基于Oracle RAC實現(xiàn)油田地質(zhì)信息系統(tǒng)高可用性

石晉

[摘 要] 隨著遼河油田地質(zhì)信息系統(tǒng)在勘探開發(fā)研究中應用的不斷深入，高瀏覽量和訪問量對系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫提出了較高的要求。文章在Oracle RAC技術(shù)基礎(chǔ)上，實施構(gòu)建了油田地質(zhì)信息高可用性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并通過內(nèi)存管理及負載均衡提升系統(tǒng)運行效率。

[關(guān)鍵詞] Oracle RAC；高可用性；油田地質(zhì)；內(nèi)存管理；負載均衡

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 07. 082

[中圖分類號] P628 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2016）07- 0179- 04

0 引 言

遼河油田地質(zhì)信息系統(tǒng)自2006年運行以來，作為面向全油田提供服務的數(shù)據(jù)處理門戶網(wǎng)站，依托瀏覽查詢、數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)審核等業(yè)務系統(tǒng)、歷史資料庫與臨時管理庫等眾多資源收集所需信息，通過一體化的底層數(shù)據(jù)模型以及多種編程技術(shù)的應用，形成涵蓋井位坐標、井屬性、井斜、有效厚度、分層、解釋表、測井、錄井、試油等13類油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)、能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)、表格、報表、圖件一體化應用的綜合信息系統(tǒng)。油田地質(zhì)信息系統(tǒng)的特點是覆蓋面廣，數(shù)據(jù)量大，信息種類多，高瀏覽量和訪問量對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有較高的要求，要求能實現(xiàn)大量用戶并發(fā)訪問的同時保障其24×7的可用性、可靠性、故障快速恢復。保證數(shù)據(jù)庫的高可用性，直接影響遼河油田勘探開發(fā)研究水平。

1 ORACLE RAC技術(shù)

Oracle RAC（RAC：Real Application Cluster），即Oracle實時應用集群，是Oracle 數(shù)據(jù)庫的一種高可用解決方案，以網(wǎng)格計算思想而產(chǎn)生的[1]。在RAC環(huán)境中，Oracle運行于兩個或多個計算機節(jié)點上，各節(jié)點部署集群組件、數(shù)據(jù)庫監(jiān)聽、數(shù)據(jù)實例、數(shù)據(jù)庫服務等，而數(shù)據(jù)文件則部署在獨立存儲中，被各節(jié)點共享使用[2]。節(jié)點中的數(shù)據(jù)庫實例通過高速緩存合并機制（Cache Fushion）進行數(shù)據(jù)同步。

Oracle數(shù)據(jù)庫集群具有負載均衡（Load Balance）和透明應用故障切換（Failover）兩大特征。負載均衡是把數(shù)據(jù)訪問請求分配到集群中的各節(jié)點中，從而提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的整體吞吐能力；透明應用故障切換提供24×7提供不間斷的數(shù)據(jù)訪問，當一個節(jié)點出現(xiàn)故障時，連接在該節(jié)點上的終端用戶會被自動重新連接到其余正常的數(shù)據(jù)庫節(jié)點上，無需手工連接，該切換對客戶端的數(shù)據(jù)訪問是透明的[3-4]。

應用服務的運行離不開數(shù)據(jù)，共享數(shù)據(jù)的集中存儲和數(shù)據(jù)量的不斷增長，必然要求數(shù)據(jù)庫必須具備較高的運行性能和穩(wěn)定性。在傳統(tǒng)的單機環(huán)境中，通常是將數(shù)據(jù)庫配置在一臺服務器上，存在著潛在的不穩(wěn)定威脅，主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)丟失的危險性，負載不能動態(tài)平衡，無法實現(xiàn)故障時的容錯和無斷點恢復等。而采用Oracle RAC集群技術(shù)，動態(tài)的進行負載均衡，可提高訪問數(shù)據(jù)庫的效率，提高數(shù)據(jù)中心的可靠性和抗災難性，為信息系統(tǒng)提供一個高效、可靠的數(shù)據(jù)平臺。

