2023年11月26日发(作者：)

ASM自动存储管理技术经历多个年头，目前已经广泛使用于各个领域的数据库存储解决方案。

谈到ASM相信大家可能会参杂着熟悉而陌生的感觉，熟悉在于目前大家使用的11g rac中基本都是使用ASM，陌生在于大家

平时可能只是基本的使用，对asm了解并不全面，例如：数据库实例是怎么和asm交互和分工的、ASM存在哪些特性、数据库

各种文件是怎样放于asm存储中、它的元数据怎么存放等等。

开始

接下来我带大家重新全面认识ASM：

Oracle10g之前，存储设备的使用情况（在UNIX或者LINUX环境中）如下：

操作系统上安装逻辑卷管理器（LVM）；

通过LVM将多个磁盘做成卷组；

在卷组上划分逻辑卷（logical volume）；

在逻辑卷上创建文件系统；

Rac环境下需要第三方共享集群软件。

1、Oracle10g之后引入的专用文件系统ASM，为数据库文件的管理提供了很好的支持；

2、DBA 能够完全在 Oracle 框架内执行许多任务。利用 ASM来将一组磁盘转换成一个高可伸缩的和高性能的文件系统/卷

管理器；

3、磁盘组提供了直接作为原始设备来访问这个空间，并仍提供文件系统的便利性和灵活性的好处。

RAC环境下的asm结构：

ASM的出现是为RDBMS管理文件存储

1、ASM中的适合存放文件类型包括：数据文件datafile、控制文件controlfile、重做日志redolog、归档日志archivelog、闪回

日志flashback log、spfile、RMAN备份以及block tracking file、datapump文件

2、注意ASM不会替代RDBMS去实施IO读写，很多对这一点存在误解，认为RDBMS发送IO request给ASM，ASM去做真正

的IO操作，这是错误的。

3、ASM只负责将存储空间地址返回给RDBMS，真正的IO还是由RDBMS进程去完成，和不用ASM的裸设备一样

4、因此ASM不是IO的中间层，也就不存在因为ASM而出现所谓的IO瓶颈

ASM实例

ASM instance的主要任务之一就是管理ASM metadata元数据。ASM Instance在10.2中使用与RDBMS一样的2进制软件，到

11.2中分开独立实例，它类似于ORACLE RDBMS INSTANCE 有其SGA和大多数主要后台进程。

ASM 实例 中的 SGA 分为四个主要区域，如图所示：

共享池：用于元数据信息

大型池：用于并行操作 ASM

高速缓存：用于在重新平衡操作期间读取和写入块

空闲内存：可用的未分配内存

ARCn：归档进程

CKPT：检查点进程

DBWn：数据库写进程

DIAG：诊断进程

Jnnn：作业队列进程

LGWR：日志写进程

PMON：进程监视器进程

PSP0：进程衍生进程

QMNn：队列监视器进程

RECO：恢复器进程

SMON：系统监视器进程

VKTM：虚拟计时器进程

对于 ASM 实例，这些进程执行的任务和数据库实例中的不同。例如： ASM 实例的 SGA 中不包含日志缓冲区，该实例

也不使用联机重做日志。ASM 实例中的 LGWR 进程将事件记录信息复制到 ASM 磁盘组。

如果 ASM 是以集群方式建立的，则将在 ASM 实例中运行与集群管理相关的附加进程。 其中一些进程如下所示：

LMON：全局入队服务监视器进程

LMDn：全局入队服务守护程序

LMSn：全局高速缓存服务进程

LCKn：锁定进程

始化参数

ASM 实例由参数文件控制，通常设置的参数包括：

1、ASM_POWER_LIMITE：默认为1，表示ASM磁盘组在进行rebalance时的并行度，取值从1到11。

2、ASM_DISKSTRING 是一个与操作系统相关的值，ASM 使用它来限制搜索时考虑的磁盘集。默认值为空字符串，这在大多

数情况下就足够了。如上所示的约束性更强的值可以减少 ASM 执行搜索所需的时间，从而提高磁盘组装载次数。

3、ASM_DISKGROUP表示启动实例时，自动mount那些磁盘组，可以写多个磁盘组名。

4、MEMORY_TARGET 实例默认启用自动内存管理，即使未明确设置 MEMORY_TARGET 参数也是如此。 该参数建议设置不

小于1536MB，Oracle 11.2.0.3版本以后，ASM实例SGA组件内存需求增大，设置过小会引发 ORA-04031导致ASM实例crash的

问题。

数据库实例与ASM之间的交互

