打造高可用的Oracle數(shù)據(jù)庫

國家信息中心 何國慶 王潤宇 宿云凱

一、引言

隨著信息技術的發(fā)展，信息技術不僅改變了我們的工作方式，更是我們提高工作效率的原動力。數(shù)據(jù)庫是信息技術的核心技術之一，其直接存儲和管理信息數(shù)據(jù)主體，并提供數(shù)據(jù)查詢等服務。數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定高效運行是業(yè)務是否穩(wěn)定的前提。然而，各種突發(fā)事件諸如網(wǎng)絡威脅、硬件故障、火災等，都使數(shù)據(jù)庫穩(wěn)定運行面臨著巨大挑戰(zhàn)。

為了在突發(fā)事件發(fā)生時，數(shù)據(jù)庫仍然能夠高效穩(wěn)定運行，或使突發(fā)事件產(chǎn)生的影響降低到最小。從操作系統(tǒng)到數(shù)據(jù)庫應用都產(chǎn)生了很多高可用技術。

本文首先分析操作系統(tǒng)層面的高可用技術，及其對于數(shù)據(jù)庫的局限性。然后重點討論目前常見的oracle數(shù)據(jù)庫和高可用性有關的兩項技術：Real Application Cluster和Data Guard。

二、操作系統(tǒng)上的高可用性

時至今日，服務器不僅運算速度有了飛速提升，各種硬件的冗余技術，硬盤的RAID技術及日益穩(wěn)定的操作系統(tǒng)都使其穩(wěn)定性有了質的飛躍，但是硬件故障、操作系統(tǒng)的漏洞和bug依舊不能完全避免。為了滿足特殊服務器的高可用需求，常見的操作系統(tǒng)均推出了自己的集群技術，如AIX的High Availability Cluster Multi-Processing(簡稱HACMP或HA)。Windows的windows Failover Cluster(簡稱WSFC)等。集群的工作模式可分為主從、互備、多點集群三大類?；舅悸肥怯啥鄠€節(jié)點共同對外提供服務。當一個節(jié)點故障時，其他節(jié)點接替該節(jié)點的工作。

操作系統(tǒng)的集群技術對于其它的應用多數(shù)可靠有效，但是對數(shù)據(jù)庫來說雖然也可以實現(xiàn)，但是卻存在著資源利用率低，不能無縫切換的缺點。原因很簡單，數(shù)據(jù)庫中不斷變換的數(shù)據(jù)只能有一份，各個節(jié)點對外的結果必須一致，這就要求節(jié)點之間要實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)同步。而操作系統(tǒng)僅僅是應用的平臺，無法深入到應用中完成數(shù)據(jù)同步工作。常見的操作系統(tǒng)層面的數(shù)據(jù)庫集群是雙機主備模式。數(shù)據(jù)存放在獨立的存儲中，正常情況下存儲掛在主服務器上，當主服務器故障后，首先主服務器停止服務，然后存儲資源切換到備用服務器，最后備用服務器開始工作。這樣的工作模式，始終有一臺服務器處于閑置狀態(tài)，并且在故障發(fā)生時，必然有個切換過程，這期間數(shù)據(jù)庫服務是中斷的。

三、Oracle Real Application Cluster

Oracle Real Application Cluster通常稱作RAC。是從oracle9i開始推出的應用層面的集群數(shù)據(jù)庫。

(一)RAC數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡結構

通常由多個節(jié)點服務器（至少2個節(jié)點）和一臺存儲設備組成，如圖1所示。

每個節(jié)點有兩個網(wǎng)卡和一個連接存儲的光纖卡。其中一塊網(wǎng)卡連接在由這幾臺服務器組成的私有網(wǎng)絡，用于各個節(jié)點之間通訊和數(shù)據(jù)交換。另一個網(wǎng)卡連在公共網(wǎng)絡對外提供服務。存儲和所有節(jié)點通過光纖相連，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)文件就存放在存儲中。

(二)RAC的優(yōu)點

高可用性：RAC中的每個節(jié)點均為數(shù)據(jù)庫的一個實例，這些節(jié)點同時對外服務，避免單節(jié)點故障造成數(shù)據(jù)庫服務中斷。

