浅谈TimesTen内存数据库的结构

作者介绍

朱亮

云和恩墨技术专家，6年专职oracle dba生涯先后服务于保险、金融、电信、百货等客户

Oracle TimesTen In-Memory Database（简称TimesTen或TT）是一种业界领先的内存中关系数据库，2005年被oracle公司收购。TimesTen主要为电信、网络、证券交易等行业提供基础架构软件，并用这种软件进行事件管理、交易和数据的工作，支持的系统包括实时计费系统、股票交易系统、呼叫中心系统、航线运营系统等。

TimesTen主要用于以下部署方式：

1、 用于独立的OLTP系统的内存数据库 2、 用于Oracle物理数据库的内存缓存数据库 3、 在Oracle Exalytics的内存分析

一般行业内，大多采用第一种和第二种方式使用TimesTen数据库。

文件结构

TimesTen数据库主要包括的文件有：

1、检查点文件

主要用来记录和同步Data Store的内存数据，是内存在磁盘上的一个镜像，类似于oracle数据库的数据文件。每个TimesTen实例有两个检查点文件，在做检查点操作的时候会交替写入这两个文件，两个检查点文件之间的存在一定的时间间隔。

在TimesTen数据库中，有两种类型的检查点：

1. 非阻塞检查点：非阻塞检查点也被称为模糊检查点。这些检查点的频率可以通过应用程序进行调整。非阻塞检查点不需要数据库上的任何锁，因此在检查点操作正在进行时，多个应用程序可以在同一数据库上异步提交或回滚事务，它是一个不完全检查点，不必保证事务的一致性。
2. 阻塞检查点：做该检查点操作时会加上数据库级别的锁，它是一个完全检查点，必须保证事务的一致性。

2、事物文件

其主要作用为：

a、用于发生系统故障时，重做事务

b、用于撤消回滚的事务

c、将更改的内容复制到其他TimesTen数据库

d、将更改的内容复制到Oracle数据库

e、允许应用程序通过XLA接口监视对表的更改

事物日志文件存放路径位于配置文件中logdir参数所指定的目录下，当完成以下操作后，TimesTen会自动清除事物日志文件：

1. 将日志记录写入事务日志文件(或以前的事务日志文件)的所有事务都已提交或回滚。
2. 事务日志文件中记录的所有更改都已写入检查点文件。
3. 如果使用复制功能，事务日志文件中记录的所有更改都已复制到对端。
4. 如果已经为该行为配置了TimesTen缓存，则事务日志文件中记录的所有更改将被传播到Oracle数据库。
5. 如果使用XLA，事务日志文件中记录的所有更改都已报告给XLA应用程序。

3、配置文件

TimesTen服务器端的配置信息都被记录在sys.odbc.ini文件中，包括：服务器端基本配置和各个Data Store的初始化参数，Data Store装载时会读取该配置文件中的相关配置；连接DSN时也会读取该文件中的信息。

客户端连接的配置信息则被记录在sys.ttconnect.ini文件中，如果需要使用C/S连接模式，就需要配置该文件。

ttendaemon.options则用来记录TimesTen主进程所需要的配置信息也就是实例信息，包括后台日志目录、日志大小、C/S连接端口号、TNS_ADMIN目录等，修改该文件需要重启守护进程。

4、警告日志文件

ttmesg.log记录的是TimesTen运行情况的日志记录，有些类似于Oracle的alert.log文件；tterrors.log则记录的是报错信息。ttmesg.log和tterrors.log都可以通过设置ttendaemon.options配置文件中的参数来控制每个文件的大小、个数、存放路径等。

内存结构

如上图所示，TimesTen的内存结构主要分为PermSize、TempSize、LogBuffer和64M的DB header

PermSize：Data Store，保存所有数据库数据的区域，我们将其视为一个独立的数据库。

LogBuffer：用于暂时存储记录Data Store变更的日志，类似于Oracle的SGA共享内存区域的日志缓存（Log Buffer）

TempSize：临时存储执行计划等数据的共享区域，排序等等操作临时使用。相比与Oracle，TimesTen在此处作出了结构上的简化，可以视为Oracle的多个内存区域的合集，也正因为这样的简化，TimesTen在使用上相当于就必需保证简单化，否则争用热点出现，其性能甚至可能不如Oracle数据库。

