SQL Server數(shù)據(jù)庫集群的探索

李華

摘要：本文闡述了SQL Server數(shù)據(jù)庫集群的高可用性和可靠性，介紹了數(shù)據(jù)庫集群的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)考慮因素及其實(shí)現(xiàn)，提高了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高可用性。

關(guān)鍵詞：SQL Sever；數(shù)據(jù)庫集群；MSCS

在計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛應(yīng)用的同時(shí)，對網(wǎng)絡(luò)中各種服務(wù)器的性能也提出了更高的要求。數(shù)據(jù)庫集群技術(shù)在不同的電子事務(wù)處理及網(wǎng)格計(jì)算等系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，是一種被業(yè)界廣泛關(guān)注的計(jì)算機(jī)技術(shù)，其性能完全可以取代大型主機(jī)，而且網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢是大型主機(jī)無法比擬的，價(jià)格的低廉，能夠?yàn)槠髽I(yè)及高校節(jié)省大量的成本，在科學(xué)研究、金融、電信等領(lǐng)域日益發(fā)揮著重要作用。

一、數(shù)據(jù)庫集群概述

集群技術(shù)指通過高性能網(wǎng)絡(luò)由相互獨(dú)立的同構(gòu)或者異構(gòu)的多個(gè)單一系統(tǒng)整合為一個(gè)虛擬系統(tǒng)，高度緊密聯(lián)合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)同完成共同的工作。集群對外提供的是透明的服務(wù)，一個(gè)客戶與集群相互作用的時(shí)候，集群就是一個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器。把集群技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫集群。

數(shù)據(jù)庫集群技術(shù)是用高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)把價(jià)格較低的硬件設(shè)備連接在一起，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器都擁有獨(dú)立的存儲空間，分別運(yùn)行各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有高度自治性，但是呈現(xiàn)給客戶的是一個(gè)統(tǒng)一的界面，在用戶看來，整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)只是一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而不是由多個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成的。

二、SQL Server數(shù)據(jù)庫集群

SQL Server是一個(gè)全面的數(shù)據(jù)庫平臺，其數(shù)據(jù)庫引擎為關(guān)系型和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供了安全可靠的存儲功能，能夠構(gòu)建和管理高可用和高性能的數(shù)據(jù)應(yīng)用程序。SQL Server集群環(huán)境需要至少兩臺運(yùn)行SQL Server的服務(wù)器構(gòu)成的虛擬服務(wù)器。SQL Server集群性能在中小型服務(wù)器的應(yīng)用上表現(xiàn)十分突出。

隨著用戶對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可用性和可靠性的要求日益提高，集群技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)高可用性，減少死機(jī)風(fēng)險(xiǎn)的一種快捷安全的解決方案。SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫與微軟服務(wù)器集群（MSCS）相結(jié)合構(gòu)成數(shù)據(jù)庫集群，致力于減少死機(jī)時(shí)間，為災(zāi)難恢復(fù)提供解決方案，為數(shù)據(jù)庫用戶提供更強(qiáng)大的系統(tǒng)可用性[1]。

數(shù)據(jù)庫鏡像和故障轉(zhuǎn)移集群最主要的差異是提供的冗余級別不同。數(shù)據(jù)庫鏡像提供的是數(shù)據(jù)庫級別的保護(hù)，而集群提供的是服務(wù)器級別的。另外，在數(shù)據(jù)庫鏡像中，主服務(wù)器與鏡像服務(wù)器是獨(dú)立的SQL Server實(shí)例，具有不同的名稱；而集群中SQL Server實(shí)例使用相同的虛擬服務(wù)器名稱和IP地址，并且無論哪個(gè)節(jié)點(diǎn)主持集群實(shí)例，虛擬服務(wù)器的名稱和IP地址始終不變，因此服務(wù)器一級的數(shù)據(jù)庫保護(hù)，故障轉(zhuǎn)移集群是更適合的選擇。

三、數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

選擇一個(gè)合適的數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)，能夠給企業(yè)在管理規(guī)劃和成本控制上帶來好處。

1.設(shè)計(jì)原則

（1）盡量保證集群系統(tǒng)架構(gòu)的簡單性和兼容性。選擇數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采用經(jīng)過市場檢驗(yàn)的成熟可靠的平臺，嚴(yán)格按照集群操作系統(tǒng)提供商硬件兼容性認(rèn)證列表選購硬件設(shè)備，以防出現(xiàn)硬件不兼容，帶來不必要的問題[2]。

（2）在保證可用性前提下，追求高效和便利的操作性。數(shù)據(jù)庫集群的最終目標(biāo)是它的高可用性，同時(shí)也要兼顧性能。優(yōu)秀的集群軟件應(yīng)能支持較多的應(yīng)用，多個(gè)相關(guān)軟件配合使用，能提高管理集群的效率。

（3）性價(jià)比。有著相同性能的集群服務(wù)器價(jià)格通常比傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)和大型并行處理機(jī)的價(jià)格要低廉得多。硬件購買方便快捷，升級維護(hù)也簡單易行，成本支出大大減少，并且通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)對集群管理方便，性價(jià)比大大優(yōu)于大型并行處理機(jī)。

