ANÁLISE DE PERFORMANCE DO BANCO DE

ANÁLISE DE PERFORMANCE DO BANCO DE DADOS ORACLE 11G R2
COM DIFERENTES TECNOLOGIAS DE ARMAZENAMENTO
Anderson Marcelo de Oliveira1, Fábio Samuel dos Santos Canedo1, Renato
Yoshiaki Correia Himeno1, Gustavo Bruschi¹
1
Curso de Tecnologia em Banco de Dados - Faculdade de Tecnologia de Bauru
(FATEC)
Rua Manoel Bento da Cruz, nº 30 Quadra 3 - Centro - 17.015-171 - Bauru, SP - Brasil
{andmarcelo.fatec, acheroniano, renatoych}@gmail.com,
[email protected]
Abstract. The purpose of this article was to present concepts, tools, techniques
and analyzes in order to identify the most appropriate data storage technology
and obtain the highest performance in information retrieval in a database.
Besides the concept definitions, the Database Management System, the
specific benchmark tool and the result analyzes of the performance tests
related to the response time in data recovery will be approached. After the
result analyses, a Database Administrator will have information to make the
best decision to implement a data storage solution. In conclusion, the best
performance was achieved through the solid state disk, there was a significant
difference in response time.
Resumo. Este artigo apresenta conceitos, ferramentas, técnicas e análises
capazes de identificar qual a mais adequada tecnologia de armazenamento de
dados, visando obter a mais alta performance possível na recuperação das
informações em um banco de dados. Definidos os conceitos, serão abordados
o banco de dados, a ferramenta específica de benchmark e a análise dos
resultados dos testes de performance referentes ao tempo de resposta na
recuperação dos dados. Após as análises dos resultados, o administrador de
banco de dados poderá ter informações para tomar a melhor decisão possível
para a implantação de uma solução de armazenamento de dados. Conclui-se
que o disco em estado sólido demonstrou desempenho superior em relação às
demais tecnologias de armazenamento testadas nos ambientes propostos,
obtendo uma diferença significativa no quesito tempo de resposta.
1. Introdução
O armazenamento de informações em bancos de dados informatizados tende a crescer
diariamente. Instituições, empresas e usuários necessitam de segurança no
armazenamento dos dados, além de cópias de segurança para corrigir eventuais erros,
ataques cibernéticos ou desastres. Como resultado dessa inovação os bancos de dados se
tornaram relativamente volumosos e pouco performáticos. Com isso, as empresas
devem buscar soluções que visem otimizar sua performance, sendo que, uma das
alternativas seria comparar através de análises de performance qual é a melhor opção de
meio de armazenamento dos dados, entre as diversas opções de mercado.
O desempenho ao gravar e/ou recuperar informações em um banco de dados
pode estar relacionado a diversos fatores, entre os quais: o sistema operacional, o
hardware utilizado, a infraestrutura de rede, a programação da aplicação e, também, os
meios de armazenamentos, bem como, suas tecnologias utilizadas. O desempenho de
um banco de dados é um fator a ser considerado ao pensarmos em sua disponibilidade.
Para Hatamura (2012), otimizar o desempenho de um banco de dados é reduzir o
tempo de resposta, aperfeiçoar o rendimento do servidor de banco de dados, reduzir o
tráfego de rede e reduzir o tempo de Input/Output (I/O). Isso tudo, envolve mudar
aplicações, estrutura de dados do banco e parâmetros de um Sistema Gerenciador de
Banco Dados (SGBD), configurar adequadamente um sistema operacional e/ou o
hardware, dimensionar adequadamente o meio de armazenamento utilizado.
No âmbito do banco de dados, o profissional responsável por sua administração
é o Administrador de Banco de Dados (DataBase Administrator ou DBA), o qual deve
procurar formas e tecnologias para otimizar a performance da recuperação dos dados.
A tecnologia de armazenamento de dados é um conceito extremamente
abrangente, envolvendo equipamentos físicos, tipos de discos, placas controladoras,
técnicas para se utilizar os discos, entre diversos outros conceitos que podem estar
correlacionados à tecnologia de armazenamento de dados. Conforme Pichiliani (2013),
profissionais da área de Tecnologia da Informação, especialmente um DBA, tem que ser
capaz de justificar mudanças de recursos tecnológicos, tomando como alicerce de suas
propostas mais do que intuição ou ideias.
O DBA deve ser capaz de justificar uma melhoria ao se utilizar uma
funcionalidade ou uma mudança de equipamento, pois precisa demonstrar
quantitativamente melhorias de desempenho no banco de dados. É inadequado um DBA
dizer que tomou tal atitude ou utilizou certo equipamento sem fundamentação teórica,
alegando que ouviu dizer que uma determinada funcionalidade era melhor. [Pichiliani
2013]
Este estudo tem por objetivo simular um ambiente real de trabalho em um
SGBD, utilizando um software de benchmark e, com ele, analisando como diferentes
tecnologias de armazenamento impactam diretamente em seu ambiente de produção.
Pretende-se avaliar o tempo de resposta das informações nos testes de benchmark,
podendo auxiliar profissionais de tecnologia da informação na criação, alteração ou
afinamento (tunning) de sua infraestrutura de tecnologia da informação.
Neste trabalho serão descritos conceitos sobre tecnologias de armazenamentos, a
criação de um servidor de banco de dados, a utilização do software de benchmark, o
qual executa transações e simula o ambiente de uma indústria, quando então serão
analisados os resultados de cada tecnologia e comparados entre si. Enfim, será realizada
uma análise geral e a conclusão de qual tecnologia apresenta o melhor desempenho.
2. Referencial Teórico
2.1. Banco de dados
Um Banco de Dados pode ser definido como uma coleção de dados logicamente
coerentes entre si. Tais dados são gerenciados, interpretados e manipulados de acordo
com uma necessidade especifica. Segundo Elmasri e Navathe (2011), bancos de dados
são um dos componentes essenciais da vida em sociedade e a maioria das pessoas
encontra diariamente diversas atividades nas quais elas interagem com um banco de
dados.
