Oracle vs. Teradata

Zwei Datenbankarchitekturen im Vergleich Andreas Schmidt 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Disclaimer

Trotz sorgfältiger Bearbeitung kann keine Gewährleistung für Vollständigkeit, Korrektheit und Aktualität übernommen werden.

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Motivation • Lösungen im Bereich großer Datenbanken • Datawarehouses (DWH) • Koexistenzen bei Kunden mit großem Datenvolumen: – Oracle für operatives System, Transaction Processing (OLTP) – Teradata mit einem separaten DWH

Online

• Konkurrenzsituation

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Vorausschau • wesentliche Unterschiede zwischen den beiden Datenbankarchitekturen • Fokus liegt auf den Ansätzen, mit denen gerade unter dem Aspekt Performance große Datenmengen verarbeitet werden können • Die Form der Datenspeicherung, Zugriffstechniken, Implementierung von Parallelität und Ausfallsicherheit, SQL Derivate und einige weitere Aspekte werden kurz dargestellt, insofern dies in einem Zeitrahmen von 45 Minuten möglich ist. • Es handelt sich um einen technisch orientieren Vortrag, dessen Inhalt auch für Entscheidungsträger interessant sein kann. • Nicht behandelt werden finanzielle oder lizenzrechtliche Aspekte. 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Einleitung (1) • Definition: “Ein Datenbanksystem (DBS) ist ein System zur elektronischen Datenverwaltung. Die wesentliche Aufgabe eines DBS ist es, große Datenmengen effizient, widerspruchsfrei und dauerhaft zu speichern und benötigte Teilmengen in unterschiedlichen, bedarfsgerechten Darstellungsformen für Benutzer und Anwendungsprogramme bereitzustellen.” [Wikipedia] • Häufig wird dann auch die Software als Datenbankmanagementsystem (DBMS) bezeichnet und die die verwalteten Daten als Datenbank (DB).

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Einleitung (2) • Oracle, Teradata relationales Datenmodell bei Oracle und Teradata, • Oracle Schritte objekt-relationales Datenbanksystem • beides bekannterweise kommerzielle Produkte • keine Lizenz- resp. Kostenthemen im Vortrag • historische Betrachtung von Oracle wird hier aus Platzund Zeitgründen verzichtet und dürfte auch im Rahmen der DOAG den Teilnehmern bekannt sein • Entwicklung Teradata von einer „reinen Datenbankmaschine“ zur „geöffneten Unix Variante“

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Ausrichtung eines Datenbanksystemes

• KlassischeUnterscheidung zwischen – Online Transaction Processing, OLTP: viele kleine Anfragen – Online Analytical Processing, OLAP: lang andauernde Auswertungen

• Nacheinanderbetrieb: Tagsüber OLTP, nachts OLAP • häufig anzutreffende Assoziation: – Oracle = OLTP – Teradata = OLAP

• Ermittlung von Kennziffern schwierig im Mischbetrieb • Was ist der Unterschied zwischen OLAP und Reporting ? • Data Mining im DWH 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Historie Teradata (Kurzfassung)

• Die Teradata Corporation wurde bereits im Jahre 1979 in Los Angeles gegründet und setzte sich massive Parallelverarbeitung zum Ziel. Auf eigener Hardware und einem eigenen Protokoll YNET wurde die ersten Datenbankcomputer (DBC) in den 80er Jahren verkauft. Das interne Betriebssystem TOS (Teradata Operating System) war 16bit-tig und lief auf Intel 286 bis 486er Prozessoren. • Seit 1989 waren Teradata und NCR Partner bei der Entwicklung von DBCs. Im Jahr 1991 wurde NRC von AT&T übernommen und 1992 wurde Teradata in NCR eingegliedert. Später wurde 1996 NCR Corp. inklusive Teradata wieder abgespalten. • Für den Herbst 2007 soll Teradata eine eigenständige Einheit werden, was zu den üblichen Diskussionen und Spekulationen im Markt führt.

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Historie Teradata • Die vermutlich größten Änderungen erfuhr das DBMS, als Mitte der 90er Jahre von der reinen Datenbankmaschine auf das NCR eigene Unix Derivat MP-RAS portiert wurde. Die Gründe für diesen Schritt waren sicherlich vielfältiger Natur, zumal man die Entwicklung und Pflege eines eigenen Betriebssytemes vermeiden wollte. • Hierbei wurde mit den Parallel Database Extensions (PDE) der Unix Kernel erweitert um notwendige Funktionen für die Portierung auf diese Plattform. Ende der 90er Jahren wurde diese Software auch restrukturiert, um eine Portierung auf andere Betriebssysteme zu erleichtern, wobei man auch die Microsoft Linie anbieten wollte.