2 實施方案

2.1 環(huán)境規(guī)劃

（1）數(shù)據(jù)庫服務器。采用4臺Oracle SPARCT4-4服務器：4×SPARC T4 八核 3.0G Hz 處理器、512 G內(nèi)存、4×600 GB 10 K rpm SAS 磁盤，擁有出色的單線程和多線程吞吐性能，提供適合于大型數(shù)據(jù)庫以及地質(zhì)繪圖的綜合應用服務。

（2）軟件平臺。操作系統(tǒng)采用Solaris 10，數(shù)據(jù)庫軟件采用Oracle 11g及Oracle 11g RAC相關(guān)組件。

（3）存儲服務器。使用2臺HDS VSP存儲陣列，具有強大的可橫向、縱向及深度的擴展功能，為共享存儲虛擬化的多個應用提供安全的多用戶環(huán)境。Oracle RAC集群是完全共享式的體系架構(gòu)，因此存儲機制采用ORACLE自帶的自動存儲管理（ASM），兼顧磁盤間大量的IO快速讀寫及聯(lián)機磁盤的動態(tài)平衡。每臺HDS均劃分出25個250 G的LDEV，組成ASM的+DATA卷組，用于存放數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)；3個1 GB的LDEV，組成asm的+OCRVT卷組，用于存放控制文件、參數(shù)文件、聯(lián)機日志文件等；其中一臺HDS劃分出15個250 GB的LDEV，組成ASM的+ARCH卷組，用于存放Oracle數(shù)據(jù)庫的自動歸檔文件；這些卷組均作為共享磁盤，分配給4臺數(shù)據(jù)庫服務器。

（4）網(wǎng)絡。采用2臺Brocade 5100交換機，搭建SAN存儲網(wǎng)絡，避免單點故障，保障SAN環(huán)境的安全可靠性；采用2臺Infiniband交換機實現(xiàn)私有網(wǎng)絡，保障私有網(wǎng)絡的可靠性與失敗切換。

2.2 部署實施

2.2.1 架構(gòu)設計

考慮到地質(zhì)信息系統(tǒng)對底層數(shù)據(jù)庫性能的要求以及對高峰負載的處理，選擇采用4臺Oracle RAC架構(gòu)為用戶提供數(shù)據(jù)查詢與保存服務，作為數(shù)據(jù)庫服務器，每臺主機配備2塊網(wǎng)卡：一塊網(wǎng)卡用于公共網(wǎng)絡上的客戶程序通信，另一塊用于集群通信。同時為了保證數(shù)據(jù)庫運行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性，在此架構(gòu)設計過程中，全面考慮了服務器、網(wǎng)絡、存儲的冗余，最終實現(xiàn)了高可用數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)。系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

與以往雙機熱備環(huán)境不同的是，集群系統(tǒng)的4個節(jié)點可以同時為用戶提供服務，解決了同時只能1臺數(shù)據(jù)庫服務器為用戶提供服務的問題；4個節(jié)點服務器通過2臺控制交換機與“心跳線”相互監(jiān)測對方的運行狀態(tài)，包括操作系統(tǒng)的運行、網(wǎng)絡通信和應用運行情況等，一旦發(fā)現(xiàn)1臺主機的運行出現(xiàn)問題，故障機上的應用就會立即停止，其上的應用及資源就會被轉(zhuǎn)移至另外3臺數(shù)據(jù)庫節(jié)點中的一臺，解決了高可用問題?？紤]到RAC的緩存融合需要，采用Infiniband交換機作為節(jié)點間的互連通信設備，這4臺數(shù)據(jù)庫服務器向用戶提供的數(shù)據(jù)是完全相同的，不會因為用戶連接到不同節(jié)點而出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的情況，同時也避免因為某節(jié)點故障而導致存活節(jié)點上用于互連的網(wǎng)卡被禁用。