例如一个数据文件的创建，数据库实例与ASM实例是怎么交互分工来完成的？

如图以下文件创建过程如下所示：

1、用户在RDBMS发出create file命令，RDBMS会发起一个与ASM实例的连接，RDBMS端这个连接是ASMB后台进程，而

ASM端则是个前台进程，接着创建文件的指令通过这连接提交给ASM实例。

2、ASM实例根据创建文件指令，从磁盘中分配AU；ASM会根据指令中指定的template(模板)或diskgroup默认的template

来决定文件的冗余、条带策略。

3、AU分配完成后，ASM就把文件的extent map发送给rdbms。

4、RDBMS发起IO操作，初始化这个ASM文件。

5、初始化完成后，RDBSM向ASM发送commit请求。ASM把相应的allocation table、file directory、alias directory异步写回

磁盘

6、提交确认会隐式关闭该文件。将来发生 I/O时，数据库实例需要重新打开该文件。

--数据库实例如何连接到ASM

好像经常有人问，数据库实例使用ASM作为存储，只需要在文件名中加上磁盘组名就可以，而数据库实例中没有任何有关

ASM的静态配置，那是怎么找ASM实例磁盘组的？

其实ASM实例挂载一个磁盘组后，ASM会把 disk group name、asm instance name、oracle home path等信息注册到CSS，当

数据库实例尝试打开或者创建名字以“+”开头的文件时， 它会通过CSS来查看disk group和mount该DG的ASM实例的信息, 再

通过css中这些信息构造connect string 连接ASM实例的。

磁盘组、磁盘、AU、ASM FILE 、EXTENT MAP

Asm概念图如下：

磁盘组

一个Disk Group由多个ASM disk组成。该Diskgroup 空间使用信息的元数据均完整地包含在这个磁盘组中。

通过v$asm_diskgroup视图查看磁盘组信息：

我们可看到group_numebr磁盘组号有1 、2分为name磁盘组CRS和DATA，blocak_size磁盘组的元数据块大小4K，AU大

小为1MB，STATE状态为CONNECTED说明有数据库实例连接使用、type冗余类型为外部冗余，总容量和空闲容量。

磁盘组冗余有三种选择：

External Redundancy没有Failure Group，不提供任何镜像

Normal redundancy要求至少2个Failure Group，默认支持双向镜像

High Redundancy要求3个Failure Group，默认支持三向镜像

ASM Disk

对于ASM而言LUN DISK可以是裸设备也可以直接是块设备(10.2.0.2以后)

通过v$asm_diskg视图查看磁盘信息：

我们可以看到有 4个asm disk，/dev/raw/raw1属于diskgroup 1，/dev/raw/raw2、/dev/raw/raw3属于diskgroup 2，而

/dev/raw/raw4不属于任何组，它的group_numer为0，header_status为CANDIDATE

通常不建议使用ASMLIB创建asm磁盘，缺点：

1、对于多路径设备(multipathing)需要配置ORACLEASM_SCANORDER及ORACLEASM_SCANEXCLUDE；

2、因为ASM INSTANCE使用ASMLIB提供的asm disk，所以增加了额外的层面；

3、不是每版本Linux Kernel都支持ASMLIB；

4、使用ASMLIB意味着要花费更多时间去创建和维护。

Allocation Unit

AU allocation unit是Disk Group的基本分配单元。一个ASM Disk上的可用空间总是整数倍个AU。在每一个ASM Disk的头部

均有一个表，该表的每一条记录代表该ASM Disk上的一个AU。

ASM 文件

ASM 文件由一组分配单元组成，这些文件只属于某个磁盘组，不可跨越磁盘组。 每个 ASM 文件都具有唯一的系统生成的

名称。ASM中可以存放 数据文件，日志文件，控制文件，归档日志等等。

Extent Maps

区映射是asm文件的extent指针(pointer)给出了ASM Disk Number磁盘号和AU号，这就描述了该extent的物理位置。

文件区与分配单元之间的关系如下所示。区包含：

一个 AU 用于前 20,000 个区 (0–19999)

