Oracle Exadata服务器性能比较分析
闲聊Oracle一体机Exadata
闲聊Oracle一体机Exadata闲聊与关键字：分布式存储甲骨文在文章开始前先作个声明，本人并非专业技术人员，充其量只能算从业人员和技术爱好者。
本文也不是写给专业技术人员看的技术类文档，只是本人因为工作需要，在学习系统架构的过程中，自己的一些感触和体会，只是想分享给对和其他计算机技术感兴趣的人们，希望大家能一起探讨。
因此本文在谈到技术细节问题时，一定漏洞百出，敬请专业人士指正。
是公司研发的一款数据库一体机，关于的介绍文档，在网上能找到很多，它有很多特性，，，，等等，在本文中不对这些特性作详细说明。
本文探讨的只是在设计这款一体机时，借鉴了的开源实现等分布式计算集群的一些设计理念，使数据库的运行环境突破了传统基于共享存储的架构，创新的使用了基于的智能存储节点的架构，从而极大地提高了数据库在海量数据分析类应用的性能。
一、项目简单介绍：由于本文探讨的是和的相似处，因此先简单介绍下。
是开源软件基金会的一个项目的总称，它包含了，，，，等组件，它是基于和的论文发展起来的开源软件项目，而和是它的核心。
是一个开源的分布式文件系统，和单机文件系统一样，它也使用目录树结构，和单机文件系统不同的是，它的文件系统是跨越整个集群的，下图是它的架构集群是主从架构，它由一台节点和多台节点构成。
节点和节点都是标准的。
节点采用存储的方式，即内置多块大容量硬盘，节点可以多达上千台。
通常用于存储大文件，在中每个文件都被切割为固定大小的数据块，然后被分散存放于多台的硬盘上。
并且每个数据块都会有副本存放于远端机架的上，副本数一般设置为三个。
节点不存放实际的文件，而只存放整个文件系统的目录树等元数据。
当客户端需要访问存储于的某个文件时，首先需要访问节点，以取得文件存放的位置信息哪几台，以及在硬盘上的具体地址，然后根据这些目的地址对各上存放的数据并行地进行访问。
的这种分布式存储架构，主要有几个好处：、当存储空间不够时，只要简单增加节点，而系统自动会把数据块分配到新节点上，而无需人工干预。
Oracle Exadata服务器性能比较分析
节约存储空间，原始10TB，压缩后只 需要1TB； 降低存储成本； 提高数据库性能；
获得数倍的性能提升；
存储索引技术
自动维护的数据索引； 存储在Exadata存储服务器上； 自我学习 - 可以自动判断创建索引的位置； 自动适应应用与数据的变化
大幅度降低数据库维护的工作量； 传统上需要手工创建几百个索引，现 在只需要最少几个索引； 节约存储空间；
• 未来对数据中心的建设考虑
• 绿色计算 • 统一管理 • 统一灾备
目前IT领域的热门话题-云计算/云服务
对用户抽象的、大规 模的、自我管理的基 础设施
廉价的商品化设备
资源动态分配、按需 伸缩，应用服务不依 赖固定的资源
没有系统边界
灵活和易扩展 每次使用付费 面向服务
IT服务的交付和使用模式，指 没有物理或地理限制
最高容量，最低成本
• 速度优化
• 10X 压缩比例 • 因为Exadata卸载查询，更加快速
• 空间优化—针对不经常访问的数据
• 15X到50X压缩比例
Query
更更快快更更简简单单，，BBaacckkuupp,, DDRR,, CCaacchhiinngg,, RReeoorrgg,,
CClloonnee
7x24小时的不间断运行；受故障影响的用 户会自动连接到其他正常的服务器； -易于数据库系统的扩容：
- 成本更低 - 无须停机
- 几乎没有风险
Automatic Storage Management （ASM）
自动存储 管理
Oracle的虚拟存储池技术；
自动实现存储的条带化和冗余配置；
使数据库获得最高的存储访问性能；
• 数据库优化的网络，磁盘，操作系统，服务器 • 数年的调试,严格测试，预置的，无特殊配置问题
Oracle Exadata数据库一体机极致性能和最佳实践
Exadata 采用更高的单路带宽
- InfiniBand提供40Gb/s的带宽，比高端阵列 的光纤通道技术快8倍
Exadata 提供更高的IOPS
- 智能Exadata Smart Flash Cache技术处理更 多的IOPS
• 冗余40Gb/s 交换机 • 统一的服务器和存储网络
• 5.3 TB PCI 闪存 • 跨服务器进行存储镜像
© 2010 Oracle Corporation – Oracle Confidential
CONFIDENTIAL – ORACLE HIGHLY RESTRICTED
6
– 6–
Exadata X2 体系架构
CONFIDENTIAL – ORACLE HIGHLY RESTRICTED
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前所未有的交钥匙方案：
Sun Oracle Exadata X2数据库机
• 完整的, 预配置的, 严格测 试的系统提供极限性能 • 随付即用的系统 • 高性能、高可用性
© 2010 Oracle Corporation – Oracle Confidential
Copyright © 2009, Oracle Corporation and/or its affiliates
CONFIDENTIAL – ORACLE HIGHLY RESTRICTED