在網(wǎng)絡設計上采用全冗余架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫內(nèi)網(wǎng)采用雙線連接到2臺內(nèi)網(wǎng)核心交換機。當網(wǎng)絡中一條鏈路出現(xiàn)故障時，服務器的流量會自動切換到另外一條網(wǎng)絡鏈路，保證用戶的正常使用。集群存儲采用FC-SAN的架構(gòu)，使用作為主存儲，每臺數(shù)據(jù)庫服務器都是用兩塊HBA卡和FC數(shù)據(jù)交換機相連，F(xiàn)C交換機和HDS存儲相連。這些FC鏈路都是采用雙線連接，當一條鏈路出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)仍然能夠正常穩(wěn)定運行。

2.2.2 具體實施

根據(jù)以上部署方案，簡要介紹一下4節(jié)點集群系統(tǒng)的安裝及配置過程。

（1）按照系統(tǒng)架構(gòu)圖搭建系統(tǒng)硬件平臺，安裝Solaris 10操作系統(tǒng)，連接光纖存儲；

（2）組裝存儲設備，創(chuàng)建數(shù)據(jù)體系共享邏輯卷組，向其中添加設備；

（3）進行安裝前環(huán)境檢查，配置系統(tǒng)參數(shù)、環(huán)境變量及oracle用戶環(huán)境；

（4）安裝集群系統(tǒng)Grid軟件、Oracle 11g軟件， 創(chuàng)建ASM磁盤組；

（5）創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，手動開啟歸檔并對數(shù)據(jù)庫參數(shù)進行設置。

2.3 內(nèi)存管理

集群系統(tǒng)是由4節(jié)點組成，每節(jié)點實例都有自己的內(nèi)存區(qū)域，分為系統(tǒng)全局區(qū)SGA（System Global Area）和程序全局區(qū)PGA（Program Global Area）。SGA是每個數(shù)據(jù)庫主要的緩存區(qū)域，PGA由進程在本地分配用于保護與用戶進程相關(guān)的內(nèi)存段。在11g中，oracle內(nèi)存管理引入了自動內(nèi)存管理AMM（AutomaitcMemory Managerment），通過修改參數(shù)MEMORY_TARGET及MEMORY_MAX_TARGET實現(xiàn)，將SGA和PGA都納入了自動管理的范疇。設置并啟動AMM后，Oracle將自行決定SGA和PGA的分配和使用，可極大的簡化DBA對于內(nèi)存的調(diào)整和管理工作。

# su - oracle

■ sqlplus /nolog

SQL> conn / as sysdba

SQL> alter system set memory_target=4096m scope=spfilesid='*'

SQL> alter system set memory_max_target=4096m scope=spfilesid='*'

MEMORY_TARGET參數(shù)指定的是在自動管理時可以使用的共享內(nèi)存大小，不能超過MEMORY_MAX_TARGET參數(shù)設置的大小。如果沒有設置，默認等于MEMORY_TARGET的值，通過指明scope=spfile這個條件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫在下次啟動后讓改變生效的目的。

2.4 負載均衡

在Oracle RAC體系中，負載均衡（Load Balance）是指對用戶連接進行管理，使他們從事的工作平均分布在Oracle RAC節(jié)點或集群數(shù)據(jù)庫實例之間[5]。共有兩種類型的連接負載均衡，客戶端負載均衡和服務器端負載均衡。客戶端負載均衡是在客戶端連接定義文件tnsnames.ora中通過設置參數(shù)LOAD_BALANCE=ON來實現(xiàn)，默認為ON，因此除非是希望關(guān)閉，否則不需要這一引用。