Para os autores, a definição de um banco de dados passa pelo processo de definir
os tipos, estruturas e restrições lógicas dos dados a serem armazenados. Uma das fases
da construção do banco de dados é a escolha do seu meio de armazenamento. [Elmasri e
Navathe 2011]
A figura 1 demonstra um modelo de banco de dados relacional que pode ser
representado através de tabelas, cada uma delas com sua própria denominação, as quais
se relacionam através de um elemento comum, chamada de chave primária, que atenda
às restrições impostas pelo próprio modelo, garantindo a integridade dos dados. A
tabela é considerada uma relação, as linhas da tabela serão chamadas de tuplas e as
colunas de atributos. O número total de atributos da tabela será chamado de grau,
enquanto que o número de tuplas será a cardinalidade e o conjunto de valores válidos
para um determinado atributo é chamado de domínio. [Tanenbaum 2000]
Figura 1. Esquema de um banco de dados relacional
Fonte: Silberschatz (2006)
2.2. Banco de Dados Oracle
A Oracle Corporation, mais conhecida como Oracle, é uma empresa americana com
sede na cidade de Redwood City no estado da Califórnia. De acordo com a Oracle
(2013), seu principal produto é o Oracle Database que possui as versões Express
Edition, Standard Edition, Standard Edition One e Enterprise Edition atualmente na
versão 12C release 1.
Segundo a Oracle (2013) o Banco de Dados ORACLE segue o modelo
relacional evoluindo continuamente a cada versão, além de oferecer ferramentas de
gerenciamento dos dados armazenados, provê escalabilidade, segurança e alto
desempenho para o armazenamento de dados. Conforme relatam Bryla e Loney (2007,
p. 30) “Os arquivos de banco de dados Oracle são agrupados em uma ou mais
tablespaces.”
Para Cyran (2005), enquanto uma tablespace é uma divisão lógica, um datafile é
uma divisão física que por sua vez pode fazer parte de uma ou mais tablespaces.
Uma instância Oracle, conceito fundamental na estrutura do banco de dados
Oracle, é uma combinação de área de memória reservada e processos em background
usados para gerenciar o acesso às informações armazenadas no banco de dados. [Oracle
2013]
3. Tipos de discos e tecnologias relacionadas
Tecnologias de armazenamento, comumente, são classificadas em função de sua
interface com o sistema, arquitetura e rotações por minuto (exceto disco sólido). Para
Faria (2011), essas interfaces especificam a forma que os dispositivos devem ser
conectados fisicamente aos outros dispositivos do computador e qual protocolo de
comunicação será utilizado, isso determina as velocidades (taxa de transferência) nas
quais os dados, nas tecnologias de armazenamento são armazenados (write) e
recuperados (read).
3.1. IDE/ATA
De acordo com Shrivastava e Somasundaram (2009), a interface de comunicação
Advanced Techonology Attachment (ATA), conhecida também por Integrated Device
Electronics (IDE), é uma interface de comunicação de dispositivos com a placa-mãe.
Durante muito tempo foi uma interface muito utilizada para computadores pessoais.
Para os mesmos autores, o disco IDE/ATA (o qual suporta o protocolo IDE) e o
termo IDE/ATA sinalizam uma convenção de dois nomes para gerações e variantes
desta interface. O componente IDE fornece a especificação dos controladores
conectados à placa-mãe do computador enquanto que o componente ATA é a interface
para conexão dos dispositivos de armazenamento com a placa-mãe.
Segundo o relato de Rocatto Júnior (2006, p. 4), “No IDE/ATA, a transmissão é
paralela e feita de modo half-duplex. É utilizado um conector de 40 pinos”. Para
Tampelini (2012), em 1986 a união entre as empresas Western Digital, Compaq
Computer e Control Data Corporation construiu a interface ATA, no início essa
interface foi comercializada com o nome de IDE e, depois de alguns anos, padronizaram
o nome para ATA/IDE. Conforme aponta Faria (2011), a taxa de transmissão acima de
133 MB/s na ATA/ATAPI 8 já estava chegando ao seu limite por causa do problema de
interferência no cabo.
3.2. SATA
SATA (Serial ATA) é uma interface de comunicação de disco ou dispositivos que faz a
transferência de dados de forma serial, um bit por vez. Essa interface foi a substituta da
IDE/ATA. Conforme descreveram Shrivastava e Somasundaram (2009), SATA é uma
versão serial da interface IDE/ATA, além de ser uma tecnologia de interface de discos
que foi criada por um grupo importante de fornecedores de hardware para substituir o
ATA paralelo.
Para Yamakawa (2008), uma característica do SATA é a possibilidade do uso da
técnica “hot-swap”, que torna possível a troca de um dispositivo SATA com o
computador ligado. Citando o exemplo, existe a possibilidade de trocar um disco rígido
sem a necessidade de desligar o computador, um recurso muito útil em servidores que
precisam de manutenção, mas não podem estar indisponíveis em tempo algum. Segundo
Rocatto Júnior (2006), no SATA a transmissão é realizada de forma paralela e opera de
modo full-duplex, o dispositivo é capaz de enviar e receber dados simultaneamente, e
uma das características do conector SATA é possuir 7 (sete) pinos.
Foi relatado por Shrivastava e Somasundaram (2009), que a limitação da
transmissão de dados da interface SATA é de um metro, permitindo velocidades de até
150 MB/s, porém, melhorias no SATA já incrementaram a velocidade de transferência
de dados para até 600 MB/s.
3.3. SSD
De acordo com Janssen (2013), a tecnologia SSD, que significa Solid State Drive (disco
de estado sólido), ou disco eletrônico, na verdade não é um disco ou possui motores
mecânicos para ler ou gravar seus dados, o SSD é um dispositivo de armazenamento de
dados usando circuitos integrados que armazenam os dados de forma persistente.
Segundo o mesmo autor, esses circuitos integrados conhecidos como NAND flash
memory, são o núcleo dos dispositivos USB conhecidos como pendrives, das memórias
em formato de cartão e dos discos de estado sólido.
