合规性措施

（1）.加密和访问控制：对ASM磁盘组中的敏感数据进行了加密处理，确保数据在传输和存储过程中的机密性。同时，实施了严格的访问控制策略，限制了对ASM磁盘组的访问权限。

（2）.安全审计：启用了Oracle的安全审计功能，对ASM磁盘组的访问和操作进行了记录。通过定期分析审计日志，可以及时发现潜在的安全威胁。

（3）.合规性检查：根据金融行业的相关法规和标准，对ASM的配置和操作进行了合规性检查。确保ASM的使用符合法规要求，避免了因违规操作导致的法律风险。

通过以上案例可以看出，ASM在实际项目中具有广泛的应用前景。通过合理的配置和性能优化、有效的备份与恢复实践以及严格的安全性与合规性措施，可以充分发挥ASM的优势，为企业的数据库系统提供稳定、高效、安全的存储管理解决方案。

九、ASM的未来展望

1. ASM在Oracle后续版本中的发展趋势：

   • 持续的性能优化：随着硬件和存储技术的不断发展，ASM将继续优化其存储管理和I/O性能，确保Oracle数据库能够充分利用最新的硬件特性。
   • 增强的安全性和合规性：随着数据安全和隐私保护要求的提高，ASM将进一步加强数据加密、访问控制和审计功能，以满足严格的合规性要求。
   • 简化的管理和操作：Oracle将继续优化ASM的管理界面和工具，降低DBA的学习成本和管理复杂性，提高存储管理的自动化程度。
   • 与云原生技术的融合：随着云计算的普及，ASM将更好地支持云原生应用和容器化部署，提供弹性伸缩、高可用性和灾难恢复等云原生特性。

2. ASM与其他存储技术的融合：

   • 与SSD和NVMe的融合：随着SSD和NVMe等高性能存储技术的普及，ASM将更好地支持这些技术，提供更高的I/O性能和更低的延迟。
   • 与分布式存储的融合：为了满足大数据和云计算的存储需求，ASM可能会与分布式存储技术（如Ceph、HDFS等）进行融合，提供跨节点、跨数据中心的存储管理能力。
   • 与容器存储的融合：随着容器化部署的普及，ASM可能会与容器存储技术（如Kubernetes的持久卷等）进行融合，提供对容器化应用的存储支持。

3. ASM在云计算和大数据时代的角色：

   • 提供弹性伸缩的存储能力：在云计算环境中，业务需求变化迅速，ASM能够提供快速扩展和缩减的存储能力，满足业务的弹性需求。
   • 支持多租户和混合云部署：ASM可以支持多租户和混合云部署场景，确保不同租户之间的数据隔离和安全性，同时实现跨云平台的数据共享和迁移。
   • 为大数据提供高性能存储：在大数据处理中，数据量和处理速度是关键因素。ASM通过优化存储管理和I/O性能，可以为大数据处理提供高性能的存储支持。

4. ASM对Oracle数据库整体性能的贡献：

   • 提高I/O性能：ASM通过自动调整I/O负载和均衡I/O请求，可以显著提高数据库的I/O性能，降低系统延迟。
   • 简化存储管理：ASM自动管理数据库文件的分布和冗余，减轻了DBA的存储管理负担，使DBA能够更专注于数据库的性能调优和故障恢复。
   • 增强数据可靠性：ASM通过数据冗余备份和自动恢复功能，提高了数据的可靠性和可用性，降低了数据丢失的风险。
   • 优化资源利用：ASM可以根据业务需求动态调整存储容量和I/O资源，实现资源的最大化利用和成本的最小化。

总结：

ASM是一个功能强大、灵活且可靠的存储管理工具，为Oracle数据库提供了许多显著的改进和优势。通过简化的存储管理、高性能、增强的数据保护、简化的备份和恢复以及可扩展性等特点，ASM有助于提高数据库的稳定性和可靠性，降低运维成本，并提升业务效率。然而，企业在部署和使用ASM时仍需要注意其上手难度、复杂性以及与其他技术的融合挑战。通过合理的规划和策略制定，企业可以充分利用ASM的优势来优化其数据库存储管理。