服務器端負載均衡主要由服務器監(jiān)聽器（Listener）來實現(xiàn)。當收到新的連接請求時，監(jiān)聽器將判斷每個數(shù)據(jù)庫實例（Instance）的工作負載，并選擇一個最輕負載的實例進行連接；數(shù)據(jù)庫進程pmon會將每個實例的工作負載情況通知監(jiān)聽器，以便監(jiān)聽器能夠掌握各數(shù)據(jù)庫實例的負載情況。只有在數(shù)據(jù)庫實例初始化參數(shù)LOCAL_LISTENER和REMOTE_LISTENER中指定的監(jiān)聽器才能夠接受這些負載數(shù)據(jù)，可采用命令SQL>show parameter listener進行查看。從Oracle 11g開始，Oracle自動為LOCAL_LISTENER數(shù)據(jù)庫參數(shù)設定值，因此不需要手動設置這個參數(shù)。對于REMOTE_LISTENER，必須保證這一參數(shù)的值為rac-scan：1521，如果不正確，可以嘗試利用以下命令修改：

SQL> alter system set remote_listener= 'rac-scan：1521' scope=bothsid='*'；

這一命令要在每個節(jié)點上單獨執(zhí)行，注意區(qū)分HOST的名字及sid的值；

通過上述配置，可以實現(xiàn)4個節(jié)點間負載的動態(tài)均衡，保證負載在集群的各個節(jié)點中均衡分發(fā)，使用戶的作業(yè)能夠以最快的速度被數(shù)據(jù)庫服務器處理。

3 實施效果

應用本文部署的Oracle 11g RAC集群系統(tǒng)后，我們對訪問地質(zhì)信息系統(tǒng)的客戶端數(shù)量與服務器響應時間進行了統(tǒng)計，結(jié)果見圖2。如圖2所示，集群系統(tǒng)下，地質(zhì)信息系統(tǒng)的響應時間明顯短于傳統(tǒng)的單機系統(tǒng)，而且，隨訪問系統(tǒng)的客戶端數(shù)量遞增，這種差距便越發(fā)顯著。這是由于在傳統(tǒng)的單機模式下，所有的作業(yè)在服務器端按串行方式逐個執(zhí)行，客戶端等待時間長，服務器負載高；而集群模式下所有的作業(yè)會按照各個節(jié)點負載的多少均衡分發(fā)并行執(zhí)行，因此客戶端延遲小，能夠做到負載均衡。本文中所應用的4節(jié)點Oracle 11g RAC系統(tǒng)能夠在最大的程度上發(fā)揮這種優(yōu)勢。

此外，集群系統(tǒng)的處理速度比照傳統(tǒng)的單機系統(tǒng)也有顯著的提升。如圖3所示，當利用地質(zhì)信息系統(tǒng)進行指定層位的井位分布圖繪制時，隨著井數(shù)的增加，集群系統(tǒng)所需的處理時間增長趨勢遠低于傳統(tǒng)單機系統(tǒng)。當客戶端需要繪制一張2000口井的井位分布圖，傳統(tǒng)系統(tǒng)模式需要70秒，集群模式下則只需19秒，節(jié)省約2/3的時間。

4 結(jié) 語

應用本文部署的Oracle 11g RAC集群系統(tǒng)，充分利用了服務器資源，能夠顯著降低服務器訪問負載，使地質(zhì)信息系統(tǒng)的運行效率得到大幅度提升。目前，該架構(gòu)實施1年以來，已穩(wěn)定運行與本數(shù)據(jù)中心，良好的實現(xiàn)了24×7小時無間斷服務，能夠做到負載科學協(xié)調(diào)、自動分配、數(shù)據(jù)處理方式按照并行完成，實現(xiàn)很高的資源利用率等諸多優(yōu)點。為精確的地質(zhì)圖件繪制與地震解釋等地質(zhì)研究提供良好的數(shù)據(jù)服務，同時為各項地質(zhì)業(yè)務應用提供了一個高效、可靠的數(shù)據(jù)平臺。

主要參考文獻

[1]閆黎.基于Oracle RAC的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)分析與企業(yè)應用[J].計算機系統(tǒng)應用，2013，22（11）：200-203.

[2]劉憲軍.Oracle Rac 11g實戰(zhàn)指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[3]柳培林.集群技術(shù)在采油廠數(shù)據(jù)中心的應用研究[J].中國管理信息化，2012，15（2）：60-61.