Conforme relatam Cardoso e Vasconcelos (2012), atualmente existem dois tipos
básicos de SSD, os baseados em memórias Single Level Cell (SLC) e os baseados em
memórias Multi Level Cell (MLC). Nas memórias utilizadas nos SSDs, cada célula é
composta de um é único transistor. A diferença chave entre as memórias SLC e MLC, é
que as SLC guardam apenas 1 bit em cada célula, enquanto as do tipo MLC conseguem
guardar 2 bits em cada célula. No entanto as SLC são mais confiáveis, pois resistem a
ciclos de escritas 10 vezes maiores que as MLC, além de serem mais rápidas. Porém
essas memórias são mais caras, sendo preferencialmente voltadas ao mercado
corporativo. Além disso, o adjetivo que mais tem sido empregado para descrever as
novas tecnologias é “verde”. Os dispositivos de memória SSD colaboram com esse
quesito, pois foram criados para reduzir o consumo energético e garantir melhor
eficiência com os recursos que utiliza.
3.4. RAID
Segundo Shrivastava e Somasundaram (2009), a tecnologia “Redundant Array of
Independent Disks” (RAID) possibilita o uso de múltiplos discos em conjunto, o qual
fornece proteção aos dados contra falhas de Hard Disk Drives (HDDs), essa tecnologia
também pode ser aplicada em storage. De forma geral o RAID gera um aumento de
desempenho de entrada e saída de dados no sistema de armazenamento, devido ao uso
de vários HDDs.
Shrivastava e Somasundaram (2009), afirmam que a tecnologia RAID deixou de
ser um conceito acadêmico para se tornar um padrão da indústria. Ainda, segundo os
mesmos autores, existem dois tipos de implementação de RAID: em software ou em
hardware, entretanto, o tipo que proporciona maior confiabilidade, compatibilidade e
desempenho são as implementações realizadas via hardware, o qual pode ser
implementado através de placas controladoras ou através de storages externos que
apresentam os volumes para o host, e estes se comunicam através de um protocolo
suportado pelo conjunto de discos.
De acordo com Shrivastava e Somasundaram (2009), existem diversos tipos de
RAID, conforme é demonstrado na Figura 2 abaixo. No RAID 0 (Stripping), os dados
são distribuídos entre os discos que estão alocados na RAID, não possui segurança, pois
a perda de um disco representa a perda do array. Para os mesmos autores, no RAID 1
(Mirroring) os dados são gravados simultânea e identicamente em dois ou mais discos,
a falha de um disco não acarreta a perda de dados. Entretanto, no RAID 1+0, também
conhecido como RAID 10, é realizada a combinação de striping e mirroring, quando
então os dados são primeiro espelhados e depois distribuídos. Finalmente, o RAID 5
exige no mínimo três discos para ser implementado. Nessa configuração, ele (RAID)
distribui os dados e os códigos de paridade desses dados entre os discos da array. Se um
disco falhar não há perda de informações. Os dados e a paridade desses dados são
usados para reconstruir o disco que falhou. O RAID 5 é o preferido para mensagens de
e-mail, data mining, serviços de media, além de SGBDs, pois otimiza os acessos aos
dados. [Shrivastava e Somasundaram 2009]
Figura 2. Quadro explicativo sobre os tipos de RAID
Fonte: ITnerante (2013)
4. Benchmark em Banco de Dados
Segundo Nascimento, Pires e Salgado (2005), benchmarks são padrões de testes
utilizados em comparações de sistemas computacionais. Tais padrões geram medidas
quantitativas de desempenho capazes de serem comparadas com as de outros sistemas.
Conforme Ciferri (1995), a avaliação de desempenho através da técnica de
benchmark implica a implementação e posterior execução de um conjunto de programas
em um dado sistema computacional. Ao se avaliar o desempenho, insere-se uma
sobrecarga de execução específica, gerada pelo próprio benchmark, a essa sobrecarga de
execução dá-se o nome de carga de trabalho do benchmark e engloba todos os processos
criados ou acionados para execução, direta ou indiretamente pelo benchmark.
As métricas dos benchmarks computacionais podem medir rapidez (em qual
velocidade a carga de trabalho foi completada) ou vazão (quantas cargas de trabalho por
unidade de tempo foram medidas). Ao executar o benchmark em múltiplos
computadores é possível realizar comparações. [Gray 1993]
4.1. Benchmark Factory
Conforme Dell Software (2013), o Benchmark Factory é uma ferramenta de teste de
desempenho desenvolvida pela QUEST que permite conduzir a reprodução de carga de
trabalho do banco de dados, teste de desempenho com padrões do setor e teste de
escalabilidade. Essa ferramenta permite que alterações sejam implementadas em um
ambiente de banco de dados com confiança, reduzindo os riscos associados com
patches, upgrades, migrações e ajustes nas configurações da máquina virtual, ela simula
cargas de trabalho de aplicações do banco de dados usando comparações de
desempenho com padrões do setor (AS3AP, hardware escalável, TPC-B, TPC-C, TPCD, TPC-H e TPC-E).
O Transaction Processing Performance Council (TPC) Benchmark C é um
processamento de transação em tempo real (OLTP), sendo mais complexo do que os
benchmarks OLTP anteriores, por causa de suas múltiplas transações, sua estrutura de
banco de dados complexa e sua estrutura de execução. TPC-C envolve uma mistura de
cinco transações simultâneas de tipos diferentes e execuções complexas. [Raab 2010]
Segundo Lima (2008), o benchmark TPC-C é composto de uma série de
transações projetadas para simular um típico sistema de aquisição de produtos, com as
funcionalidades comumente encontradas nessas aplicações, tais como criação de novos
pedidos, realização de pagamentos, registro de saída de produtos, verificação do estado
de um pedido, entre outras. Essas transações possuem as quatro propriedades do ACID
(atomicidade, consistência, isolamento e durabilidade).
5. Materiais e Métodos
Para a criação dos ambientes necessários para a realização dos testes foi utilizado um
computador hospedeiro com processador AMD Athlon II X3 450 3.2 GHz, com 16 GB
DDR3 de memória RAM da marca Kingston, placa-mãe ASUS modelo M4A88TD-M,
executando o Sistema Operacional Windows Server 2008 Standard Edition de 64 bits.