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Historie Teradata • 1979–Gründung Teradata Corp in Los Angeles, California • 1982–Patent YNET Technologie • 1984–erster database computer DBC/1012–Wells Fargo Bank of California • 1987–öffentliche AG • 1989–Teradata und NCR Partner • 1991–NCR Corporation übernommen von AT&T • 1992–Teradata in NCR eingegliedert • 1996–AT&T gliedert NCR Corp. mit Teradata Produkten aus; Teradata Version2

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Historie Teradata (2) • • • • • • •

1997–Teradata Datenbank DWH Marktführer 2000–100+ Terabyte Systeme in Produktion 2002–Teradata V2R5 12/2002; PPI, Rollen und Profile, Kompression, etc. 2003–Teradata V2R5.1 12/2003; UDFs, BLOBs, CLOBs, etc. 2006–Teradata V2R6.2; BYNET V3 mit NCR 5450E/5450H • 2007-eigenständige Firma

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unterstützte Plattformen • Oracle: AIX, hp-ux, z/OS, zSeries Based Linux, Linux, MS Windows, Solaris et al. • Teradata: NCR MP-RAS, MS Windows 2000, MS Windows Server 2003, SUSE Linux SLES 64bit – keine kostenlose Mini-Version – nur Windows Demo Version

• allgemeine Ausführungen, sonst Oracle10gR2 bzw. Teradata V2R6.1 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Systemarchitekturen von Oracle und Teradata

• des Pudels Kern: unterschiedliche Schichten Datenbank, Betriebssystem und Disk Arrays und deren Verwaltung untereinander • Unterstützung von Filesystemen • grundlegende Begriffe wie AMP, vproc und PE

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Filesystem(e) • gemeint sind die Container für die Daten (und nicht Programme etc.) • Oracle: – Raw Devices, diverse OS Filesysteme (wie NTFS, ext2, ext3, reiserfs, ufs, vxfs, NFS!), OCFS, ASM – Zugriffsarten versionsabhängig (Asynch I/O, Direct I/O)

• Teradata: eigenes Filesystem auf Volumes, basta! 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Oracles Systemarchitektur •

entnommen Oracle Doku 10g Concepts

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Formen des Zusammenklebens • Einzelne Instanzen können u.a. durch den Log-RecoveryMechanismus und DB Links zusammengebaut werden zu: – – – – – – – –

Cold Clone Hot Clone Standby Distributed Replication AQ Data Guard RAC

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verteilte Datenbanken • Teradata kennt keine Database Links! • kein Trend zu eigenen Datenbanken, hierarchische Strukturen innerhalb der Datenbank verbessern Projektintegration • 3rd Party: GoldenGate Replication Products (gemäß Doku) DB2

SQL/MP

Enscribe

SQL/MX

Microsoft SQL Server

Sybase

MySQL

Teradata

Oracle

alle ODBC-kompatible DBMS

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RAC • Skalierbarkeit und Hochverfügbarkeit • historisch gewachsen • „shared everything architecture“ [Oracle RAC 10g, Technical White Paper] • Oracle Clusterware: Kommunikationsinterface zwischen den Knoten • früher: Austausch via Datenbank, false pinging → Performanceprobleme 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Teradata SW Schichten Parser Engine

Message Passing Layer PDE

BYNET

AMPs

vdisks 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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AMP • Access Module Processor (AMP) verantwortlich für einen Teil der Datenbank • ein AMP kontrolliert einen Teil einer Tabelle • AMPs zuständig für die „physikalische Arbeit“ wie Erzeugung answer set inklusive Sortieren, Aggregation, Formatierung und Konversionen • bei Bedarf Verteilung einer Kopie an andere AMPs • Sperren von Datenbanken und Tabellen • CREATE, MODIFY, DROP, SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE Records • Accounting Statistiken • Dispatcher verteilt Aufgaben an die AMPs • Ergebnisse an Dispatcher

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AMP • „Shared Nothing“ Architektur • Jeder AMP (Access Module Processor) hat seinen eigenen Memory und ist verantwortlich für einen Plattenbereich • Kommunikation der AMPs erfolgt anhand des BYNET • bis zu 80 Tasks parallel

