詳析郵件服務(wù)器郵件存儲(chǔ)和日志

以數(shù)據(jù)庫的基本原理為基礎(chǔ)，分析了EXCHANGE SERVER的存儲(chǔ)系統(tǒng)，并說明了各部分的作用。

　　一、IS服務(wù)和ESE的層次關(guān)系

　　IS服務(wù)是EXCHANGE服務(wù)器中重要的服務(wù)之一，它控制著對郵箱和PF的存儲(chǔ)操作請求，EXCHANGE服務(wù)器的存儲(chǔ)實(shí)際上是由ESE的數(shù)據(jù)庫引擎來管理的。這個(gè)ESE引擎是微軟專門為保存非關(guān)系型數(shù)據(jù)而開發(fā)的，目前在微軟的很多產(chǎn)品中都有廣泛的應(yīng)用，如：AD數(shù)據(jù)庫、DHCP、WINS、SRS等等。

　　EXCHANGE的數(shù)據(jù)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(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。ESE的引擎的任務(wù)之一，就是當(dāng)IS服務(wù)請求訪問數(shù)據(jù)庫的時(shí)候，把這些請求轉(zhuǎn)化為對內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的讀寫訪問。B+樹的特點(diǎn)是能夠?qū)Υ鎯?chǔ)在硬盤上的數(shù)據(jù)提供快速訪問能力。微軟利用“B+樹”作為ESE的后臺(tái)結(jié)構(gòu)的主要原因，就是盡可能的提高訪問數(shù)據(jù)時(shí)I/O性能。當(dāng)然，這些結(jié)構(gòu)對于EXCHANGE STORE來說是透明的。

　　另外，作為一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，ESE有責(zé)任提供事務(wù)級別的操作的支持，并維護(hù)數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性。對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)而言，我們提到事務(wù)時(shí)，一般用ACID來描述事務(wù)的特點(diǎn)。

　　A--Atomic（原子的）：事務(wù)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(gè)成功提交的事務(wù)必須使數(shù)據(jù)庫處于一個(gè)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(wù)孤立。

　　D--Durable（持久的）：當(dāng)事務(wù)一旦提交，所做的更改必須存儲(chǔ)到穩(wěn)定的介質(zhì)上，防止系統(tǒng)失敗導(dǎo)致的數(shù)據(jù)庫不一致。（此點(diǎn)非常重要！�。�

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

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

　　* I/O性能進(jìn)一步提高和優(yōu)化

　　* 對日志文件增加了計(jì)算校驗(yàn)操作

　　* 提高了ESEUTIL等工具的維護(hù)速度

　　而IS也在以下方面有了更新：

　　* 在每個(gè)SERVER上提供多個(gè)SG支持

　　* 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫 |||
　　三、EDB和STM的關(guān)系

　　常有人問，EDB文件是數(shù)據(jù)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?yàn)樵贓X5.5發(fā)布時(shí)，微軟主推的是內(nèi)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(shí)，做一個(gè)格式轉(zhuǎn)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。MAPI格式是RPC和二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)在同一數(shù)據(jù)庫里。因此EX2000中，微軟開始使用EDB和STM兩個(gè)文件來分別保存兩種格式的郵件。并且在兩個(gè)文件之間建立了引用和關(guān)聯(lián)。對于用戶來說，它的郵箱實(shí)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(jié)構(gòu)。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(gè)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(shù)據(jù)庫，直接被保存EDB文件中。當(dāng)用戶通過MAPI訪問郵箱里的郵件時(shí)，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(zhuǎn)換，將STM轉(zhuǎn)換為EDB文件格式，再返回用戶。

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

　　用戶使用非MAPI協(xié)議提交的郵件，內(nèi)容保存在STM文件里，但是由于EDB里有郵箱結(jié)構(gòu)，STM沒有，因此系統(tǒng)會(huì)把郵件的重要信息提取出來，放在EDB里。當(dāng)用戶用MAPI提取郵件時(shí)，過程同上，當(dāng)用戶通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議訪問時(shí)，同樣需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為STM文件格式返回。 這些轉(zhuǎn)換是在后臺(tái)發(fā)生的。對用戶來說是透明的。通過上面的描述，你會(huì)看到，這兩個(gè)文件是緊密聯(lián)系的缺一不可。所以，在任何時(shí)間我們都不要單獨(dú)操作這兩個(gè)文件，它們是一個(gè)整體。同時(shí)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(jié)構(gòu)信息，這是需要注意的。

　　四、LOG文件的重大作用

　　在里經(jīng)常會(huì)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(qiáng)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(gè)SG來說，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一系列的日志，這些日志的擴(kuò)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(shù)據(jù)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(gè)方面來考察一下日志的作用：