Nessa máquina, foram instalados em cada uma das tecnologias de armazenamento
analisadas: o Banco de Dados Oracle 11g Release 2 Standard Edition e o Benchmark
Factory. Para cada teste foi utilizada uma tecnologia de armazenamento diferente.
Foram realizados testes nas modalidades SINGLE (com apenas um disco) e utilizandose da tecnologia RAID 0, RAID 1 e RAID 5 (mais de um disco para cada tecnologia).
As tecnologias de disco utilizadas foram: 3 discos rígidos IDE Maxtor de 7200
RPM de 160 GB de capacidade de armazenamento e com interface ATA (100 MB); 3
discos SATA Seagate de 7200 RPM com capacidade de 2 TB e interface SATA II (300
MB); e 3 discos em estado sólido SSD Samsung com capacidade de armazenamento de
120 GB e interface SATA III (600 MB). As placas controladoras de RAID utilizadas
foram uma AMD AHCI COMPATIBLE RAID CONTROLLER para os discos SATA e
SSD, e uma placa controladora PROMISE ULTRA 100 TX2 CONTROLLER.
Em cada teste foi instalado o SGBD do Banco de Dados ORACLE versão 11g
Release 2 Standard Edition, o qual fora escolhido por ser um banco de dados
corporativo com uma expressiva aceitação mercadológica, além de ter sido esta a versão
adotada durante todo o período acadêmico. Para os testes foi utilizado o Benchmark
Factory x64 6.9.3 da marca DELL, que é um conceituado software de benchmark. O
tipo de teste TPC-C foi escolhido, pois é um padrão mundial de testes de benchmark
voltado para simulação de uma indústria, realizando muitas transações, como a criação
de tabelas, inserção de dados, consultas, procedures, ou seja, tudo que simula um
ambiente real de uma empresa ao utilizar um sistema corporativo. Além disso, esse
software possui a função Scale, que foi manipulada para aumentar o tamanho do banco
de dados a ser testado. A escala escolhida foi 200, isso possibilitou a criação imediata
de uma grande quantidade de dados, deixando o banco com 12,78 GB. Quanto à
quantidade simulada de usuários conectados simultaneamente, realizamos análises com
1; 10; 50 e 100 usuários. Essa prática nos proporcionou verificar como se comporta
cada tecnologia de disco sendo acessada por poucos ou muitos usuários.
Primeiramente, foram realizados os testes SINGLE (apenas um disco de cada
tecnologia), depois foram feitos os testes com as tecnologias RAID 0, RAID 1 e RAID
5. Em cada modalidade fizemos os comparativos, observando qual a tecnologia
apresentou melhor tempo de resposta (em segundos), levando-se em conta a quantidade
de usuários conectados e realizando transações. O tempo de resposta foi eleito o
principal comparativo nestas análises porque retrata com grande exatidão o quanto ele
impacta no usuário final, independente se o usuário fez uma simples consulta ou gerou
relatórios complexos.
As tabelas, as imagens e os gráficos demonstram a sequência dos testes
realizados, os resultados obtidos com o tempo de resposta em cada teste demonstram a
diferença de performance do SGBD entre as tecnologias de RAID e os discos utilizados
no escopo do trabalho.
6. Resultados Obtidos
Para este trabalho foram elaborados testes simulando um ambiente real de produção
com o software de benchmark, priorizando essencialmente o tempo de resposta obtido
em cada tecnologia de armazenamento, tanto no modo único (single), como também
utilizando conjunto de discos (array), nas modalidades RAID 0, RAID 1 e RAID 5. Ao
final das análises, poderemos observar um quadro comparativo demonstrando a
tecnologia de discos que obteve melhor resultado no ambiente proposto.
6.1. Teste com a tecnologia de armazenamento IDE (Single)
Na tabela e gráfico a seguir estão especificados os resultados dos testes utilizando-se
apenas um disco rígido com interface IDE.
Tabela 1. Resultado dos testes com disco rígido IDE
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga
de
Usuários
1
5
10
50
100
Transações
por
Segundo
0,067
0,222
0,521
2,637
5,266
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
0,367
0,261
0,295
0,243
0,213
Tempo Médio de
Transações(seg)
Quantidade de
Execuções
Quantidade
de Linhas
Erros
0,372
0,261
0,298
0,251
0,221
11
41
98
476
947
11
50
116
647
1.268
0
0
0
0
0
Nota-se que na tabela 1, ao aumentar a carga de usuários, o número de
transações por segundo é acrescido consideravelmente, ou seja, com uma maior
quantidade de transações no banco de dados o tempo médio de resposta diminui,
obtendo por consequência um retorno mais rápido. Percebe-se que iniciamos com 0,067
transações por segundo e terminamos com 5,266 transações por segundo com 100
usuários conectados ao banco, tendo como média de tempo de resposta 0,213 segundos,
média de tempo de transação 0,221 segundos, um total de execuções de 947 e o total de
linhas de 1.268. A duração completa do teste foi de 22 minutos e 42 segundos.
Imagem 1. Média do tempo de resposta em milissegundos
Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware
Notamos na imagem 1, a qual é a representação do ambiente descrito na tabela
1, que o tempo de resposta se inicia acima de 367 milissegundos e ao passo que as
instruções estão sendo gravadas na área de memória o tempo diminui, atingindo o
tempo de resposta mais rápido em 213 milissegundos com 100 usuários conectados
simultaneamente no banco de dados.
6.2. Teste com a tecnologia de armazenamento SATA (Single)
A tabela e o gráfico a seguir apresentam os resultados dos testes utilizando um disco
rígido SATA.
Tabela 2. Resultado dos testes com um disco rígido SATA
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga
de
Usuários
1
5
10
50
100
Transações
por
Segundo
0,067
0,219
0,524
2,657
5,270
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
0,360
0,215
0,206
0,170
0,155
Tempo Médio de
Transações(seg)
Quantidade de
Execuções
Quantidade
de Linhas
Erros
0,366
0,216
0,208
0,174
0,161
11
40
98
483
944
11
49
116
652
1.283
0
0
0
0
0
Nota-se na tabela 2 que ao passarmos uma carga de 100 usuários ao software de
benchmark, obtivemos 5,260 transações por segundo em um tempo médio de resposta
de 0,155 segundos, numa média de 0,161 de segundos no total das transações,
executando 944 operações, em 1.283 linhas sem apontar nenhum erro e a duração
completa do teste foi de 22 minutos e 37 segundos.