4 AUs 用于接下来的 20,000 个区 (20000–39999)

16 AUs 用于 40,000 以上的区

将可变大小的区与大型分配单元结合使用，可满足非常大的ASM文件的需要。

X$KFFXP是ASM(Automatic Storage Management)自动存储管理特性的重要内部视图，该视图反应了File Extent Map映射关系。，

ASM会将文件split成多个多个piece分片，这些分片被称为Extents。 在Disk上存放这些Extent的位置，就是我们常说的”Allocation

Unit”。 从11g开始一个Extent可能包含多个AU。

以下我们通过X$KFFXP、v$asm_alias视图可以看到数据文件“SYSTEM.256.929288663”的extent map分布

ASM是怎么实现冗余？

ASM提供冗余，failure group采用同一分数据的多份拷贝，保证不会出现单点错误，冗余拷贝单位为Extent。多份冗余拷贝

不会存放在同一个failure group的磁盘中，换句话说一个failure group中只有一份数据的拷贝，不会有第二份。

以下示例， 一个normal redundancy 的Diskgroup 中存在8个Disk，并使用2个Failure Group。可以看到每个failure group

存在一份数据

当磁盘Disk H失败，这个失败要求在失败磁盘上所有的Extent均被修复， Extent 3和5会从现存的拷贝中复制到Failgroup 2

中可用的区域。在此例子中，Extent 5被从Disk A拷贝到Disk F，extent 3从Disk C 拷贝到Disk G，最后还会将失败的磁盘从Diskgroup

中drop出去。

ASM怎么平衡磁盘组内各磁盘的数据？

Rebalance

Rebalance 将在diskgroup范围内将数据在其DISK上移动，以保证文件们均匀分布在diskgroup中的所有磁盘上。，

一旦diskgroup中发生了一些存储配置变化 例如disk add/drop/resize均会自动触发一次rebalance。power参数将决定有多少

slave进程并参与数据移动。

rebalance中的每一次extent 移动均会与数据库实例做协调，因为数据库实例可能同时需要读取或者写这个 extent，所以数

据库在rebalance 同时能正常工作。 其对数据库的影响一般较小，原因是同一时间只有一个extent被锁定以便移动，且仅仅是阻

塞写入。

以下示例Rebalance。磁盘组diskgroup中原有两个磁盘disk01和disk02。

我们为磁盘组diskgroup添加一个磁盘disk03，这时disk03并没有内容

在rebalance后，disk01、disk02和disk03的数据是会达到平衡。

Asm的条带化是什么？

ASM有两种条带类型：粗粒度，细粒度。熟悉存储的同学一听条带就知道是什么概念。粗粒度条带化类似于传统卷管理器使

用1MB作为stripe size。

粗粒度条带化分配文件时，ASM会在所有磁盘中平均分布分配单元。有时分布无法非常平均，但是随着时间的流逝，会变得

几乎相等。上图显示了一个具有五个分配单元的文件，这些分配单元在条带化之后，分布在一个外部冗余磁盘组的五个磁盘中，

该磁盘组共包含八个磁盘。

细粒度条带化我们日常极少会用到，默认都是粗粒度。细粒度条带化将数据区拆分为 128 KB 的块，然后在许多磁盘中分布

每个区的负载，从而改善特定类型文件的等待时间。默认情况下，细粒度条带化用于控制文件和联机重做日志文件。

图显示了细粒度条带化的工作原理。在此示例中，新文件的第一个 1 MB 区最终占 用 8 个不同分配单元中的第一个 128 KB

块，这 8 个分配单元分布在磁盘组的八个磁盘中。 因此，1 MB 的读取或写入分布在八个磁盘（而不是一个磁盘）中。

继续前面的示例，空间中的下一个 1 MB 区将分布在相同分配单元组的每个单元的第二个 128 KB 块中。这种模式将继续，

直到第一组分配单元写满，然后分配另一组。

细粒度条带化需要通过模板来配置：

1）在原有diskgroup上添加细粒度模板,：

Alter diskgroup dg1 add template stp_find attributes(unprotected find);

