邮件服务器邮件存储和日志的介绍

本文以数据库的基本原理为基础，分析了EXCHANGE SERVER的存储系统，并说明了各部分的作用。

一、IS服务和ESE的层次关系

IS服务是EXCHANGE服务器中重要的服务之一，它控制着对邮箱和PF的存储 *** 作请求，EXCHANGE服务器的存储实际上是由ESE的数据库引擎来管理的。这个ESE引擎是微软专门为保存非关系型数据而开发的，目前在微软的很多产品中都有广泛的应用，如：AD数据库、DHCP、WINS、SRS等等。

EXCHANGE的数据库是由EDB文件、STM文件和LOG文件组成。在这些文件里，微软使用了“B+树”的内部数据结构。ESE的引擎的任务之一，就是当IS服务请求访问数据库的时候，把这些请求转化为对内部数据结构的读写访问。B+树的特点是能够对存储在硬盘上的数据提供快速访问能力。微软利用“B+树”作为ESE的后台结构的主要原因，就是尽可能的提高访问数据时I/O性能。当然，这些结构对于EXCHANGE STORE来说是透明的。

另外，作为一个数据库系统，ESE有责任提供事务级别的 *** 作的支持，并维护数据库的完整性和一致性。对数据库系统而言，我们提到事务时，一般用ACID来描述事务的特点。

A--Atomic（原子的）：事务必须是全或全无的 *** 作，要么全部成功更新，要么全部不被更新

C--Consistent（一致的）：一个成功提交的事务必须使数据库处于一个一致的状态。

I--Isolated（孤立的）：所有未提交的更改都必须能够和其他事务孤立。

D--Durable（持久的）：当事务一旦提交，所做的更改必须存储到稳定的介质上，防止系统失败导致的数据库不一致。（此点非常重要！！）

二、EXCHANGE 2000/2003存储系统的新特点

在EX55中，ESE的版本为ESE97，而在EX2000/2003里，ESE版本已经升级ESE98了。ESE引起在以下方面得到了改进：

I/O性能进一步提高和优化

对日志文件增加了计算校验 *** 作

提高了ESEUTIL等工具的维护速度

而IS也在以下方面有了更新：

在每个SERVER上提供多个SG支持

数据库STM文件格式的引入，提高了INTERNET邮件的性能

WSS的引入，用户可以使用多种协议访问数据库

三、EDB和STM的关系

常有人问，EDB文件是数据库，那STM文件是做什么用的？可以删除吗？

在EX55里，只有EDB文件，因为在EX55发布时，微软主推的是内部邮件系统，因此其主要协议为MAPI，这是微软的私有邮件西医，EDB文件是专门为此协议优化过的。因此在EX55中，为了支持INTERNET邮件，必须在每次处理INTERNET邮件时，做一个格式转换。这显然带来了性能的损失。

在EX2000里，微软加大了对INTERNET邮件的支持，这就是STM文件的来源。MAPI格式是RPC和二进制标准的，而STM是纯文本加上一些MIME编码格式，这样的区别使得它们不可能存储在同一数据库里。因此EX2000中，微软开始使用EDB和STM两个文件来分别保存两种格式的邮件。并且在两个文件之间建立了引用和关联。对于用户来说，它的邮箱实际上是跨越了EDB和STM文件共同组成的。另外，需要注意的是，EDB文件中还保留着用户的邮箱结构。所以EDB文件更加重要。那么EDB和STM是怎么协同工作的呢？我们以几个情景来分析之。

情景一：用户使用OUTLOOK（MAPI）发送接收邮件

在该情景下，用户将邮件通过MAPI协议提交给数据库，直接被保存EDB文件中。当用户通过MAPI访问邮箱里的邮件时，如果被访问的邮件在EDB里，直接返回，如果在STM里（如外来邮件），则执行转换，将STM转换为EDB文件格式，再返回用户。

情景二：用户使用标准SMTP/POP3/IMAP4等协议访问

用户使用非MAPI协议提交的邮件，内容保存在STM文件里，但是由于EDB里有邮箱结构，STM没有，因此系统会把邮件的重要信息提取出来，放在EDB里。当用户用MAPI提取邮件时，过程同上，当用户通过标准协议访问时，同样需要进行格式转换，转换为STM文件格式返回。 这些转换是在后台发生的。对用户来说是透明的。通过上面的描述，你会看到，这两个文件是紧密联系的缺一不可。所以，在任何时间我们都不要单独 *** 作这两个文件，它们是一个整体。同时也要注意的是，无论用户使用何方式访问邮箱，都需要向EDB文件请求邮箱结构信息，这是需要注意的。