Imagem 2. Média do tempo de resposta em milissegundos
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Nota-se na imagem 2, a qual retrata a representação do ambiente descrito na
tabela 2, o tempo de resposta iniciando abaixo dos 360 milissegundos, ao passo que as
instruções estão sendo gravadas, ele atinge o tempo de resposta mais rápido de 155
milissegundos com 100 usuários simultâneos no banco de dados.
6.3. Teste com a tecnologia de armazenamento SSD (Single)
Na tabela e no gráfico a seguir estão relatados os resultados dos testes utilizando um
disco SSD.
Tabela 3. Resultado dos testes com disco sólido SSD
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga
de
Usuários
1
5
10
50
100
Transações
por
Segundo
0,666
0,220
0,544
2,660
5,350
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
0,068
0,031
0,040
0,030
0,023
Tempo Médio
de
Transações(seg)
0,069
0,031
0,041
0,031
0,024
Quantidade
de
Execuções
12
42
100
485
952
Quantidade
de Linhas
Erros
12
51
118
645
1.308
0
0
0
0
0
Podemos observar na tabela 3 que ao efetuarmos uma carga de cem usuários no
software de benchmark, obtivemos 5,350 transações por segundo em um tempo médio
de resposta de 0,023 segundos, com a média de 0,024 segundos no total das transações,
executando-se 952 operações em 1.308 linhas sem nenhum erro retornado. A duração
total do teste foi de 23 minutos e 12 segundos.
Imagem 3. Média do tempo de resposta em milissegundos
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Percebe-se na imagem 3, a qual é a representação do ambiente descrito na tabela
3, que o tempo de resposta se inicia abaixo dos 68 milissegundos e conforme as
instruções vão sendo gravadas, é atingido o tempo mínimo de resposta de 23
milissegundos, com 100 usuários conectados simultaneamente ao banco de dados.
6.4. Comparação das tecnologias de armazenamento
O gráfico a seguir mostra o comparativo das diferentes tecnologias de armazenamento
na modalidade Single.
Gráfico 1. Comparação dos resultados das análises realizadas com as
tecnologias de disco IDE, SATA e SSD com um único disco
(Fonte: Arquivo pessoal - simulação no software de Benchmark Factory freeware)
No comparativo dos resultados pode ser observado que o disco em estado sólido
(SSD) demonstrou desempenho superior em relação às demais tecnologias testadas no
ambiente proposto, obtendo grande diferença no quesito “tempo de resposta”. O disco
SATA possui uma pequena vantagem de performance em comparação ao disco IDE.
Nesta simulação com cem usuários conectados, o SSD se apresentou
aproximadamente 9,26 vezes mais rápido, no que se refere ao tempo médio de resposta,
que a tecnologia IDE. Entretanto, comparado aos resultados da tecnologia SATA
adotando-se o mesmo ambiente de testes, o SSD é aproximadamente 6,73 vezes mais
rápido em tempo médio de resposta. Enfim, a tecnologia SATA se mostrou
aproximadamente 1,37 vezes mais rápida do que a IDE.
6.5. Teste com a tecnologia de armazenamento IDE em RAID 0
Na tabela e gráfico a seguir estão especificados os resultados dos testes com dois discos
rígidos de interface IDE utilizando-se a técnica de RAID 0.
Tabela 4. Resultado dos testes com disco rígido IDE em RAID 0
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga
de
Usuários
1
5
10
50
100
Transações
por
Segundo
0,067
0,219
0,517
2,627
5,204
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
0,422
0,306
0,358
0,339
0,358
Tempo Médio
de
Transações(seg)
0,429
0,308
0,361
0,350
0,373
Quantidade
de
Execuções
11
40
97
473
942
Quantidade
de Linhas
Erros
11
49
115
623
1.281
0
0
0
0
0
Nota-se na tabela 4 que ao aumentar a carga de usuários o número de transações
por segundo aumenta consideravelmente, devido a essa maior quantidade de transações
no banco de dados, o tempo médio de resposta caiu drasticamente. Quanto a isso,
conclui-se que como o DataBase Buffer Cache do Oracle trabalha com blocos de dados
e atua no gerenciamento e otimização dos dados armazenados em memória, há uma
queda brusca no processamentos das transações quando o software de análise passa de 1
para 5 usuários. Sendo assim, a carga de processamento se mostrou extremamente mais
eficaz. Continuando a análise de resultados, percebe-se que iniciamos com 0,067
transações por segundo e terminamos com 5,204 transações por segundo com 100
usuários conectados ao banco, tendo como média de tempo de resposta 0,358 segundos,
média de tempo de transação 0,373 segundos, um total de execuções de 942 e o total de
linhas de 1281. A duração completa do teste foi de 22 minutos e 43 segundos.
Imagem 4. Média do tempo de resposta em milissegundos
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Notamos que na imagem 4, sendo ela a representação do ambiente descrito na
tabela 4, o tempo de resposta se inicia acima de 422 milissegundos, porém, ao passo que
as instruções são gravadas na área de memória o tempo diminui, atingindo o tempo de
resposta mais rápido em 358 milissegundos com 100 usuários conectados
simultaneamente no banco de dados.
6.6. Teste com a tecnologia de armazenamento SATA em RAID 0
Na tabela e gráfico a seguir estão especificados os resultados dos testes com dois discos
rígidos de interface SATA utilizando-se a técnica de RAID 0.
Tabela 5. Resultado dos testes com discos rígidos SATA em RAID 0
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga
de
Usuários
1
5
10
50
100
Transações
por
Segundo
0,067
0,218
0,528
2,650
5,299
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
0,258
0,182
0,178
0,133
0,114
Tempo Médio de
Transações(seg)
Quantidade de
Execuções
Quantidade
de Linhas
Erros
0,262
0,183
0,179
0,136
0,117
11
41
99
482
947
11
50
117
642
1.285
0
0
0
0
0
Nota-se na tabela 5 que ao enviar uma carga de 100 usuários ao software de
benchmark, obtivemos 5,299 transações por segundo, em um tempo médio de resposta
de 0,114 segundos, com uma média de 0,117 de segundos no total das transações,
executando 947 operações em 1.285 linhas e sem nenhum erro ocorrido. A duração
completa do teste foi de 22 minutos e 54 segundos.
