詳析郵件服務器郵件存儲和日志

2019-09-11 22:22:14

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    本文以數據庫的基本原理為基礎，分析了EXCHANGE SERVER的存儲系統(tǒng)，并說明了各部分的作用。

    一、IS服務和ESE的層次關系

    IS服務是EXCHANGE服務器中重要的服務之一，它控制著對郵箱和PF的存儲操作請求，EXCHANGE服務器的存儲實際上是由ESE的數據庫引擎來管理的。這個ESE引擎是微軟專門為保存非關系型數據而開發(fā)的，目前在微軟的很多產品中都有廣泛的應用，如：AD數據庫、DHCP、WINS、SRS等等。

    EXCHANGE的數據庫是由EDB文件、STM文件和LOG文件組成。在這些文件里，微軟使用了“B+樹”的內部數據結構。ESE的引擎的任務之一，就是當IS服務請求訪問數據庫的時候，把這些請求轉化為對內部數據結構的讀寫訪問。B+樹的特點是能夠對存儲在硬盤上的數據提供快速訪問能力。微軟利用“B+樹”作為ESE的后臺結構的主要原因，就是盡可能的提高訪問數據時I/O性能。當然，這些結構對于EXCHANGE STORE來說是透明的。
    另外，作為一個數據庫系統(tǒng)，ESE有責任提供事務級別的操作的支持，并維護數據庫的完整性和一致性。對數據庫系統(tǒng)而言，我們提到事務時，一般用ACID來描述事務的特點。

A--Atomic（原子的）：事務必須是全或全無的操作，要么全部成功更新，要么全部不被更新

C--Consistent（一致的）：一個成功提交的事務必須使數據庫處于一個一致的狀態(tài)。

I--Isolated（孤立的）：所有未提交的更改都必須能夠和其他事務孤立。

D--Durable（持久的）：當事務一旦提交，所做的更改必須存儲到穩(wěn)定的介質上，防止系統(tǒng)失敗導致的數據庫不一致。（此點非常重要?。。?

    二、EXCHANGE 2000/2003存儲系統(tǒng)的新特點

    在EX5.5中，ESE的版本為ESE97，而在EX2000/2003里，ESE版本已經升級ESE98了。ESE引起在以下方面得到了改進：

* I/O性能進一步提高和優(yōu)化

* 對日志文件增加了計算校驗操作

* 提高了ESEUTIL等工具的維護速度

而IS也在以下方面有了更新：

* 在每個SERVER上提供多個SG支持

* 數據庫STM文件格式的引入，提高了INTERNET郵件的性能

* WSS的引入，用戶可以使用多種協(xié)議訪問數據庫

    三、EDB和STM的關系

    常有人問，EDB文件是數據庫，那STM文件是做什么用的？可以刪除嗎？

    在EX5.5里，只有EDB文件，因為在EX5.5發(fā)布時，微軟主推的是內部郵件系統(tǒng)，因此其主要協(xié)議為MAPI，這是微軟的私有郵件西醫(yī)，EDB文件是專門為此協(xié)議優(yōu)化過的。因此在EX5.5中，為了支持INTERNET郵件，必須在每次處理INTERNET郵件時，做一個格式轉換。這顯然帶來了性能的損失。

    在EX2000里，微軟加大了對INTERNET郵件的支持，這就是STM文件的來源。MAPI格式是RPC和二進制標準的，而STM是純文本加上一些MIME編碼格式，這樣的區(qū)別使得它們不可能存儲在同一數據庫里。因此EX2000中，微軟開始使用EDB和STM兩個文件來分別保存兩種格式的郵件。并且在兩個文件之間建立了引用和關聯。對于用戶來說，它的郵箱實際上是跨越了EDB和STM文件共同組成的。另外，需要注意的是，EDB文件中還保留著用戶的郵箱結構。所以EDB文件更加重要。那么EDB和STM是怎么協(xié)同工作的呢？我們以幾個情景來分析之。

    情景一：用戶使用OUTLOOK（MAPI）發(fā)送接收郵件

    在該情景下，用戶將郵件通過MAPI協(xié)議提交給數據庫，直接被保存EDB文件中。當用戶通過MAPI訪問郵箱里的郵件時，如果被訪問的郵件在EDB里，直接返回，如果在STM里（如外來郵件），則執(zhí)行轉換，將STM轉換為EDB文件格式，再返回用戶。

    情景二：用戶使用標準SMTP/POP3/IMAP4等協(xié)議訪問

    用戶使用非MAPI協(xié)議提交的郵件，內容保存在STM文件里，但是由于EDB里有郵箱結構，STM沒有，因此系統(tǒng)會把郵件的重要信息提取出來，放在EDB里。當用戶用MAPI提取郵件時，過程同上，當用戶通過標準協(xié)議訪問時，同樣需要進行格式轉換，轉換為STM文件格式返回。這些轉換是在后臺發(fā)生的。對用戶來說是透明的。通過上面的描述，你會看到，這兩個文件是緊密聯系的缺一不可。所以，在任何時間我們都不要單獨操作這兩個文件，它們是一個整體。同時也要注意的是，無論用戶使用何方式訪問郵箱，都需要向EDB文件請求郵箱結構信息，這是需要注意的。