四、LOG文件的重大作用

在论坛里经常会看到有人说我的硬盘怎么很快就没了，一看原来是日志文件搞的鬼，于是就有人删除日志文件，甚至使用循环日志来强制减少日志，甚至有人提出这样的疑问，日志到底有什么用？是不是多余的'？那我们来看看日志的重大作用。

对于一个SG来说，系统会产生一系列的日志，这些日志的扩展名为LOG，前缀一般是E00、E01……除了这些连续的日志文件外，还有一些特殊的日志文件（res1log,res2log,e0xchk））），它们又有什么用呢？我们的管理员通常不喜欢备份这一 *** 作，因此对这些日志是痛恨不已啊。那么微软在EXCHANGE数据库系统中引入日志的作用难道真的是多此一举吗？我们从以下几个方面来考察一下日志的作用：

1、作为一个企业级的邮件系统，必须要保证数据安全和完整。必须能够面对随时可能发生的意外灾难，把数据损失降低到最小。

2、必须提供高性能的邮件处理能力，对数据库中的邮件的事务 *** 作在完成后必须马上（或是说立即）被记录在存储介质上（见前面的事务持久性说明）

3、灾难发生后，使用数据库备份恢复必须要返回到灾难发生前一刻的数据库状态（这是至关重要的！！）

现在我们来更进一步的看一下，当用户要修改邮箱中的内容时，被修改的内容首先被提取出来放到内存中，实际的修改是发生在内存里的，这是众所周知的，当修改完成后，这些内容必须被尽快写回存储介质，这样才表示一个事务成功完成了。

从事务的描述中我们可以看到，事务是具有原子特性的，为了保证数据库的一致和完整，事务必须全部成功或全部失败，如果事务失败，则必须回滚到事务开始的状态。而当邮件在内存中修改完成后，此时事务并没有完成（为什么呢？）因为一旦系统崩溃，这些修改就丢失了。所以要确保事务修改完成，必须尽快将修改写回到数据库里去（也就是硬盘上）。这也是事务的持久性要求。注意，我们这里说的第一时间或是尽快，是一个什么样的概念。如果我们直接修改EDB文件，由于EDB

文件比较大，那么在硬盘上修改一个大文件，就 需要花费大量的时间在等待和寻找数据存储块上（见 *** 作系统原理），当系统出现高负载的繁忙状态时，这将是一个非常大的瓶颈。也就无法做到“尽快”了。那怎么办呢？所以数据库系统使用了日志，而日志通常很小（EXCHANGE的日志只有5MB），向这些文件写入修改结果是很快速的，因此当内存的修改完成后，这些结果就会立即写入日志中，以保证了事务的持久性。当成功写入日志后，该事务就成功完成了（现在在硬盘上了，不会因为当机丢失了）接下来，ESE引擎会在后台慢慢将这些日志里的修改记录写回真正的数据库里去（这对用户来说已经不是那么重要了），这就是日志的第一个作用：确保事务在第一时间（尽可能快的）保存到非易失存储器上（提供了事务持久性支持）。

根据上面的藐视，我们看到运行中的EXCHANGE数据库，是由三个部分组成的：

内存中已经完成处理还没有写会到日志里的内容（Dirt page）

还没有写到数据库文件里的日志内容

EDB和STM数据库文件

对于第一个部分，一旦掉电就回丢失的，是最不安全的。而对于第二部分的内容，系统通过检查点文件（CHK）来标记哪些日志已经被写入数据库了，而哪些还没有。CHK文件类似一个指针。我们可以用“ESEUTIL /MK”来检查CHK文件里的内容，在该命令的输出中的checkpoint:<0x8,26d1,29>这样的东西就是检查点位置，它表示E0x00008的日志的页面序号已经被成功写入数据库了。大家可以自己看看。。：）