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Cluster und Cliques • Menge von Knoten, die Zugriff auf eine Menge von Disk Arrays teilen • Jeder Knoten kann auf jede VDISK zugreifen • Schutz vor Ausfall eines Knotens • Fällt ein Knoten aus, übernehmen die anderen Knoten (vproc Migration) • Large Cliques • Hot Standby Node 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Disk Arrays

• RAID Technologie – RAID 0: Striping (wird bei Teradata i.a. nicht empfohlen) – RAID 1: Spiegelung Engenio (LSI Logic) + EMC – RAID 5: Parity Bits

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Fallback Ebenen • Protection auf Systemebene (low level) – Disk Arrays – Cliques und vproc Migration

• Protection auf DB Ebene – – – – – –

Fallback Table Transient Journal Down AMP Recovery Journal Permanent Journal ARC NetVault und NetBackup

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Fallback Table • Tabelle ist intern doppelt vorhanden • Blöcke werden neben dem Primary AMP noch auf dem Secondary AMP gespeichert • Zusätzlicher Sicherheitslevel oberhalb RAID • Übernahme bei Ausfall eines AMP • Nachteil: doppeltes I/O, doppelter Platzbedarf • Fallback Clusters 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Journaling

• Journaling bei Teradata: Transient und Persistent Journal • Einstellung auf Ebene Datenbank/Tabelle • steuert Umfang und Art der Recovery Objekte

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Recovery Journal • AMP down → Aktivierung Recovery Journal (transparent) • im Log werden Row Ids veränderter Sätze festgehalten • AMP wieder verfügbar → Abarbeitung der notwendigen Operationen • Recovery Journal entfernen

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Transient Journal • Transient Journal zuständig für Integrität der Transaktionen • speichert nur „Before Images“ • für automatischen Rollback bei Fehlern in Transaktionen • bei ROLLBACK werden die Before Images wieder in die Tabellen eingespielt • Before Images werden anschließend gelöscht 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Permanent Journal • Optionales benutzerdefiniertes, systemverwaltetes Logging zwecks Recovery zu einem bestimmten Zeitpunkt • Recovery bei Hardware- oder Softwarefehlern • wird spezifiziert für – Datenbank – einzelne Tabellen

• beide Typen möglich – Before Images → Rollback – After Images → Rollforward

• • • •

reduziert Notwendigkeit von Full Table Backups Weg zum Recovery von NO FALLBACK Tabellen zusätzlicher Plattenplatz erforderlich Archive und Recovery Usereingriff erforderlich

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Archivierung und Recovery • ARC: Archive/Recovery Utility – – – –

läuft unter IBM, Unix und Wndows 2000 archiviert und restored Tabellen kopiert Daten zu/von Archive Medien Angabe eines Checkpoints

• Open Teradata Backup – – – – –

NetVault von BakBone Software NetBackup von VERITAS (eingeschränkter Support) Windows Front Ends zu ARC Skripterstellung Job Scheduling und Bandverarbeitung

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Teradata File System Überblick • 1 Sektor = 512 Bytes • 1 Cylinder = 3872 Sektoren ≈ 2 MB • dreistufiger Datenzugriff beim Adressieren: – Master Index: enthält einen Eintrag für allokierten Cylinder – Cylinder Index: enthält Liste der Datenblöcke und freien Sektoren – Data Block: enthält eine oder mehre Rows, immer komplett 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Blöcke & Co. • Teradata hat konsequent variable Blockgröße (-127.5 kB) • Blöcke gesplittet, zusammengefaßt oder in unterschiedlichen Stufen automatisch reorganisiert bei Bedarf ( drei Blöcke – sonst zwei 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Blöcke • >0: keine Chained Rows • freie Blöcke werden gesammelt und wenn möglich, zusammengeführt • Cylinder Full: kein hinreichend großer Block in der Freiliste – Defragmentation: noch genügend Platz im Cylinder insgesamt; Datenblöcke werden an den Anfang des Cylinders, geschoben. – Cylinder Migrate: bis zu 10 Blöcke werden zu einem logisch benachbarten Cylinder verschoben – Cylinder Split: freier Cylinder wird allokiert und bis zu 20 Blöcken werden dahin verschoben – Mini-Cylpack: Blöcke werden auf logisch vorhergende Cylinder verschoben, bis ein Cylinder leer ist 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Datentypen (Built in) Teradata BYTEINT SMALLINT INTEGER DATE TIME TIMESTAMP INTERVAL YEAR, ... FLOAT DECIMAL(n,m) CHAR(n) - 64000 VARCHAR(n) - 64000 CLOB – 2GB BLOB – 2 GB GRAPHIC(n) -32000 VARGRAPHIC(n) -32000 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