    四、LOG文件的重大作用

    在論壇里經常會看到有人說我的硬盤怎么很快就沒了，一看原來是日志文件搞的鬼，于是就有人刪除日志文件，甚至使用循環(huán)日志來強制減少日志，甚至有人提出這樣的疑問，日志到底有什么用？是不是多余的？那我們來看看日志的重大作用。

    對于一個SG來說，系統(tǒng)會產生一系列的日志，這些日志的擴展名為LOG，前綴一般是E00、E01……除了這些連續(xù)的日志文件外，還有一些特殊的日志文件（res1.log,res2.log,e0x.chk））），它們又有什么用呢？我們的管理員通常不喜歡備份這一操作，因此對這些日志是痛恨不已啊。那么微軟在EXCHANGE數據庫系統(tǒng)中引入日志的作用難道真的是多此一舉嗎？我們從以下幾個方面來考察一下日志的作用：

    1、作為一個企業(yè)級的郵件系統(tǒng)，必須要保證數據安全和完整。必須能夠面對隨時可能發(fā)生的意外災難，把數據損失降低到最小。

    2、必須提供高性能的郵件處理能力，對數據庫中的郵件的事務操作在完成后必須馬上（或是說立即）被記錄在存儲介質上（見前面的事務持久性說明）

    3、災難發(fā)生后，使用數據庫備份恢復必須要返回到災難發(fā)生前一刻的數據庫狀態(tài)（這是至關重要的！?。?

    現在我們來更進一步的看一下，當用戶要修改郵箱中的內容時，被修改的內容首先被提取出來放到內存中，實際的修改是發(fā)生在內存里的，這是眾所周知的，當修改完成后，這些內容必須被盡快寫回存儲介質，這樣才表示一個事務成功完成了。

    從事務的描述中我們可以看到，事務是具有原子特性的，為了保證數據庫的一致和完整，事務必須全部成功或全部失敗，如果事務失敗，則必須回滾到事務開始的狀態(tài)。而當郵件在內存中修改完成后，此時事務并沒有完成（為什么呢？）因為一旦系統(tǒng)崩潰，這些修改就丟失了。所以要確保事務修改完成，必須盡快將修改寫回到數據庫里去（也就是硬盤上）。這也是事務的持久性要求。注意，我們這里說的第一時間或是盡快，是一個什么樣的概念。如果我們直接修改EDB文件，由于EDB文件比較大，那么在硬盤上修改一個大文件，就需要花費大量的時間在等待和尋找數據存儲塊上（見操作系統(tǒng)原理），當系統(tǒng)出現高負載的繁忙狀態(tài)時，這將是一個非常大的瓶頸。也就無法做到“盡快”了。那怎么辦呢？所以數據庫系統(tǒng)使用了日志，而日志通常很?。‥XCHANGE的日志只有5MB），向這些文件寫入修改結果是很快速的，因此當內存的修改完成后，這些結果就會立即寫入日志中，以保證了事務的持久性。當成功寫入日志后，該事務就成功完成了（現在在硬盤上了，不會因為當機丟失了）接下來，ESE引擎會在后臺慢慢將這些日志里的修改記錄寫回真正的數據庫里去（這對用戶來說已經不是那么重要了），這就是日志的第一個作用：確保事務在第一時間（盡可能快的）保存到非易失存儲器上（提供了事務持久性支持）。

    根據上面的藐視，我們看到運行中的EXCHANGE數據庫，是由三個部分組成的：

* 內存中已經完成處理還沒有寫會到日志里的內容（Dirt page）

* 還沒有寫到數據庫文件里的日志內容

* EDB和STM數據庫文件

     對于第一個部分，一旦掉電就回丟失的，是最不安全的。而對于第二部分的內容，系統(tǒng)通過檢查點文件（CHK）來標記哪些日志已經被寫入數據庫了，而哪些還沒有。CHK文件類似一個指針。我們可以用“ESEUTIL /MK”來檢查CHK文件里的內容，在該命令的輸出中的checkpoint:<0x8,26d1,29>這樣的東西就是檢查點位置，它表示E0x00008的日志的頁面序號已經被成功寫入數據庫了。大家可以自己看看。。：）