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– 8–
Exadata数据库一体机创新的技术架构
集中管理平台
三层架构/两层应用 架构
客户端 避免单点故障
智能存储层 1M IOPS/机架
Exadata Cell
Exadata Cell
Oracle 数据库一体机 — Exadata
• Sun Oracle Database Machine
– 预配置，提供高性能 – 平衡的系统 – 无限扩展性能，容量、带宽和处理 能力
• Exadata Storage Server Software 11gR2
• Exadata Storage Server Software 11gR2 • Oracle Database 11gR2
© 2009 Oracle Corporation - Confidential
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Exadata 产品
Exadata Storage Server & Database Machine • Exadata Storage Server
– 为Oracle 数据库优化的存储产品 – 提供极限 I/O 和 SQL 执行性能 – 软硬件一体化
数据库处理
超高速并发网络
Exadata Cell
InfiniBand 交换网络
Exadata Cell
Exadata Cell
智能存储
基础技术 – 分布式计算
计算密集型处理 • Exadata 智能存储服务器
– 在存储部件中实现数据密集型处理 • 进行表及索引扫描，过滤查询无关数据
数据密集型处理
• 数据库服务器承担计算密集型处理（同传统结构）
– 50 GB/秒
50 40 30
未压缩数据的查询吞 吐量
50
• 与列压缩相结合
21 11.4 7.5 10
20 – 闪存中有超过 50 TB 的数据 10 – 对压缩数据的查询提高 到 500 GB/秒
0
HITACHI
USP V
TERADATA NETEZZA SUN ORACLE
SAP HANA与ORACLE Exadata对比分析
应用与平台越来越紧密
•
应用离不开平台
• • பைடு நூலகம் 应用逻辑下沉 应用持续使用 应用性能提升
•
平台离不开应用
• • • 数据存储方式 硬件环境配置 HA与灾备
技术领先 数据安全保护 平台通用完整 ……
4
SAP HANA
SAP HANA: 高性能分析一体机（HANA）是一个内存数据库，可以存储 和实时分析大量的非聚合事务数据，在决策支持和预测分析方面，做到 前所未有的性能提升。 内存计算引擎是下一代创新，使用缓存敏感的数据结构和算法，利用硬 件创新和SAP软件技术创新。最理想是实时的OLTP和OLAP融为一体， 例如：从事务处理到高性能分析的端到端的解决方案。SAP HANA还可 以作为一个辅助数据库加速分析现有的应用程序。
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Oracle Exadata
Oracle Exadata 数据库机是一种易于部署的解决方案，内置Oracle数据 库，提供高水平的数据库性能和可用性。
Oracle Exadata 数据库机是由数据库服务器，存储服务器，光纤交换存 储网络和其他组件构成。在联机事务处理（OLTP）、数据仓库（DW） 和混合工作负载方面，提供了优秀的I/O和SQL处理性能。
6
SAP HANA 与 Oracle Exadata 相同点与不同点
二者都是一体机 – 捆绑硬件、软件和服务，并且可以扩展和延伸。 主要有三个因素：硬件、软件和调忧，并一起高度优化
二者都是 最初适用于数据仓库场景
二者对于大数据集或多或少都是线性扩展
SAP HANA Oracle Exadata
今日话题
• • •
应用与平台 SAP HANA vs ORACLE Exadata 比较 HANA是一个平台
oracleexadatax4产品介绍
– 优先恢复关键数据库文件 (11.2.0.4)
▪ 数据库优化的消息传递
– 关键数据库消息的端到端优先级排序 (11.2.0.4)，包括日志写入和 RAC
Exadata X4 是第五代数据库云服务器
数据仓储 OLTP 数据库整合 以闪存为中心
数据库即服务
8 版权所有 © 2014，Oracle 和/或其关联公司。保留所有权利。
大容量磁盘容量增加 33% 672 TB，采用 4TB 磁盘 高性能磁盘容量增加 2 倍 200 TB，采用 1.2 TB 磁盘
每台数据 库云服务 器均为全 机架配置
X4-2 计算
数据库内核数增加 50% 192 个内核，采用 12 核 Xeon® CPU 每台服务 数据库服务器本地存储容量增大 2 倍 器 2.4 TB，采用 600GB 磁盘 InfiniBand PCI-3
(12c)
▪ 数据库优化的 PCI 闪存
– 超高速闪存压缩（X3 和 X4）： 数百万次 IO/秒
– 自动缓存表扫描 – 文件初始化速度更快
7 版权所有 © 2014，Oracle 和/或其关联公司。保留所有权利。
▪ 数据库优化的 QoS
– 按按多租户可插拔数据库 (12c) 确定 CPU 和 IO 的优先级
独有的软件优化了数据库处理