Oracle NUMBER inkl. Zeit TIMESTAMP INTERVAL YEAR, ... BINARY_FLOAT BINARY_DOUBLE - 2000 - 4000 - 4 GB LONG, -4 GB

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CHAR / DATE Spaltenattribute • auf Spalten- und damit Serverebene (und nicht auf Client-/ oder Sessionebene!) – – – –

Zeichensatz (Länge logisch definiert!) [NOT] CASESENSITIV UPPERCASE Format Phrase für Datumsfelder

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Objekte in der Datenbank • typische Objekte: Tabellen, Indizes, Views, Materialized Views, Stored Procedures, Trigger, UDF • Sequence Generator vs. Identity Column • Teradata: „Datenbanken“ + User – Unterschied: Password – hierarchische Beziehung – Baumstruktur

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Hierarchie von Datenbanken User DBC

User SYSDBA

DB1

DB2

UserA

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UserX

UserB

UserC

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SQL & Co. • beide RDBMS unterstützen SQL als Abfragesprache • orientieren sich an den Standards SQL-92 und SQL:2003 • Abweichungen und Erweiterungen von den jeweiligen Standards • CONNECT BY vs. Rekursive WITH Klausel

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Teradata Modus • spezielles von Teradata implementiertes Transaktionsverhalten • ANSI Modus ebenfalls möglich • Teradata Modus bevorzugt in DWHs: BTET Set table autocommit not case specific

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ANSI Multi Set Table explizites commit case specific

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Stored Procedures • Voraussetzung immer bestimmte C Compiler bei Teradata • Oracle: C Compiler oder interner Interpreter • Externe Funktionen und Methoden können analog zu Oracle eingebunden werden • mein Eindruck: Werden bei Teradata nicht so stark fokussiert wie bei Oracle

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Beispiel Teradata Stored Procedure CREATE PROCEDURE NewProc (IN name CHAR(12), IN num INTEGER, IN dept INTEGER, OUT dname CHAR(10) INOUT p1 VARCHAR(30)) L1: BEGIN DECLARE CONTINUE HANDLER FOR SQLSTATE value '23505' L2: BEGIN SET p1='Duplicate Row'; END L2; L3: BEGIN INSERT INTO Employee (EmpName, EmpNo, DeptNo) VALUES (name, num, dept); SELECT DeptName INTO dname FROM Department WHERE DeptNo = :dept; IF SQLCODE 0 THEN LEAVE L3; ... END L3; END L1; 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Security, Roles • Teradata: – Rollen greifen selbstverständlich auch bei Views, Stored Procedures – Verschachtelungstiefe gering – Verschlüsselung und Authentifizierung kann aktiviert werden ohne kostenpflichtige Option

• Oracle: Encryption Spalte / Tablespace

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Storage und Administratives • ein wesentlicher Unterschied: Teradata kennt keine Tablespaces! • HOW TO STOP DEFRAGMENTING AND START LIVING: THE DEFINITIVE WORD ON FRAGMENTATION [Metalink]

• Volume steht dem System zur Verfügung und kann Datenbanken und Usern zugeordnet werden • drei Kategorien von Plattenplatz: – Permanent Space – Spool Space – Temporary Space

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Perm Space • Perm Space nötig für Tabellen und Indizes sowie Stored Procedures • Views, Macros, and Triggers benötigen keinen Perm Space • Nullsummenspiel • kann dynamisch verändert werden • Limit / AMP

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Spool Space • Temporär für Sessions benötigt, vergleichbar mit TEMPORARY Tablespaces in Oracle • Output von Queries • Volatile Tables • kann dynamisch verändert werden • Limit / Amp • kritische Größe im DBA und SQL Statements wg. Shared Nothing Architektur 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Temporary Space • • • •

nur für Global Temporary Tables kann dynamisch verändert werden Limit / Amp Analogie zu Oracle: Temporäre Tablespaces ?