由于这三个参数都是基于Data Stone的，所以对应的配置文件是sys.odbc.ini文件，我们可以通过修改sys.odbc.ini文件，来指定每一个DS在加载的过程中，需要分配多大的内存。在已经运行的环境下，可以通过dssize –m的命令，看到每一个区域所使用的内存大小，以及最高水位线（如下图）。

对于PermSize的大小，可以用过ttSize和ttComputeTabSizes来计算出，而TempSize的大小没有工具可以进行计算，在TimesTen数据库负载工作时，观测TEMP_IN_USE_HIGH_WATER的大小。PermSize和TempSize的调整，都需要从内存中卸载TimesTen数据库以进行更改，并且PermSize大小如果缩小，需要重新创建TimesTen数据库。

后台进程

在后台进程中，我们可以分为常驻进程和可选进程两种：

1、主守护进程（Daemon）

主要负责的工作有启动subdaemon,ttcserver(listener),

内存管理的policy(inuse,manual,alawy)和共享内存的请求，进程的恢复和启动相应的agent。在系统中安装的每个TimesTen 实例上都运行了一个主守护程序进程。应用程序通过TimesTen ODBC 或JDBC驱动程序建立了到主守护程序的“deadman”套接字连接。

2、子守护进程（Sub Daemon）

子守护进程是由主守护进程产生的子进程，用于管理内存中加载的Data Store。每个活动的Data Store（已加载到内存中的存储）都有一个子守护程序进程。主要功能有，负责加载和卸载Data Store，监视死锁、冲刷事务处理日志缓冲区、事务回滚、处理过期数据、检查点以及在系统故障后恢复Data Store等。子守护进程是一个多线程的进程结构，通过ttstatus可以看到当前的subdeamon的线程（如下图）：

3、ttcserver(listener)

该进程主要要是侦听用户请求，然后通根据用户请求的DSN转发到相应的subdaemon，这个进程为每个连接生成一个ttcserver进程来执行应用程序的各种请求。功能类似于oracle数据库的listener进程。在TimesTen 11的版本里，默认的配置，该进程在53397的端口上侦听，用户可以通过ttmodinstall来进行修改，在TimesTen7版本中，该进程在17003的端口上侦听（如下图）：

4、ttcserver(用户)

这种进程是具体负责执行应用程序请求的进程，比如执行sql，读取数据等等，由ttcserver(listener）负责启动。

5、timestenrepd：

Replication进程用于管理主备复制、AWT同步的复制进程，该进程会派生并并管理复制持有日志进程、XLA父进程、接受进程、传送进程、Failover进程以及复制监听进程等子进程。该进程是可选进程，只有在开启复制关系时，才会存在。进程也是多线程结构（如下图）：

6、timestenorad：

Cache Agent进程用于管理Cache Group同步的进程，实现TimesTen与Oracle之间的数据同步；该进程会派生并管理句柄进程、刷新时间管理进程、刷新进程以及清理进程等子进程。该进程是可选进程，也是多线程结构（如下图）：

7、其他可选进程：

FullBackup进程用于内存数据库全库备份、Bulkcp进程用于内存数据库数据导入导出、XLA进程用于Transaction Log的API接口进程。

TimesTen高可用

对于目前大多数业内环境，TimesTen的部署方式大多采用以下两种方式：TimesTen为主，进行应用业务的支撑，同时自动同步到oracle数据库中；另一种是oracle数据库为主要业务支撑环境，TimesTen只支持应用读取的功能。

在采用第一种部署中，oracle官方建议使用以下方式进行高可用环境的搭建，即TimesTen主库进行业务的事物支撑，在它的同步复制的备库，对外提供业务读取和向oracle数据库环境同步的功能（如下图）。