▪ 将查询分流到存储中
– 将数据密集的查询操作分流至存储 CPU
– 100 GB/秒 SQL 数据吞吐量 – 存储索引数据忽略
▪ 数据库存储压缩
– 混合列压缩将数据库大小缩小至原来 的
1/10，并且提高了分析速度
▪ 数据库优化的 PCI 闪存
– 智能缓存数据库数据 – 每秒 266 万次数据库 IO – 智能闪存日志加快事务处理速度
Oracle数据库双活Extended RAC实现技术对比(EMC VPLEX Metro,Oracle IOE,一体机)
网络心跳和磁盘心跳都走IB网络，带宽达40-56Gbps, 可实现端到端延迟<200ns。
★
IB网络比传统以太网的延时 低很多
理论值：<100km公里 ★ 实际案例：<80KM。超过10KM要借助波分复用设备来延 依托IB设备的扩展RAC能支 伸距离。经实测，80KM网络RTT值在0.45-0.5ms
每个站点均配备统一存储。整个双活中心仅有一套数据库（一个 磁盘组内须创建2个及以上故障组，故障组分别在不同的站点）
双份，数据在所有VPLEX存储上做条带化。由vplex实现数据冗 余，一般不再设置ASM磁盘组冗余级别。 不同站点之间的副本利用vplex metro存储复制技术实现双向复 制,任何站点的写操作将同时发给另一个站点的副本执行，属于 同步模式的复制。（双活解决方案不提供异步模式，该模式用于 传统容灾） （参考实际案例数据：经过VPLEX设备，会比第一种方案的延时 还增加1MS） ORACLE RAC： 1、网络心跳走以太网，要求带宽至少1G，延时在毫秒级； 2、磁盘心跳走裸纤，要求带宽至少10G； VPLEX： 3、存储网络至少需8G链路； 在本方案中RAC的磁盘心跳走VPLEX存储网络，带宽至少要满足 10G 理论值：<100km，网络延迟不超过5ms； 实际案例：oracle官方建议不超过10KM，网络延迟不能超过 1ms；超过该距离性能会随着距离增加呈线性衰减。超过10KM要 借助波分复用设备来延伸距离。
相关技术资料
ORACLE原厂白皮书 \\10.194.50.44\平台运维科\8-其它\平台组台帐\双活技术 \oracle
基于VPLEX Metro的Extended RAC （EMC公司）
读/写---读/写 硬件平台最少配备： 2台EMC VPLEX设备 2台独立存储设备 光纤网络交换设备2台（用于连接VPLEX设备、服务器、存储设 备） 4台Oracle数据库服务器 1台VPLEX Witness仲裁服务器 1台位于第三站点的仲裁服务器（挂载仲裁盘） 网络：以太网路由及交换设备则包括广域网互联设备（10KM以上 使用波分复用设备）、每个站点的核心、汇聚、接入层设备
OracleExadata性能特性解析
The following is intended to outline our general product direction. It is intended for information purposes only, and may not be incorporated into any contract. It is not a commitment to deliver any material, code, or functionality, and should not be relied upon in making purchasing decisions. The development, release, and timing of any features or functionality described for Oracle’s products remains at the sole discretion of Oracle.12<Insert Picture Here>OracleExadata性能特性解析 OracleExadata性能特性解析杨中 Real World Performance Group Server TechnologiesAgenda• Exadata Overview • Exadata Features<Insert Picture Here>4Exadata Overview5Exadata Overview - Hardware ArchitectureDatabase Grid• 8 Dual-processor x64 database servers OR • 2 Eight-processor x64 database servers • 14 High-performance low-cost storage servers• 100 TB High Performance disk, or 336 TB High Capacity diskInfiniBand Network• Redundant 40Gb/s switches • Unified server & storage network• 5.3 TB PCI Flash • Data mirrored across storage servers6Exadata Overview - Storage Server• High-performance storage server built from industry standard