2）创建使用细粒度条带化表空间

Create tablespace tbs_data datafile ‘+dg1(stp_find)’/tbs_’ size 100m;

ASM实例中两隐含参数可修改细粒度条带化的条带大小和宽度（细粒度条带化默认条带大小为128kb，宽度默认为8）

alter system set “_asm_stripsize”=

alter system set “_asm_stripwidt”=

管理asm常用的视图

ASM 实例托管基于内存的元数据表，这些表通过动态性能视图呈现：

视图名 X$基表名 描述

V$ASM_DISKGROUP X$KFGRP

V$ASM_DISKGROUP_STAT X$KFGRP_STAT 显示disk group状态

V$ASM_DISK X$KFDSK, X$KFKID

V$ASM_DISK_STAT 列出磁盘和其使用度量信息

D

X$KFDSK_STAT,X$KFKI

组

实施磁盘发现disk discovery和列出磁盘

以及这些磁盘的使用度量信息

列出ASM文件也包括了元数据信息 V$ASM_FILE X$KFFIL

列出了ASM的别名，文件和目录 V$ASM_ALIAS X$KFALS

列出可用的模板和其属性 V$ASM_TEMPLATE X$KFTMTA

列出链接到ASM的DB实例 V$ASM_CLIENT X$KFNCL

列出rebalancing重平衡操作 V$ASM_OPERATION X$KFGMG

I/O统计信息

实施磁盘发现disk discovery和列出磁盘

V$ASM_DISK_IOSTAT(new in X$KFNSDSKIOST(new in

11g) 11g)

通过前面内容，我们知道asm实例是通过管理维护metadata来为rdbms提供存储信息，那么接下来我们对asm元数据信息

进一步理解。

ASM metadata

Asm Metadata是存在于ASM disk header用以存放ASM Diskgroup 控制信息的数据，Metadata包括了该磁盘组中有哪些磁盘，

多少可用的空间，其中存放的File的名字，一个文件有哪些Extent等等信息。

由于Asm metadata就存放在ASM DISK HEADER，所以ASM disk group是自解释的。所有的metadata元数据均存放在一个个

metadata block中(默认block size 4096)。这些信息包括该metadata block的类型以及其逻辑位置。所有的metadata block均是4k