前面提到过，EXCHANGE系统在出现灾难时，应能恢复到灾难发生前的时刻的状态。这是非常重要的。但即使是最勤快的管理员，也只能在指定的预定时间内做系统备份，而不可能时时刻刻的都在备份。那么在备份完成后到灾难发生之前的这段数据该如何保护呢？是不是就任由它丢失呢？显然是不可能的。那答案是什么呢？就是日志文件。前面我们知道，任何对数据库的更改都先写入日志里，再由日志写入数据库，这样我们只要找到日志文件，就可以重新进行模拟的 *** 作来完成备份后的数据库文件的更改了，我们举个例子来看看：

假设我们在凌晨3点完成了一次FULLBACKUP，备份完成后，系统正常运行，到下午4点的时候，系统突然崩溃。管理员用凌晨3点的数据恢复了数据库，那么从凌晨3点到下午4点这段时间的数据变更，就只能依赖于日志了。当完成数据库恢复后，系统会自动的跟踪到关联的日志文件，如果发现有比当前数据库还新的日志存在，系统就会自动的按照日志的顺序将更改写回到数据库中去。因此这样一来，从凌晨3点到下午4点的数据变更就被完整的恢复了。这就是日志的第二个作用：保证系统备份和恢复的完整性。当然前提是没有使用循环日志！！（看到了吧，使用循环日志的危害是相当大的，比起你的数据来说，多做几次备份不是没有意义的吧？

说到这里，有人可能要问，如果数据库和日志同时损坏，如何办？答案是：尽量避免这样的情况发生。首先数据库损坏的几率要大于日志，另外，微软建议将数据库和日志分别存储在不同的磁盘上，要是这样还会同时坏，那就没有办法了，呵呵。。对于管理员对日志文件的抱怨，合理的解决方法是定期做备份。启用循环日志是不正确的做法，当启用循环日志后，一旦系统发生灾难恢复，将有可能不能将系统恢复到灾难发生时的状态，磁盘和数据谁更重要，管理员自己要考虑考虑了。

五、ESE与IS服务的启动和关闭

ESE引擎在加载数据库文件时，会去检查数据库文件的标志。这个标志保留了上次关闭数据库的状态，当状态为正常关闭说，系统将直接加载该数据库，当数据库标志为非正常关闭时，系统将先进行一个软恢复过程（你可以在事件里看到它），然后再加载。

那么，正常关闭和非正常关闭有什么区别呢？一个正常关闭的数据库，表示所有的日志信息都已经正确的写入数据库了。反之一个非正常关闭的数据库，则表示至少有一部分数据未能正确的从日志写入数据库。要注意的是，非正常关闭的数据库并不等于已经被破坏的数据库。只表示有数据没有提交到数据库文件。

使用ESEUTIL/MH命令可以看到数据库的该状态，其中的STATE字段标记的就是这个状态，“CLEANSHUTDOWN”表示数据库正常关闭。当系统加载处于非正常关闭的数据库时，就会根据检查点文件确定日志文件的位置，并做重放 *** 作。当检查点文件丢失或损坏时，系统将从最早的日志文件开始处理。有的时候，系统不能自动的修复数据库，这时我们也可以用“ESEUTIL /R”命令手工的恢复处于非正常关闭状态的数据库。强烈推荐在系统异常关闭后执行此命令。在执行前最好前确定数据库文件的状态确实为非正常关闭，不要对正常关闭的数据库执行该恢复命令！

由此可见，EXCHANGE系统对数据库有自我修复能力，能确保系统在发生意外后恢复正确的状态。但这并不是说我们可以随意的关闭系统，仍要UPS等必要的保护措施。

六、关于M盘

在EX2000里，有一个M盘的映射。这个映射只是提供开发人员通过API访问邮箱和邮件用的。因此对M盘的手工 *** 作都可能带来数据库的破坏，请注意，另外，有一种观点认为备份了M盘就备份了邮件，这是绝对错误的。M盘虽然是数据库的映射，但已经去掉了很多的关联和内在联系。因此备份M盘是不能恢复数据库的。所有的EXCHANGE管理员必须按规定认真的备份系统状态和SG。切不可偷懒哦。

E-mail地址在把一封信投入邮箱之前，要在信封上写上收信人的姓名和地址，邮局才会知道把信发到哪里。电子邮件同样也需要发信人给出正确的地址，才能将邮件送到目的地。在Internet的电子邮件系统中，每个用户都有一个邮件地址，这个地址是在用户申请时给的。Interact的电子邮件地址一般由两部分构成：用户名④电子邮件服务器名。例如：any＠263net，中间的“＠”念作“at”，表示“在”。“＠”之前是用户名，“＠”之后是接收用户邮件并寄存的服务器名称。其中的电子邮件服务器名是一个拥有固定IP地址的电子邮件服务器，而用户名则是这个邮件服务器下的一个用户信箱的名称。