Imagem 5. Média do tempo de resposta em milissegundos
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Percebe-se na imagem 5, a qual é a representação do ambiente descrito na tabela
5, que o tempo de resposta se inicia em 258 milissegundos e ao passo que as instruções
estão sendo gravadas atingiu-se o tempo mínimo de resposta de 114 milissegundos, com
100 usuários simultâneos no banco de dados.
6.7. Teste com a tecnologia de armazenamento SSD em RAID 0
Na tabela e gráfico a seguir estão demonstrados os resultados dos testes com dois discos
rígidos de interface SSD utilizando-se a técnica de RAID 0.
Tabela 6. Resultado dos testes com discos sólidos SSD em RAID 0
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga
de
Usuários
1
5
10
50
100
Transações
por
Segundo
0,066
0,220
0,544
2,654
5,339
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
0,070
0,031
0,039
0,029
0,022
Tempo Médio
de
Transações(seg)
0,072
0,032
0,039
0,030
0,023
Quantidade
de
Execuções
12
42
100
483
952
Quantidade
de Linhas
Erros
12
51
118
624
1.309
0
0
0
0
0
Podemos observar na tabela 6 que ao efetuarmos uma carga de cem usuários no
software de benchmark, obtivemos 5,339 transações por segundo em um tempo médio
de resposta de 0,022 segundos, com a média de 0,023 segundos no total das transações,
executando-se 952 operações em 1.309 linhas, sem nenhum erro apontado. A duração
completa do teste foi de 23 minutos e 8 segundos.
Imagem 6. Média do tempo de resposta em milissegundos
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
É possível notar na imagem 6, a qual é a representação do ambiente descrito na
tabela 6, que o tempo de resposta se inicia abaixo dos 70 milissegundos e conforme as
instruções vão sendo gravadas, é atingido o tempo mínimo de resposta de 22
milissegundos, com 100 usuários conectados simultaneamente ao banco de dados.
6.8. Comparação das tecnologias de armazenamento com RAID 0
No gráfico abaixo é apresentado um comparativo das diferentes tecnologias de
armazenamento com a técnica de RAID 0.
Gráfico 2. Comparação dos resultados das análises realizadas com as
tecnologias de disco IDE, SATA e SSD com RAID 0
(Fonte: Arquivo pessoal - simulação no software de Benchmark Factory freeware)
No comparativo dos resultados, observamos que o disco em estado sólido (SSD)
demonstrou desempenho superior em relação às demais tecnologias testadas no
ambiente proposto, obtendo uma diferença significativa no quesito “tempo de
resposta”. Neste comparativo, tendo cem usuários conectados ao SGBD, o disco SSD
apresentou-se aproximadamente 16,27 vezes mais rápido, em tempo médio de resposta,
em comparação à tecnologia IDE. Porém, comparado ao disco SATA, a tecnologia SSD
se mostrou aproximadamente 5,18 vezes mais rápido, também usando como parâmetro
o tempo médio de resposta.
6.9. Teste com a tecnologia de armazenamento IDE em RAID 1
Na tabela e o gráfico a seguir estão expostos os resultados dos testes com dois discos
rígidos com interface IDE utilizando-se a técnica de RAID 1.
Tabela 7. Resultado dos testes com discos rígidos IDE em RAID 1
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga
de
Usuários
1
5
10
50
100
Transações
por
Segundo
0,067
0,222
0,520
2,635
5,181
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
0,391
0,253
0,355
0,298
0,395
Tempo Médio
de
Transações(seg)
0,397
0,255
0,359
0,308
0,413
Quantidade
de
Execuções
11
41
98
473
933
Quantidade
de Linhas
Erros
11
50
116
624
1.254
0
0
0
0
0
É possível verificar na tabela 7 que ao aumentar a carga de usuários o número de
transações por segundo aumenta consideravelmente, devido a maior quantidade de
transações no banco de dados, o tempo médio de resposta caiu drasticamente. Quanto a
isso, conclui-se que como o DataBase Buffer Cache do Oracle trabalha com blocos de
dados e atua no gerenciamento e otimização dos dados armazenados em memória, há
uma queda brusca no processamentos das transações quando o software de análise passa
de 1 para 5 usuários. Sendo assim, a carga de processamento se mostrou extremamente
mais eficaz. Continuando a análise, percebe-se que iniciamos com 0,067 transações por
segundo e terminamos com 5,181 transações por segundo com 100 usuários conectados
ao banco, tendo como média de tempo de resposta 0,395 segundos, média de tempo de
transação 0,413 segundos, um total de execuções de 933, o total de linhas de 1.254 e a
duração completa do teste foi de 22 minutos e 44 segundos.
Imagem 7. Média do tempo de resposta em milissegundos
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Notamos que na imagem 7, que é a representação do ambiente descrito na tabela
7, o tempo de resposta se inicia acima de 391 milissegundos e ao passo que as
instruções estão sendo gravadas na área de memória o tempo diminui, atingindo o
tempo de resposta mais rápido em 253 milissegundos com 100 usuários conectados
simultaneamente no banco de dados.
6.10. Teste com a tecnologia de armazenamento SATA em RAID 1
A tabela e o gráfico a seguir apresentam os resultados dos testes realizados com dois
discos rígidos com interface SATA utilizando-se a técnica de RAID 1.
Tabela 8. Resultado dos testes com discos rígidos SATA em RAID 1
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga
de
Usuários
1
5
10
50
100
Transações
por
Segundo
0,068
0,219
0,530
2,644
5,294
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
0,240
0,153
0,172
0,141
0,114
Tempo Médio de
Transações(seg)
Quantidade de
Execuções
Quantidade
de Linhas
Erros
0,245
0,154
0,174
0,144
0,117
11
42
99
481
946
11
51
117
641
1.285
0
0
0
0
0
É possível notar na tabela 8 que ao realizar uma carga de 100 usuários ao
software de benchmark, obtivemos 5,294 transações por segundo, em um tempo médio
de resposta de 0,114 segundos, com uma média de 0,117 de segundos no total das
transações, executando 946 operações em 1.285 linhas, sem nenhum erro ocorrido, com
a duração completa do teste em 22 minutos e 54 segundos.