components • 12 disks - 600 GB 15000 RPM High Performance SAS or 2TB 7200 RPM High Capacity SATA • 2 Six-Core Intel Xeon Processors (E5640) • Dual ported 40 Gb/sec InfiniBand • 4 x 96 GB Flash Cards • Intelligent Exadata Storage Server Software7Exadata Overview - Performance8Exadata Features9Exadata Features• Exadata Smart Scans – 10X or greater reduction in data sent to database servers • Exadata Storage Indexes – Eliminate unnecessary I/Os • Hybrid Columnar Compression – Efficient compression increases effective storage capacity and increases user data scan bandwidths by a factor of up to 10X • Exadata Smart Flash Cache – Breaks random I/O bottleneck by increasing IOPs by up to 20X – Doubles user data scan bandwidths • I/O Resource Manager (IORM) – Enables storage grid by prioritizing I/Os to ensure predictable performance10Exadata Features –Smart ScanTraditional Database I/O and SQL Processing ModelExadata Features –Smart ScanSmart Scan Offload ProcessingExadata Features –Smart Scan•Smart Scan Predicate Filtering•Smart Scan Column Filtering•Smart Scan Join Processing(Bloom filter)•Offload of SQL functions•Other Exadata Smart Scan Processing: RMAN Incremental Backups, RMAN Restores and tablespace creationExadata Features –Smart Scan •Prerequisites–cell_offload_processing= true (default)–Direct path read•Parallel•SerialExadata Features –Storage IndexesExadata Features –Storage Indexes•1MB disk storage unit•Transparent•7 columns per table can be built•In memory structure•Works with predicates <, <=, =, !=, >=, >, IS NULL, IS NOT NULLExadata Features –Hybrid Columnar Compression•EHCC is not pure columnar, it is hybrid columnar •Multiple Levels of compressionQuery low | Query high | Archive Low | Archive HighOperation Database Servers Storage Servers Compression Always Never Decompression Non-Smart Scan Smart ScanExadata Features –Smart Flash Cache•PCI cards instead of disks avoids slow disk interface •Data persistent over reboots•Integrated database and storage software ensure only frequently used data is cached•skips caching backup dataskips caching mirror copy write dataExadata Features –Smart Flash CacheExadata Features –I/O Resource ManagerThe preceding is intended to outline our generalproduct direction. It is intended for informationpurposes only, and may not be incorporated into any contract. It is not a commitment to deliver anymaterial, code, or functionality, and should not berelied upon in making purchasing decisions.The development, release, and timing of anyfeatures or functionality described for Oracle’sproducts remains at the sole discretion of Oracle.21。