E-mail账号与E-mail地址相关的概念还有E-mail账号。E-mail账号是用户用来登录到电子邮件服务器上的用户名和密码。E-mail账号是用户在申请电子邮箱时填入的，以后在用户每次使用电子邮箱时都需要输入。电子邮件系统只有确认用户输入的E-mail账号是正确的，才会允许用户登录到电子邮件服务器上使用电子邮箱。

邮件服务器在Internet上有很多处理电子邮件的计算机，它们就像是一个个邮局，这些Interner上的邮局就叫作邮件服务器。和用户直接相关的邮件服务器有两种类型：“接收邮件服务器”和“发送邮件服务器”。从名称上用户就可以对它们的用途一目了然。接收邮件服务器是将别人发送给你的邮件暂时寄存，直到你把邮件取走，就象信箱一样。而发送邮件服务器的作用是让用户可以通过它们将自己撰写的电子邮件交到收信人手中，就像大街上的邮筒一样。

服务器要遵循同样的规则才能正确地互相传递信息，这样的规则被称作协议。发送邮件服务器遵循的是SMTP协议（简单邮件传输协议），所以在邮件软件的设置中称它为SMTP服务器，而接收邮件服务器一般遵循的是POP3协议，所以被称为POP3服务器。

SMTP 的全称是“Simple Mail Transfer Protocol”，即简单邮件传输协议。它是一组用于从源地址到目的地址传输邮件的规范，通过它来控制邮件的中转方式。SMTP 协议属于 TCP/IP 协议簇，它帮助每台计算机在发送或中转信件时找到下一个目的地。SMTP 服务器就是遵循 SMTP 协议的发送邮件服务器。

1对访问邮件服务器电子邮箱的用户进行身份安全检查。2接受邮件服务器用户发送的邮件，并检查电子邮件地址的用户名，把邮件发送到指定的邮箱。4对因某种原因不能正确发送的邮件，附上出错原因，退还给发信用户。5允许用户将存储在邮件服务器用户信箱中的信件下载到自己的计算机中。

（1）E-mail地址

在把一封信投入邮箱之前，要在信封上写上收信人的姓名和地址，邮局才会知道把信发到哪里。电子邮件同样也需要发信人给出正确的地址，才能将邮件送到目的地。在Internet的电子邮件系统中，每个用户都有一个邮件地址，这个地址是在用户申请时给的。Interact的电子邮件地址一般由两部分构成：用户名④电子邮件服务器名。例如：any@263net，中间的“@”念作“at”，表示“在”。“@”之前是用户名，“@”之后是接收用户邮件并寄存的服务器名称。其中的电子邮件服务器名是一个拥有固定IP地址的电子邮件服务器，而用户名则是这个邮件服务器下的一个用户信箱的名称。

（2）E-mail账号

与E-mail地址相关的概念还有E-mail账号。E-mail账号是用户用来登录到电子邮件服务器上的用户名和密码。E-mail账号是用户在申请电子邮箱时填入的，以后在用户每次使用电子邮箱时都需要输入。电子邮件系统只有确认用户输入的E-mail账号是正确的，才会允许用户登录到电子邮件服务器上使用电子邮箱。

（3）邮件服务器

在Internet上有很多处理电子邮件的计算机，它们就像是一个个邮局，这些Interner上的邮局就叫作邮件服务器。和用户直接相关的邮件服务器有两种类型：“接收邮件服务器”和“发送邮件服务器”。从名称上用户就可以对它们的用途一目了然。接收邮件服务器是将别人发送给你的邮件暂时寄存，直到你把邮件取走，就象信箱一样。而发送邮件服务器的作用是让用户可以通过它们将自己撰写的电子邮件交到收信人手中，就像大街上的邮筒一样。

服务器要遵循同样的规则才能正确地互相传递信息，这样的规则被称作协议。发送邮件服务器遵循的是SMTP协议（简单邮件传输协议），所以在邮件软件的设置中称它为SMTP服务器，而接收邮件服务器一般遵循的是POP3协议，所以被称为POP3服务器。

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