Imagem 8. Média do tempo de resposta em milissegundos
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Percebe-se na imagem 8, a qual é a representação do ambiente descrito na tabela
8, que o tempo de resposta se inicia em 240 milissegundos e ao passo que as instruções
estão sendo gravadas atingiu-se o tempo mínimo de resposta de 114 milissegundos, com
100 usuários simultâneos no banco de dados.
6.11. Teste com a tecnologia de armazenamento SSD em RAID 1
A tabela e gráfico a seguir demonstram os resultados dos testes com dois discos em
estado sólido (SSD) utilizando-se técnica de RAID 1.
Tabela 9. Resultado dos testes com discos sólidos SSD em RAID 1
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga
de
Usuários
1
5
10
50
100
Transações
por
Segundo
0,066
0,220
0,544
2,656
5,353
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
0,064
0,029
0,038
0,028
0,022
Tempo Médio
de
Transações(seg)
0,066
0,030
0,039
0,029
0,022
Quantidade
de
Execuções
12
42
100
484
950
Quantidade
de Linhas
Erros
12
51
118
624
1.306
0
0
0
0
0
Podemos observar na tabela 9, que ao efetuarmos uma carga de cem usuários no
software de benchmark, obtivemos 5,353 transações por segundo em um tempo médio
de resposta de 0,022 segundos, com a média de 0,022 segundos no total das transações,
executando-se 950 operações em 1.306 linhas e sem nenhum erro verificado. A duração
completa do teste foi de 23 minutos e 43 segundos.
Imagem 9. Média do tempo de resposta em milissegundos
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Nota-se na imagem 9, a qual é a representação do ambiente descrito na tabela 9,
que o tempo de resposta se inicia abaixo dos 66 milissegundos e conforme as instruções
vão sendo gravadas, é atingido o tempo mínimo de resposta de 22 milissegundos, com
100 usuários conectados simultaneamente ao banco de dados.
6.12. Comparação das tecnologias de armazenamento com RAID 1
No gráfico abaixo é apresentado um comparativo das diferentes tecnologias de
armazenamento com a técnica de RAID 1.
Gráfico 3. Comparação dos resultados das análises realizadas com as
tecnologias de disco IDE, SATA e SSD com RAID 1
(Fonte: Arquivo pessoal - simulação no software de Benchmark Factory freeware)
No comparativo dos resultados, observa-se que o disco em estado sólido (SSD)
demonstrou desempenho superior em relação às demais tecnologias testadas no
ambiente proposto, obtendo uma diferença significativa no quesito “tempo de
resposta”. Neste comparativo, exatamente com cem usuários conectados ao SGBD, o
disco SSD apresentou-se aproximadamente 17,95 vezes mais rápido no tempo médio de
resposta, em comparação à tecnologia IDE. E, comparado ao disco SATA a tecnologia
SSD se mostrou aproximadamente 5,18 vezes mais rápido, também usando como
parâmetro o tempo médio de resposta.
6.13. Teste com a tecnologia de armazenamento IDE em RAID 5
Na tabela e gráfico a seguir estão expostos os resultados dos testes com três discos
rígidos com interface IDE utilizando-se a técnica de RAID 5.
Tabela 10. Resultado dos testes com discos rígidos IDE em RAID 5
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga
de
Usuários
1
5
10
50
100
Transações
por
Segundo
0,067
0,219
0,522
2,635
5,265
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
0,384
0,273
0,270
0,239
0,237
Tempo Médio
de
Transações(seg)
0,401
0,291
0,286
0,258
0,263
Quantidade
de
Execuções
11
40
98
476
944
Quantidade
de Linhas
Erros
11
49
116
645
1.274
0
0
0
0
0
Verifica-se na tabela 10 que ao aumentar a carga de usuários o número de
transações por segundo aumenta consideravelmente, devido a maior quantidade de
transações no banco de dados, o tempo médio de resposta caiu. Quanto a isso, concluise que como o DataBase Buffer Cache do Oracle trabalha com blocos de dados e atua
no gerenciamento e otimização dos dados armazenados em memória, há uma queda
brusca no processamentos das transações quando o software de análise passa de 1 para 5
usuários. Sendo assim, a carga de processamento se mostrou extremamente mais eficaz.
Continuando a análise, percebe-se que iniciamos com 0,067 transações por segundo e
terminamos com 5,265 transações por segundo com 100 usuários conectados ao banco,
tendo como média de tempo de resposta 0,237 segundos, média de tempo de transação
0,263 segundos, um total de execuções de 944, o total de linhas chegou a 1.254 e a
duração completa do teste foi de 22 minutos e 46 segundos.
Imagem 10. Média do tempo de resposta em milissegundos
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Notamos na imagem 10, que é a representação do ambiente descrito na tabela
10, que o tempo de resposta se inicia em 384 milissegundos e ao passo que as instruções
estão sendo gravadas na área de memória o tempo diminui, atingindo o tempo de
resposta mais rápido em 237 milissegundos com 100 usuários conectados
simultaneamente no banco de dados.
6.14. Teste com a tecnologia de armazenamento SATA em RAID 5
Na tabela e gráfico a seguir estão demonstrados os resultados dos testes realizados com
três discos rígidos com interface SATA utilizando-se a técnica de RAID 5.
Tabela 11. Resultado dos testes com discos rígidos SATA em RAID 5
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga
de
Usuários
1
5
10
50
100
Transações
por
Segundo
0,067
0,219
0,525
2,650
5,287
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
0,270
0,197
0,189
0,150
0,131
Tempo Médio de
Transações(seg)
Quantidade de
Execuções
Quantidade
de Linhas
Erros
0,279
0,200
0,192
0,155
0,136
11
40
98
485
943
11
49
116
645
1.282
0
0
0
0
0
Observamos na tabela 11 que ao realizar uma carga de 100 usuários ao software
de benchmark, obtivemos 5,287 transações por segundo, em um tempo médio de
resposta de 0,131 segundos, com uma média de 0,136 de segundos no total das
transações, executando 943 operações em 1.282 linhas, sem nenhum erro ocorrido e
com a duração completa do teste em 22 minutos e 31 segundos.