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• 业界唯一能运行所有工作负载的数据库机 • 在多数据库、多应用、多用户环境下提供可预测的响应时间
Exadata保留并集成了Oracle30 年来积累的数据 库技术发展的重要成果和优化经验
为什么快？Exadata革命性的设计---Before/After
Exadata
DB Servers
7x24小时的不间断运行；受故障影响的用 户会自动连接到其他正常的服务器； -易于数据库系统的扩容：
- 成本更低 - 无须停机
- 几乎没有风险
Automatic Storage Management （ASM）
自动存储 管理
Oracle的虚拟存储池技术；
自动实现存储的条带化和冗余配置；
使数据库获得最高的存储访问性能；
请求 InfiniBand
Exadata Storage
高性能理由①
“Smart Scan”： 计算负载部分卸载至并行智
能存储层，并只传输经筛选的有用数据
高性能理由②
“综合列压缩(EHCC)”： 技术获得10x－50x 超
高压缩比，并提高磁盘I/O效率
高性能理由③
“Smart Flash Cache”： 高达5.3TB 的 Flash
数据库云服务器
• 最佳的数据仓库服务器
• 性能提高10-100倍 • 高达10倍的数据压缩 • 数据智能扫描能力 • 内存数据的并行查询
• 最佳的OLTP系统服务器
• 性能平均提高10-20倍 • 业界唯一的在真实用户环境中运行的网格数据库 • 智能闪存缓存提供20倍的磁盘IOPS能力 • 归档数据可达50倍的压缩能力 • 安全、容错的架构
Exadata满足数据中心建设关键需求
• 完整、预配置、经过严格测试的整体方案 • 极限性能，卓越的用户体验 • 高可靠性、扩展性满足业务长期发展 • 绿色数据中心 • 整体系统，易管理
Exadata 架构概述
单节点数据库
数据库处理层
RAC 数据库
超高速并发网络层
智能存储层
Exadata Cell
问题：昨天 的销售业绩 如何？
数据库网格
Select sum(sales) where Date=’24Sept’ …
构建并发 Smart Scan 请求
Exadata 智 能存储层
Smart Scan 在TB 级数据 中扫描匹配请 求的数据
SUM
仅仅返回满足 条件的数据
Exadata 混合列压缩
2004 支持在线添加和卸载磁盘；
降低存储的管理和维护的成本与风险；
与Oracle数据库无缝结合，为Oracle数据库提供 有效防止数据的丢失；
最高的性能保证；
Enterprise
企业管理
Manager（EM） 器
Oracle的远程数据库管理工具； - 基于Web方式 - 图形化界面
2001 - 支持数据库的自动故障诊断 - 支持智能的数据库性能诊断和调优 - 涵盖了所有的数据库管理功能 - 也可用于管理其他硬件和软件
• 数据库优化的网络，磁盘，操作系统，服务器 • 数年的调试,严格测试，预置的，无特殊配置问题
• 等同于经过Oracle专家级大师配置, 30 年的Oracle数据 库经验
端到端优化，没 • 运行现有 OLTP 和 DW 应用
有瓶颈
• 无需 Exadata 认证
在几天内部署完毕 ,而不是数月
• Oracle技术环境:技术, 知识库,人, 合作伙伴 • 磁盘到数据库的服务
数据库网格 • 8 高性能服务器
• 96核或128核 • 576 GB 内存 InfiniBand 网络
• 3 36-port 40Gb/s Infiniband 交换机
• 统一网络- 服务器 & 存储 • 相当于324 FC 端口
存储网格 • 14 高性能存储服务器
• 168 核CPU在存储中 • 100 TB 裸SAS磁盘存储
<Insert Picture Here>
Oracle技术方案建议
Exadata – Oracle 极限性能数据库云服务器
王健 资深咨询顾问 甲骨文（中国）
IT 的转变：从战术向战略发展
着眼现在，放眼未来
最小化成本
IT 作为运营支出
业务 基础架构
整合 虚拟化 能源效率 许可 应用程序/数据现 代化
InfiniBand 交换网络
Exadata Cell
Exadata Cell
Exadata – 数据处理架构的革命 打破数据带宽瓶颈
传统架构 •更大的带宽 传统4-8 Gb/S
•更少的数据传输
Exadata架构 Exadata: 40Gb/S
Exadata –智能扫描 技术
Exadata为什么快10-100x倍?