    前面提到過，EXCHANGE系統(tǒng)在出現災難時，應能恢復到災難發(fā)生前的時刻的狀態(tài)。這是非常重要的。但即使是最勤快的管理員，也只能在指定的預定時間內做系統(tǒng)備份，而不可能時時刻刻的都在備份。那么在備份完成后到災難發(fā)生之前的這段數據該如何保護呢？是不是就任由它丟失呢？顯然是不可能的。那答案是什么呢？就是日志文件。前面我們知道，任何對數據庫的更改都先寫入日志里，再由日志寫入數據庫，這樣我們只要找到日志文件，就可以重新進行模擬的操作來完成備份后的數據庫文件的更改了，我們舉個例子來看看：

    假設我們在凌晨3點完成了一次FULLBACKUP，備份完成后，系統(tǒng)正常運行，到下午4點的時候，系統(tǒng)突然崩潰。管理員用凌晨3點的數據恢復了數據庫，那么從凌晨3點到下午4點這段時間的數據變更，就只能依賴于日志了。當完成數據庫恢復后，系統(tǒng)會自動的跟蹤到關聯的日志文件，如果發(fā)現有比當前數據庫還新的日志存在，系統(tǒng)就會自動的按照日志的順序將更改寫回到數據庫中去。因此這樣一來，從凌晨3點到下午4點的數據變更就被完整的恢復了。這就是日志的第二個作用：保證系統(tǒng)備份和恢復的完整性。當然前提是沒有使用循環(huán)日志！?。吹搅税桑褂醚h(huán)日志的危害是相當大的，比起你的數據來說，多做幾次備份不是沒有意義的吧？

   說到這里，有人可能要問，如果數據庫和日志同時損壞，如何辦？答案是：盡量避免這樣的情況發(fā)生。首先數據庫損壞的幾率要大于日志，另外，微軟建議將數據庫和日志分別存儲在不同的磁盤上，要是這樣還會同時壞，那就沒有辦法了，呵呵。。對于管理員對日志文件的抱怨，合理的解決方法是定期做備份。啟用循環(huán)日志是不正確的做法，當啟用循環(huán)日志后，一旦系統(tǒng)發(fā)生災難恢復，將有可能不能將系統(tǒng)恢復到災難發(fā)生時的狀態(tài)，磁盤和數據誰更重要，管理員自己要考慮考慮了。

    五、ESE與IS服務的啟動和關閉

    ESE引擎在加載數據庫文件時，會去檢查數據庫文件的標志。這個標志保留了上次關閉數據庫的狀態(tài)，當狀態(tài)為正常關閉說，系統(tǒng)將直接加載該數據庫，當數據庫標志為非正常關閉時，系統(tǒng)將先進行一個軟恢復過程（你可以在事件里看到它），然后再加載。

    那么，正常關閉和非正常關閉有什么區(qū)別呢？一個正常關閉的數據庫，表示所有的日志信息都已經正確的寫入數據庫了。反之一個非正常關閉的數據庫，則表示至少有一部分數據未能正確的從日志寫入數據庫。要注意的是，非正常關閉的數據庫并不等于已經被破壞的數據庫。只表示有數據沒有提交到數據庫文件。

    使用ESEUTIL/MH命令可以看到數據庫的該狀態(tài)，其中的STATE字段標記的就是這個狀態(tài)，“CLEANSHUTDOWN”表示數據庫正常關閉。當系統(tǒng)加載處于非正常關閉的數據庫時，就會根據檢查點文件確定日志文件的位置，并做重放操作。當檢查點文件丟失或損壞時，系統(tǒng)將從最早的日志文件開始處理。有的時候，系統(tǒng)不能自動的修復數據庫，這時我們也可以用“ESEUTIL /R”命令手工的恢復處于非正常關閉狀態(tài)的數據庫。強烈推薦在系統(tǒng)異常關閉后執(zhí)行此命令。在執(zhí)行前最好前確定數據庫文件的狀態(tài)確實為非正常關閉，不要對正常關閉的數據庫執(zhí)行該恢復命令！

    由此可見，EXCHANGE系統(tǒng)對數據庫有自我修復能力，能確保系統(tǒng)在發(fā)生意外后恢復正確的狀態(tài)。但這并不是說我們可以隨意的關閉系統(tǒng)，仍要UPS等必要的保護措施。

    六、關于M盤

    在EX2000里，有一個M盤的映射。這個映射只是提供開發(fā)人員通過API訪問郵箱和郵件用的。因此對M盤的手工操作都可能帶來數據庫的破壞，請注意，另外，有一種觀點認為備份了M盤就備份了郵件，這是絕對錯誤的。M盤雖然是數據庫的映射，但已經去掉了很多的關聯和內在聯系。因此備份M盤是不能恢復數據庫的。所有的EXCHANGE管理員必須按規(guī)定認真的備份系統(tǒng)狀態(tài)和SG。切不可偷懶哦。

    看了上面的描述，你還認為日志文件是多余的嗎？EXCHANGE管理員，趕快取消循環(huán)日志，建立健全備份制度吧，為了你的前途，學會備份操作吧。

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