　　1、作為一個(gè)企業(yè)級的郵件系統(tǒng)，必須要保證數(shù)據(jù)安全和完整。必須能夠面對隨時(shí)可能發(fā)生的意外災(zāi)難，把數(shù)據(jù)損失降低到最小。

　　2、必須提供高性能的郵件處理能力，對數(shù)據(jù)庫中的郵件的事務(wù)操作在完成后必須馬上（或是說立即）被記錄在存儲(chǔ)介質(zhì)上（見前面的事務(wù)持久性說明）

　　3、災(zāi)難發(fā)生后，使用數(shù)據(jù)庫備份恢復(fù)必須要返回到災(zāi)難發(fā)生前一刻的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)（這是至關(guān)重要的�。。�

　　現(xiàn)在我們來更進(jìn)一步的看一下，當(dāng)用戶要修改郵箱中的內(nèi)容時(shí)，被修改的內(nèi)容首先被提取出來放到內(nèi)存中，實(shí)際的修改是發(fā)生在內(nèi)存里的，這是眾所周知的，當(dāng)修改完成后，這些內(nèi)容必須被盡快寫回存儲(chǔ)介質(zhì)，這樣才表示一個(gè)事務(wù)成功完成了。

　　從事務(wù)的描述中我們可以看到，事務(wù)是具有原子特性的，為了保證數(shù)據(jù)庫的一致和完整，事務(wù)必須全部成功或全部失敗，如果事務(wù)失敗，則必須回滾到事務(wù)開始的狀態(tài)。而當(dāng)郵件在內(nèi)存中修改完成后，此時(shí)事務(wù)并沒有完成（為什么呢？）因?yàn)橐坏┫到y(tǒng)崩潰，這些修改就丟失了。所以要確保事務(wù)修改完成，必須盡快將修改寫回到數(shù)據(jù)庫里去（也就是硬盤上）。這也是事務(wù)的持久性要求。注意，我們這里說的第一時(shí)間或是盡快，是一個(gè)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(gè)大文件，就 需要花費(fèi)大量的時(shí)間在等待和尋找數(shù)據(jù)存儲(chǔ)塊上（見操作系統(tǒng)原理），當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)高負(fù)載的繁忙狀態(tài)時(shí)，這將是一個(gè)非常大的瓶頸。也就無法做到“盡快”了。那怎么辦呢？所以數(shù)據(jù)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(jié)果是很快速的，因此當(dāng)內(nèi)存的修改完成后，這些結(jié)果就會(huì)立即寫入日志中，以保證了事務(wù)的持久性。當(dāng)成功寫入日志后，該事務(wù)就成功完成了（現(xiàn)在在硬盤上了，不會(huì)因?yàn)楫?dāng)機(jī)丟失了）接下來，ESE引擎會(huì)在后臺(tái)慢慢將這些日志里的修改記錄寫回真正的數(shù)據(jù)庫里去（這對用戶來說已經(jīng)不是那么重要了），這就是日志的第一個(gè)作用：確保事務(wù)在第一時(shí)間（盡可能快的）保存到非易失存儲(chǔ)器上（提供了事務(wù)持久性支持）。 |||
　　根據(jù)上面的藐視，我們看到運(yùn)行中的EXCHANGE數(shù)據(jù)庫，是由三個(gè)部分組成的：

　　* 內(nèi)存中已經(jīng)完成處理還沒有寫會(huì)到日志里的內(nèi)容（Dirt page）

　　* 還沒有寫到數(shù)據(jù)庫文件里的日志內(nèi)容

　　* EDB和STM數(shù)據(jù)庫文件

　　對于第一個(gè)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(nèi)容，系統(tǒng)通過檢查點(diǎn)文件（CHK）來標(biāo)記哪些日志已經(jīng)被寫入數(shù)據(jù)庫了，而哪些還沒有。CHK文件類似一個(gè)指針。我們可以用“ESEUTIL /MK”來檢查CHK文件里的內(nèi)容，在該命令的輸出中的checkpoint:<0x8,26d1,29>這樣的東西就是檢查點(diǎn)位置，它表示E0x00008的日志的頁面序號已經(jīng)被成功寫入數(shù)據(jù)庫了。大家可以自己看看。。：）

　　前面提到過，EXCHANGE系統(tǒng)在出現(xiàn)災(zāi)難時(shí)，應(yīng)能恢復(fù)到災(zāi)難發(fā)生前的時(shí)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(yù)定時(shí)間內(nèi)做系統(tǒng)備份，而不可能時(shí)時(shí)刻刻的都在備份。那么在備份完成后到災(zāi)難發(fā)生之前的這段數(shù)據(jù)該如何保護(hù)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(shù)據(jù)庫的更改都先寫入日志里，再由日志寫入數(shù)據(jù)庫，這樣我們只要找到日志文件，就可以重新進(jìn)行模擬的操作來完成備份后的數(shù)據(jù)庫文件的更改了，我們舉個(gè)例子來看看：