数据库服 务器11g
- 高可用性 2007 - 高可扩展性
- 易管理性
- 高安全性
经过3年多的客户使用，已经进入技术成熟期；
Partitioning 分区
1998
提高大数据量、高并发业务的数据库的性能； 改善数据的可管理性；
对客户的价值
与全球50%的数据库用户一起，在Oracle数 据库技术构建先进、稳定、可靠的IT平 台；
在不改变硬件配置的情况下，获得几 倍的性能提升； 更好的性价比；
混合列压缩技术 软件 技术
智能闪存技术
具有： - 10倍的普通数据压缩能力 - 最大50倍的归档数据压缩能力
支持以压缩方式传输数据，降低数据IO的压 力； 目前业界唯一的基于闪存的优化技术； 自动识别热点数据，并存储到闪存上； 将大部分的磁盘访问转换为对闪存的访问； 性能因此提升几倍；
或者 336 TB SAS磁盘存储 • 5 TB 闪存 • 涵盖整个存储服务器的数 据镜像
标准化，部署简单;整体架构平衡及优化
• 客户化配置的系统无法达到最佳性能 • 各部件不平衡，错误配置，瓶颈
• Exadata是完全端到端优化配置、调试好,随付即用
• 2位数 GB/秒磁盘到数据库的数据传输 • 磁盘，闪存，控制器，总线，HBA, 网络，CPU等
最大化回报
技术作为竞争武器
Internet 基础架构
伸缩 优化的系统 开放性 性能 加速实施 原有系统转型 大量数据功能
大型业务系统的关键需求
• 多采用集中模式
• 成熟、先进的技术 • 大用户数并发：对数据库服务器及应用服务器的压力 • 大数据量存储管理 • 高性能的数据处理能力 • 强大的数据分析能力 • 高可用性，7x24小时可访问 • 按需扩展，随业务发展而水平扩展 • 数据的交换、存储很高的安全性要求，隐私保护
多种好处
Exadata 存储索引
无需任何DB开销即可透明地降低 I/O负荷
Table
A BCD 1 3 5 5 8 3
索引
• Exadata 存储索引在内存中保存表数据的汇总信息
• 存储列的 MIN 和 MAX 值 • 通常每 MB 磁盘空间建立一个索引项
Min B = 1 • 如果 MIN 和 MAX 值不匹配查询的“where”子句，
消除或降低数据量不断增长对数据库性能 的影响； 提高数据访问效率； 提高数据备份效率；
Real Application Cluster（RAC）
真正应用 集群
-不再担心数据库的单点故障，实现真正的
支持通过增加新主机方式的数据库的横向扩展；
2001
支持透明应用失败切换； 消除数据库主机的单点故障；
降低数据库系统的建设成本和扩容成本
• 未来对数据中心的建设考虑
• 绿色计算 • 统一管理 • 统一灾备
目前ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱT领域的热门话题-云计算/云服务
对用户抽象的、大规 模的、自我管理的基 础设施
廉价的商品化设备
资源动态分配、按需 伸缩，应用服务不依 赖固定的资源
没有系统边界
灵活和易扩展 每次使用付费 面向服务
IT服务的交付和使用模式，指 没有物理或地理限制
通过网络以按需、易扩展的方
式获得所需的服务。这种服务
全局服务
可以是IT和软件、互联网相关 的，也可以是任意其他的服
经济性/更绿色
务，它具有超大规模、虚拟化、
可靠安全等特点
用户服务与操作系 统和应用程序体系
结构无关
无需用户长期的承诺 “互联网为中心的计算”
无需安装任何硬件或软件 即可得到服务
Oracle极限性能数据库一体机-Exadata
Cache，随机I/O性能高达1M IOPS
高性能理由④
“Infiniband ”: 提供40Gb/s 端口带宽，聚
合带宽高达880Gb/s , 端口延时(0.1um ）小于以 太网的 1/1000
Smart Scan、EHCC、Smart Flash Cache等 是Oracle Exadata 独有的关键性能突破技术
EExxaaddaattaa 是是完完全全优优化化的的、、预预配配置置的的、、严严格格测测试试的的超超级级性性能能数数据据库库平平台台
解解决决传传统统的的系系统统配配置置中中的的II//OO瓶瓶颈颈 利利用用标标准准的的、、工工业业化化组组件件提提供供一一个个低低TTCCOO的的系系统统 严严格格测测试试的的、、预预配配置置的的系系统统提提供供极极限限的的性性能能 存存储储的的自自动动化化管管理理和和操操作作提提供供线线性性扩扩展展的的高高性性能能和和低低运运营营成成本本
直接获得产品中自带的全冗余设计架 构； 不需要担心任何硬件的单点故 障；
Exadata满足数据中心建设关键需求
• 完整、预配置、经过严格测试的整体方案 • 极限性能，卓越的用户体验 • 高可靠性、扩展性满足业务长期发展 • 绿色数据中心 • 整体系统，易管理