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Primary Index • zentrale Bedeutung • steuert die Verteilung über die Platten und den Zugriff • wird beim Erzeugen einer Tabelle festgelegt • kann nicht mehr nachträglich verändert werden • u.U. Vorabanalysen sinnvoll • Dictionary View DBC.TableSize[x] 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Ermittlung Verteilung via SQL SELECT HASHAMP(HASHBUCKET(HASHROW (Customer_number))) AS "AMP#", COUNT(*) FROM Customer GROUP BY 1 ORDER BY 1;

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Primary Index Index

Erläuterung

Oracle

UPI NUPI USI NUSI

Unique Primary Index Non Unique Primary Index Unique Secondary Index Non Unique Secondary Index

x x

• Index kann eine oder mehrere Spalten umfassen • Besonderheiten: – alle Bestandteile müssen bekannt sein! – keine Ordnung (ausgenommen SI ordered) 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Primary Index und Hashing • Hashing-Verfahren zieht sich konsequent durch die Teradata Architektur • potenzieller Stolpersteine für Newcomer • Sekundärindexe möglich: – Unique – Non-Unique – Sorted

• Table Scans

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Vergleich mit Oracles Indizes • Oracle verwendet durchgängig B-Bäume als Indexstruktur – vorteilig: flexibel, Ordnungsrelation – nachteilig: Zugriffstiefe kann variieren, Reorganisation erforderlich

• • • •

funktionsbasierte Indexe bei Oracle Partitionierung bei beiden möglich Oracle: local und global partitioniert ferner Bitmap-Indexes

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Partitionierung von Tabellen • Partitionierung wurde eingeführt, um effizienter auf große Datenmenge zugreifen zu können • Partition Ranges anstelle von Full Table Scans oder eines Secondary Index Overheads • Rolling Windows • häufig Zeitgrenzen (Monate, Wochen etc.) • schnelles Löschen ganzer Partitionen 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Oracle Partitionierung • Oracle unterstützt die folgenden Möglichkeiten zur Partitionierung: – – – –

Range Partitioning List Partitioning Hash Partitioning Composite Partitioning

• statische Zuordnung der Partitionen • ggf. auch statische Zuordnung zu Tablespaces • Zuordnung kann in der Praxis durch PL/SQL Routinen realisiert werden • Unterscheidung zwischen Local und Global Partitioned Indexes 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Partitioned Primary Index (PPI) • dynamische Partitionierung bei Teradata: Ordnung der Rows pro AMP • max. 65535 Partitionen pro AMP • nur bei BASE Tables • auch bei VOLATILE und GLOBAL TEMPORARY Tables ab V2R6.1 • typischerweise mit – CASE_N – RANGE_N

• Angabe von – NO CASE, NO RANGE, UNKNOWN 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Beispiel SQL CREATE TABLE Sales_History (store_id INTEGER NOT NULL, item_id INTEGER NOT NULL, sales_date DATE FORMAT 'YYYY-MM-DD', total_revenue DECIMAL(9,2), total_sold INTEGER, note VARCHAR(256) ) PRIMARY INDEX (store_id, item_id) PARTITION BY RANGE_N ( sales_date BETWEEN DATE '2001-01-01‘ AND DATE '2010-12-31' EACH INTERVAL '1' MONTH );

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Materialized Views & Co. • Snapshots oder im Teradata Jargon Indexe (Join, aggregiert, Hash) • redundante Datenspeicherung beschleunigen bestimmte Leseoperationen • Nachteil: erhöhter Platzbedarf • nur bei Oracle: Database Links • Teradata kennt nur synchronen Modus: interner Refresh, keine periodischen Vorgänge 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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weiter zu Materialized Views • Typen von Materialized Views (Oracle DWH Guide) – Materialized Views mit Aggregaten – Materialized Views nur mit Joins – Nested Materialized Views

• Join Indexe: – Single-Table Join Index – Multi-Table Join Index – Aggregate Join Index (AJI)

• Hash Indexes 20. DOAG Anwenderkonferenz, Nürnberg 2007

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Utilities und Tools (1) • diverse Load- und Unload-Utilities zusammen mit der Teradata Datenbank . • Windows GUI Tools bei Teradata ODBC orientiert • Oracle: – – – – – –

SQL*Plus Data Pump Export Data Pump Import SQL*Loader Export Import

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Utilities und Tools (2) • Teradata: – – – – –

BTEQ Fast Export Fast Load Multi Load Parallel Data Pump

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Quellen • [Oracle 10gR2 Documentation] • [Teradata V2R6.1 Documentation] • [John Catozzi, Sorana Rabinovic: Operating System Extensions for the Teradata Parallel VLDB. Proceedings of the 27th VLDB Conference, 2001]

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