大小。实际使用时ASM实例会缓存这些ASm metadata。

Disk Header

一个ASM DISK的最前面4096字节为disk header，对于ASM而言是block 0 (blkn=0)；许多操作系统会保留LUN的第一个block

来存放分区表或其他OS信息。 一般不让ASM基础到这个block，因为ASM会毫不犹豫地覆盖这个block。在一些指定的平台上

ORACLE从代码层跳过这些操作系统块，但实际操作时一般的惯例是只给ASM用那些上面没有分区表的LUN DISK。

kfed是ASM自带的未公开的工具， kfed它可以读取和修改ASM磁盘的元数据,对修复一些关键错误非常有用,以下通过kfed

来读取disk header信息。

我们可以看到，这些都是磁盘的信息，所属磁盘组、磁盘号、au size、bolck size、冗余模式等等

磁盘头备份策略

在Oracle ASM环境中，磁盘头是ASM磁盘的重要属性，记录了ASM的基础信息。一旦磁盘头发生损坏，ASM将不能提供访

问，进而导致数据库无法提供服务。

在Oracle 10.2.0.5（不含）以前，Oracle不提供ASM磁盘头自动备份；从Oracle 10.2.0.5开始，ASM磁盘头自动备份功能，

Oracle提供了自动备份功能。

因此，对于采用10.2.0.5（不含）版本之前建议：定期进行ASM磁盘头的备份。备份方案如下：

Oracle ASM4KBASM1AU1Block

磁盘头信息，大小为，位于磁盘第个第个。

有种方式备份方式：

2

备份方法：

（） 自动备份

1

对于（含）以上版本，磁盘头信息变更后，将会自动备份，已无需手动备份；

10.2.0.5

（） 手动备份

2

对于以下（不含）版本，使用如下命令可备份磁盘头：

10.2.0.5ASM

dd if=/dev/raw/raw2 of=/tmp/ bs=1 count=4096

恢复方法：

（） 自动备份

1

kfed repair /dev/oracleasm/disks/ASMDISK2 ausz=

（） 手动备份

2

(AU_Size=1M)

dd if=/dev/oracleasm/disks/ASMDISK2 of=/tmp/ASMDISK2_ bs=4k count=1

skip=254

dd if=/tmp/ of=/dev/oracleasm/disks/ASMDISK2 bs=4k count=1

通过上述备份，ASM磁盘头得到了保护。无论在哪个版本，一旦磁盘头发生故障，则可以利用备份进行修复。

asm磁盘空间使用是怎么管理？

Freespace Table

AU=0 的blkn=1 包含的是free space table；其中包含了该AU中allocation table中每一个block上大致的可用剩余FREE SPACE

可用空间信息。通过参考free space table可以避免在已经分配完的allocation table中查找空间。

Allocation Table

Aun=0的第2至254个metadata block用以存放AU分配信息每一个metadata block描述448个AU的状态， 如果一个AU已

经分配给一个文件，则allocation table 记录其ASM文件号和data extent号。对于还是FREE的AU则被link到free list上。

对于已经从磁盘中分配出去的AU，会在AT表相关条目上记录相应的extent号，文件号和au的状态，对于已经分配出去的

AU，flag V=1，否则，flag V=0，例如AU还没有分配给具体的文件或者已经释放掉的AU，V的值会是0。

一号文件！！！

ASM中的文件总体上来说，分为两大类，元文件和数据文件。数据文件包含Oracle的数据文件、控制文件、重做日志文件、

归档日志文件等等。对于ASM来说，只要是非元文件，就是数据文件。每一个文件，在ASM中都有一个专门的索引号，也就是

编号，ASM文件索引号从1开始。其中，前255个，也就是1至255号文件，都是元文件。256之后的是其他各种文件。

比较重要的1号文件包含所有文件的磁盘占用信息，包括元文件、甚至1号文件自身的空间分布信息，也都是在1号文件内

部。每个文件在它里面占用一个块（4096字节，元数据块大小为4K）的空间。

我们用kfed来读取信息0号磁盘2号au的1号块

kfffde[0]的数据元素，存放了1号文件第一个AU的位置。kfffde[1]存放了1号文件第二个AU位置，等等，依次类推。

我们看到kfffde[2].: 4294967295说明1号文件没有第3个au

假设我们想要访问256号文件，如何找出256号文件的AU都在哪里分布呢？

256号文件是数据文件，也是第一个数据文件，因为256号前都是元文件

SQL> l

1* select name,GROUP_NUMBER,FILE_NUMBER from V$ASM_ALIAS where file_number =256

SQL> /

NAME GROUP_NUMBER FILE_NUMBER

------------------------------ ------------ -----------

SYSTEM.256.929288663 2 256

256号文件的AU分布，在（0号盘，20号AU，0号块）中，使用Kfed读取它

通过x$kffxp内部表也得到验证：

ASM的限制

ASM 限制

11gR2:

Oracle ASM 对磁盘组，磁盘和文件的限制

ASM 最多63个磁盘组

ASM 所有磁盘组最多10,000 个磁盘

每个磁盘组最多1000000 个文件。

每个磁盘最大2TB

ASM 最大20PB

12c:

Oracle ASM 对磁盘组，磁盘和文件的限制

ASM 最多511个磁盘组

ASM 所有磁盘组最多10,000 个磁盘

每个磁盘组最多1000000 个文件。

每个磁盘最大2TB

ASM 最大20PB