　　假設(shè)我們在凌晨3點(diǎn)完成了一次FULLBACKUP，備份完成后，系統(tǒng)正常運(yùn)行，到下午4點(diǎn)的時(shí)候，系統(tǒng)突然崩潰。管理員用凌晨3點(diǎn)的數(shù)據(jù)恢復(fù)了數(shù)據(jù)庫，那么從凌晨3點(diǎn)到下午4點(diǎn)這段時(shí)間的數(shù)據(jù)變更，就只能依賴于日志了。當(dāng)完成數(shù)據(jù)庫恢復(fù)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的跟蹤到關(guān)聯(lián)的日志文件，如果發(fā)現(xiàn)有比當(dāng)前數(shù)據(jù)庫還新的日志存在，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)的按照日志的順序?qū)⒏�改寫回到�?shù)據(jù)庫中去。因此這樣一來，從凌晨3點(diǎn)到下午4點(diǎn)的數(shù)據(jù)變更就被完整的恢復(fù)了。這就是日志的第二個(gè)作用：保證系統(tǒng)備份和恢復(fù)的完整性。當(dāng)然前提是沒有使用循環(huán)日志�。。�看到了吧，使用循環(huán)日志的危害是相當(dāng)大的，比起你的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫和日志同時(shí)損壞，如何辦？答案是：盡量避免這樣的情況發(fā)生。首先數(shù)據(jù)庫損壞的幾率要大于日志，另外，微軟建議將數(shù)據(jù)庫和日志分別存儲(chǔ)在不同的磁盤上，要是這樣還會(huì)同時(shí)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(dāng)啟用循環(huán)日志后，一旦系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難恢復(fù)，將有可能不能將系統(tǒng)恢復(fù)到災(zāi)難發(fā)生時(shí)的狀態(tài)，磁盤和數(shù)據(jù)誰更重要，管理員自己要考慮考慮了。

五、ESE與IS服務(wù)的啟動(dòng)和關(guān)閉

　　ESE引擎在加載數(shù)據(jù)庫文件時(shí)，會(huì)去檢查數(shù)據(jù)庫文件的標(biāo)志。這個(gè)標(biāo)志保留了上次關(guān)閉數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)，當(dāng)狀態(tài)為正常關(guān)閉說，系統(tǒng)將直接加載該數(shù)據(jù)庫，當(dāng)數(shù)據(jù)庫標(biāo)志為非正常關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)將先進(jìn)行一個(gè)軟恢復(fù)過程（你可以在事件里看到它），然后再加載。

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

　　使用ESEUTIL/MH命令可以看到數(shù)據(jù)庫的該狀態(tài)，其中的STATE字段標(biāo)記的就是這個(gè)狀態(tài)，“CLEANSHUTDOWN”表示數(shù)據(jù)庫正常關(guān)閉。當(dāng)系統(tǒng)加載處于非正常關(guān)閉的數(shù)據(jù)庫時(shí)，就會(huì)根據(jù)檢查點(diǎn)文件確定日志文件的位置，并做重放操作。當(dāng)檢查點(diǎn)文件丟失或損壞時(shí)，系統(tǒng)將從最早的日志文件開始處理。有的時(shí)候，系統(tǒng)不能自動(dòng)的修復(fù)數(shù)據(jù)庫，這時(shí)我們也可以用“ESEUTIL /R”命令手工的恢復(fù)處于非正常關(guān)閉狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫。強(qiáng)烈推薦在系統(tǒng)異常關(guān)閉后執(zhí)行此命令。在執(zhí)行前最好前確定數(shù)據(jù)庫文件的狀態(tài)確實(shí)為非正常關(guān)閉，不要對正常關(guān)閉的數(shù)據(jù)庫執(zhí)行該恢復(fù)命令！

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

六、關(guān)于M盤

　　在EX2000里，有一個(gè)M盤的映射。這個(gè)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(shù)據(jù)庫的破壞，請注意，另外，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為備份了M盤就備份了郵件，這是絕對錯(cuò)誤的。M盤雖然是數(shù)據(jù)庫的映射，但已經(jīng)去掉了很多的關(guān)聯(lián)和內(nèi)在聯(lián)系。因此備份M盤是不能恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的。所有的EXCHANGE管理員必須按規(guī)定認(rèn)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(rèn)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(xué)會(huì)備份操作吧。