Imagem 11. Média do tempo de resposta em milissegundos
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Percebe-se na imagem 11, a qual é a representação do ambiente descrito na
tabela 11, que o tempo de resposta se inicia em 270 milissegundos e à medida que as
instruções estão sendo gravadas atingiu-se o tempo mínimo de resposta de 131
milissegundos, com 100 usuários simultâneos no banco de dados.
6.15. Teste com a tecnologia de armazenamento SSD em RAID 5
Na tabela e gráfico a seguir estão apresentados os resultados dos testes com três discos
em estado sólido (SSD) utilizando-se técnica de RAID 5.
Tabela 12. Resultado dos testes com discos sólidos SSD em RAID 5
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Carga de
Usuários
Transações
por
Segundo
Tempo Médio
de
Resposta(seg)
Tempo Médio
de
Transações(seg)
Quantidade
de
Execuções
Quantidade
de Linhas
Erros
1
5
10
50
100
0,066
0,220
0,544
2,651
5,344
0,073
0,037
0,045
0,042
0,034
0,075
0,038
0,046
0,043
0,035
12
42
100
483
949
12
51
118
643
1.306
0
0
0
0
0
Podemos observar na tabela 12, que ao efetuarmos uma carga de cem usuários
no software de benchmark, obtivemos 5,344 transações por segundo em um tempo
médio de resposta de 0,034 segundos, com a média de 0,035 segundos no total das
transações, executando-se 949 operações em 1.306 linhas, sem nenhum erro retornado.
A duração completa do teste foi de 23 minutos e 09 segundos.
Imagem 12. Média do tempo de resposta em milissegundos
(Fonte: simulação no software de Benchmark Factory freeware)
Nota-se na imagem 12, a qual é a representação do ambiente descrito na tabela
12, que o tempo de resposta se inicia abaixo dos 73 milissegundos e conforme as
instruções vão sendo gravadas, é atingido o tempo mínimo de resposta de 34
milissegundos, com 100 usuários conectados simultaneamente ao banco de dados.
6.16. Comparação das tecnologias de armazenamento com RAID 5
No gráfico abaixo é demonstrado um comparativo das diferentes tecnologias de
armazenamento com a técnica de RAID 5.
Gráfico 4. Comparação dos resultados das análises realizadas com as
tecnologias de disco IDE, SATA e SSD com RAID 5
(Fonte: Arquivo pessoal - simulação no software de Benchmark Factory freeware)
No comparativo dos resultados, é possível observar que o disco em estado sólido
(SSD) demonstrou desempenho superior em relação às demais tecnologias testadas no
cenário proposto, obtendo uma diferença significativa no quesito “tempo de resposta”.
Neste comparativo, tendo cem usuários conectados ao SGBD, o disco SSD apresentouse aproximadamente 3,85 vezes mais rápido no tempo médio de resposta, em
comparação à tecnologia SATA. E, comparado ao disco IDE a tecnologia SSD se
mostrou aproximadamente 6,97 vezes mais rápido, também usando como parâmetro o
tempo médio de resposta.
6.17. Comparativo global das tecnologias de armazenamento testadas
No gráfico abaixo é apresentado o comparativo global das diferentes tecnologias de
armazenamento nas modalidades Single, RAID 0, RAID 1 e RAID 5 com uma carga de
100 usuários.
Gráfico 5. Comparação dos resultados das análises realizadas com as
tecnologias de disco IDE, SATA e SSD nas modalidades Single, RAID 0, RAID 1
e RAID 5
(Fonte: Arquivo pessoal - simulação no software de Benchmark Factory freeware)
No comparativo dos resultados, é notório que o disco em estado sólido (SSD)
demonstrou desempenho superior em relação às demais tecnologias testadas nos
ambientes propostos, obtendo uma diferença significativa no quesito “tempo de
resposta”. Neste comparativo, o modo Single obteve melhor performance do que os
outros cenários testados. O RAID 0 apresentou-se mais performático que os RAID 1 e
5, porém cada metodologia visa um ambiente diferente, como: disponibilidade,
redundância, performance, integridade, entre outras.
7. Conclusão
A realização desta pesquisa procurou demonstrar a necessidade de análises
comparativas de performances de algumas tecnologias de meio de armazenamento de
dados disponíveis no mercado, pois uma das funções de um Administrador de Banco de
Dados é definir e dimensionar qual tecnologia de armazenamento será utilizada para
diversos cenários de infraestrutura. Existem inúmeros conceitos, características e
aplicações para cada uma dessas tecnologias, por isso é exigido do DBA, dedicação e
assertividade na escolha da tecnologia a ser utilizada no armazenamento dos dados de
um SGBD.
A pesquisa demonstra que o disco em estado sólido (SSD) tende a ser mais
rápido. Como exemplo, temos os resultados do teste com RAID 0, onde o SSD é 16,27
vezes mais veloz que o IDE e também apresentou uma velocidade 5,18 vezes maior que
o SATA. Outro exemplo seria o comparativo dos resultados do teste com RAID 5, onde
o SSD é 3,85 vezes mais rápido que o SATA e também demonstrou ter velocidade 6,97
vezes maior que o IDE.
No geral, as variações de RAID testadas utilizando as técnicas de RAID 0 e
RAID 1 apresentaram ganho de desempenho, enquanto que o RAID 5 oferece mais
disponibilidade e redundância no armazenamento de dados do SGBD.
Analisando o comparativo dos resultados de forma sintética, conclui-se que o
disco em estado sólido (SSD) demonstrou desempenho superior em relação às demais
tecnologias testadas nos ambientes propostos, obtendo uma diferença significativa no
quesito tempo de resposta, sendo o SSD uma tecnologia de disco mais recente que não
utiliza componentes mecânicos.
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