2.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)的兩大因素

要構(gòu)造一個(gè)工作良好的數(shù)據(jù)庫集群，要著重考慮以下的兩個(gè)因素：

（1）可用性支持。

可用性是指用戶使用服務(wù)或應(yīng)用程序的可用程度。數(shù)據(jù)庫集群通過冗余硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)映像等，提供一種保持低成本的高可用性。從關(guān)鍵性計(jì)算應(yīng)用的角度看，集群是一組作為單一系統(tǒng)管理的獨(dú)立運(yùn)行服務(wù)器，由網(wǎng)絡(luò)連接在一起構(gòu)成的穩(wěn)定性、安全性良好的一臺虛擬服務(wù)器，支持用戶透明訪問的服務(wù)資源，最終目的是高可用性。

可用性能否達(dá)標(biāo)，需要應(yīng)用系統(tǒng)的最終用戶來進(jìn)行衡量[3]。企業(yè)依賴于系統(tǒng)的可用性以防出現(xiàn)服務(wù)器故障或者從故障中進(jìn)行恢復(fù)。高可用性集群提供了一個(gè)比一般可用性系統(tǒng)更高級的系統(tǒng)可用性，來減少系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率。

設(shè)計(jì)高可用性的數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)時(shí)，集群系統(tǒng)的可靠性、可用性及可維護(hù)性是重中之重，其中可用性標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了可靠性和可維護(hù)性標(biāo)準(zhǔn)。

（2）高效通訊。

數(shù)據(jù)庫集群一般使用有標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)。低級通信協(xié)議雖然比標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議有效，但是現(xiàn)在低級通信協(xié)議沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，追求高效往往卻和集群的可擴(kuò)展性相抵觸。需要高可擴(kuò)展的集群系統(tǒng)，就要用一些低效的商品化網(wǎng)絡(luò)、更通用的硬件平臺和流行的操作系統(tǒng)。在保障集群的可擴(kuò)充能力的同時(shí)，降低了優(yōu)化性能的可能。

3.數(shù)據(jù)庫集群應(yīng)該具備的功能

性能優(yōu)良的數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)應(yīng)該能夠提高數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行處理能力，具有良好的響應(yīng)速度、能夠即時(shí)數(shù)據(jù)同步，做好數(shù)據(jù)備份和保護(hù)、能夠隨時(shí)監(jiān)測各個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)，在系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，能及時(shí)實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移，切換服務(wù)器，保障集群服務(wù)器的正常運(yùn)行，提供不間斷服務(wù)，并且能夠降低管理和維護(hù)支出成本。

4.數(shù)據(jù)庫集群存儲體系結(jié)構(gòu)的選擇

根據(jù)集群之間是否共享存儲，集群系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分為共享存儲結(jié)構(gòu)和無共享結(jié)構(gòu)兩大類。在共享存儲結(jié)構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠直接訪問一個(gè)共享的主存或共享磁盤陣列；在無共享存儲結(jié)構(gòu)中每個(gè)處理節(jié)點(diǎn)擁有獨(dú)立的內(nèi)存和硬盤，節(jié)點(diǎn)之間通過高速通信網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行消息傳遞。本文的SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫集群屬于無共享存儲結(jié)構(gòu)。

四、數(shù)據(jù)庫集群的部署與實(shí)現(xiàn)

運(yùn)用Windows Server 2003操作系統(tǒng)、MSCS集群軟件以及SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫管理軟件構(gòu)建一個(gè)集群系統(tǒng)。Windows Server 2003可以支持最大達(dá)8個(gè)節(jié)點(diǎn)的集群配置，典型特征是可以為數(shù)據(jù)庫、消息系統(tǒng)、文件與打印服務(wù)等關(guān)鍵業(yè)務(wù)的應(yīng)用，提供高可用性和可擴(kuò)展性。

配置兩節(jié)點(diǎn)集群需要三臺服務(wù)器，因此選擇使用虛擬機(jī)VMware Workstation。集群的共享數(shù)據(jù)盤要裝在SCSI結(jié)構(gòu)的總線上。經(jīng)過測試，集群系統(tǒng)與單臺服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)可以有效進(jìn)行故障轉(zhuǎn)移，可擴(kuò)充性強(qiáng)，極大地提高了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高可用性。

五、總結(jié)

數(shù)據(jù)庫集群技術(shù)憑借其高可用性和高可靠性正逐漸取代以往的數(shù)據(jù)庫容錯(cuò)技術(shù)。集群技術(shù)的迅速發(fā)展，可以給高校和企業(yè)節(jié)約大量經(jīng)費(fèi)和支出。利用服務(wù)器集群技術(shù)，經(jīng)過周密計(jì)劃和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，系統(tǒng)破壞的幾率非常小。因此，服務(wù)器的穩(wěn)定盡可能地使用集群技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏榕暉.數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)高可用性的研究與應(yīng)用[D].曲阜師范大學(xué)，2008.

[2] 桂榮.計(jì)算機(jī)集群技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].天津大學(xué)，2003.

[3] 王林.基于SQL Server數(shù)據(jù)庫集群的研究[D].中國石油大學(xué)，2009.