可擴展性：RAC集群中的節(jié)點可以根據(jù)業(yè)務的繁忙程度，動態(tài)的增加或減少。資源利用率高：RAC集群中的所有節(jié)點均在線服務，沒有閑置節(jié)點。另外，根據(jù)不同業(yè)務高峰期的差別。動態(tài)調整不用業(yè)務的服務資源范圍，如在一個4節(jié)點的集群中，白天可以分配3個節(jié)點為銷售業(yè)務提供服務，1個節(jié)點為統(tǒng)計分析提供服務。夜里分配三個節(jié)點為統(tǒng)計分析提供服務，1個節(jié)點為銷售業(yè)務提供服務。

節(jié)約成本：可以用多臺廉價的PC代替昂貴的小型機或大型機。同時節(jié)約相應的維護成本。

(三)RAC的不足

圖1

圖2

對系統(tǒng)規(guī)劃要求高，如果系統(tǒng)規(guī)劃設計不合理，可能使集群的性能還不如一個節(jié)點的性能高。如頻繁出現(xiàn)多個節(jié)點對同一個數(shù)據(jù)塊寫操作時，出現(xiàn)各個節(jié)點之間相互等待，并且使節(jié)點之間出現(xiàn)大量的內存拷貝，從而在集群的私有網(wǎng)絡上引發(fā)所謂的網(wǎng)絡風暴。

雖然多節(jié)點同時提供服務避免了單節(jié)點故障引起的服務中斷，但并非節(jié)點故障對業(yè)務沒有影響，對于非連接池的應用來說，新的連接均可以連接到正常的節(jié)點。但對于采用連接池的應用來說，已經(jīng)連接在故障節(jié)點的連接并不會立刻刷新，應用在使用故障連接時會報數(shù)據(jù)庫連接異常的錯誤，直到所有到故障節(jié)點的連接被刷新。

由于集群需要訪問共同的存儲設備，集群中各個節(jié)點的物理距離不會太遠，這樣雖然集群可以避免由于軟硬件故障引起的服務中斷，但對于火災、地震等重大災難事故，RAC集群數(shù)據(jù)庫無能為力。

四、Dataguard

Datagurad是從oracle7i時就推出的一種數(shù)據(jù)庫高可用技術。通常由多臺（至少兩臺）位于不同城市的數(shù)據(jù)庫服務器組成。其中一臺為主數(shù)據(jù)庫角色，其它數(shù)據(jù)庫稱為standby數(shù)據(jù)庫，如圖2所示。

基本原理是將主數(shù)據(jù)產(chǎn)生的聯(lián)機日志隨時傳送給各個standby數(shù)據(jù)庫，standby數(shù)據(jù)庫再重做這些日志。當主數(shù)據(jù)庫發(fā)生重大故障或當?shù)匕l(fā)生火災、地震等災難事件時，任意一個standby數(shù)據(jù)可以快速轉換為主數(shù)據(jù)庫角色。

Dataguard技術最大價值就在于災備。最多9個standby數(shù)據(jù)庫，分布在不同的城市。可以最大限度降低火災、地震等重大災難事件的影響。其次standby數(shù)據(jù)庫可以以只讀模式打開，提供數(shù)據(jù)查詢服務，standby數(shù)據(jù)庫也可用于數(shù)據(jù)庫備份，這兩項能力均可減輕主數(shù)據(jù)庫的壓力。

Dataguard的不足是基礎設施（機房、人員、軟硬件成本）投入較大。另外和操作系統(tǒng)集群類似，資源利用率低，故障切換時服務會中斷[3]。

五、小結

以上三種技術均可用于部署高可用oracle數(shù)據(jù)庫，各有利弊。操作系統(tǒng)集群由于自身的不足，目前逐漸退出主流，但由于其投資少，一些要求不高的小型用戶還在使用。RAC由于其資源利用率高，調配靈活，在oracle高可用數(shù)據(jù)庫市場上占據(jù)主流。而Dataguard從出現(xiàn)到現(xiàn)在乃至可見未來，由于其不可替代的災備功能，不會退出市場，但是由于其基礎設施投入大，其主要用戶是跨地域的大型用戶，

這三種高可用技術并不完全是競爭關系，而是可以配合使用更好以取長補短。實際上許多大型用戶由于業(yè)務量大，且需要7*24小時服務，他們更多的情況是主數(shù)據(jù)庫和standby數(shù)據(jù)庫均為集群數(shù)據(jù)庫。

[1]張曉明著.大話oracle RAC[M].人民郵電出版社,2009.

[2]http://doc.mbalib.com/view/7f15d6af436571f0628d3 7212aebbbdc.html(2012年7月).

[3]http://blog.csdn.net/zengmuansha/article/details/3725939(2012年7月).