基于RAC架構(gòu)的公安考訓(xùn)中心云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)資源池設(shè)計(jì)

劉曉巍，張乃杰

（南京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司）

1 引言

車管所考訓(xùn)云總體架構(gòu)設(shè)計(jì)遵循面向業(yè)務(wù)需求的設(shè)計(jì)思路，以云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)為關(guān)鍵支撐，包含桌面辦公、智慧駕考等應(yīng)用。整個(gè)系統(tǒng)以服務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用為根本目標(biāo)，構(gòu)建統(tǒng)一的考訓(xùn)云IT基礎(chǔ)設(shè)施資源池，為車管所的考訓(xùn)等應(yīng)用系統(tǒng)提供敏捷、可靠、安全、彈性的IT基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。考訓(xùn)云是車管所云數(shù)據(jù)中心提供的IT服務(wù)的總稱，包括支持行業(yè)大量應(yīng)用的云計(jì)算服務(wù)、大數(shù)據(jù)服務(wù)、海量云存儲(chǔ)服務(wù)等。

RAC全 稱 Real Application Clusters，是Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)高可用技術(shù)的一種，也是Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)支持網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境的核心技術(shù)之一。從10g版本開始Oracle推出了Oracle Clusterware 集群軟件，使得RAC不再依賴于第三方廠商得集群軟件實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)并發(fā)的集群數(shù)據(jù)庫(kù)。

車管所考訓(xùn)云系統(tǒng)采用云化架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)資源池采用Oracle RAC集群的方式部署可有效支持與現(xiàn)有云計(jì)算中心對(duì)接，支持云桌面辦公及大數(shù)據(jù)分析等。

2 關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)層解決方案

車管所考訓(xùn)中心未來(lái)數(shù)據(jù)量過(guò)于龐大，大數(shù)據(jù)多樣化格式，大數(shù)據(jù)價(jià)值密度低，存儲(chǔ)和處理成本高?，F(xiàn)有所謂的技術(shù)模型已經(jīng)很難滿足大數(shù)據(jù)處理和分析的要求，作為數(shù)據(jù)的處理流程環(huán)節(jié)，計(jì)算，存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)庫(kù)等都會(huì)成為新的瓶頸，所以需要建設(shè)新的大數(shù)據(jù)平臺(tái)來(lái)匹配。這里就數(shù)據(jù)庫(kù)資源池的架構(gòu)做一探討。

Oracle RAC可提供多節(jié)點(diǎn)并發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用，并通過(guò)監(jiān)聽客戶端和服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，把用戶連接分配到不同的節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行。

圖1 一組Oracle RAC數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器集群

如圖1所示，一組Oracle RAC數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成一個(gè)集群，他們之間通過(guò)高速內(nèi)網(wǎng)相互聯(lián)，共享緩存。用戶通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)庫(kù)集群，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器有單點(diǎn)故障時(shí)，上層用戶不會(huì)受到任何影響。數(shù)據(jù)庫(kù)集群共享下層的SAN存儲(chǔ)。

Oracle Extended RAC在Oracle RAC技術(shù)基礎(chǔ)上提供了一種跨數(shù)據(jù)中心的雙活集群架構(gòu)，當(dāng)考訓(xùn)基地?cái)?shù)據(jù)中心故障時(shí)，公安局市局?jǐn)?shù)據(jù)中心存活的節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)接管業(yè)務(wù)，接管過(guò)程對(duì)上層業(yè)務(wù)透明，用戶無(wú)感知。

基于Oracle Extended RAC，構(gòu)建雙活數(shù)據(jù)中心來(lái)并行承擔(dān)相同業(yè)務(wù)，提高數(shù)據(jù)中心的整體服務(wù)能力和系統(tǒng)資源利用率成為可能。在這種場(chǎng)景下，考訓(xùn)中心和市局兩個(gè)數(shù)據(jù)中心互為備份，當(dāng)單數(shù)據(jù)中心故障時(shí)，業(yè)務(wù)可以能自動(dòng)切換到另一數(shù)據(jù)中心，業(yè)務(wù)不中斷。

Oracle Extended RAC的核心是共享存儲(chǔ)子系統(tǒng)，通過(guò)共享訪問(wèn)數(shù)據(jù)文件、重做日志文件、控制文件和參數(shù)文件的方式，確保各節(jié)點(diǎn)都能進(jìn)行讀寫操作，且在單個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，剩余節(jié)點(diǎn)能夠自動(dòng)接管并恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)。

雙活架構(gòu)數(shù)據(jù)中心方案采用共享卷技術(shù)，將跨數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)空間以共享方式提供給上層應(yīng)用訪問(wèn)，滿足Oracle RAC共享存儲(chǔ)需求，使得兩個(gè)數(shù)據(jù)中心的節(jié)點(diǎn)可構(gòu)成一個(gè)跨數(shù)據(jù)中心Oracle Extended RAC集群。

Oracle Extended RAC集群配合Oracle監(jiān)聽器技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)客戶端在數(shù)據(jù)中心間業(yè)務(wù)雙活訪問(wèn)和負(fù)載均衡；配合Oracle透明應(yīng)用程序故障轉(zhuǎn)移（TAF）技術(shù)，當(dāng)服務(wù)器或單數(shù)據(jù)中心故障時(shí)，使客戶端能夠在新的連接中繼續(xù)工作，防止業(yè)務(wù)中斷。

構(gòu)建以O(shè)racle Extended RAC為數(shù)據(jù)平臺(tái)的雙活數(shù)據(jù)中心，底層以虛擬化智能存儲(chǔ)和智能光傳送平臺(tái)為基礎(chǔ)，解決了傳統(tǒng)災(zāi)備中心不能承載業(yè)務(wù)和自動(dòng)業(yè)務(wù)切換的問(wèn)題，為應(yīng)用系統(tǒng)提供最高的業(yè)務(wù)連續(xù)性保障，確保業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)生設(shè)備故障、甚至單數(shù)據(jù)中心故障時(shí)，業(yè)務(wù)無(wú)感知自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)RPO（Recovery Point Objective）和 RTO（Recovery Time Objective）都為零。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)組網(wǎng)架構(gòu)

如圖2所示，數(shù)據(jù)庫(kù)層：部署跨數(shù)據(jù)中心的Oracle RAC extend，實(shí)現(xiàn)跨數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)集群，提供數(shù)據(jù)庫(kù)層的異地雙活。在車管所考訓(xùn)中心的生產(chǎn)中心部署2個(gè)Oracle節(jié)點(diǎn)，在市局托管機(jī)房部署1個(gè)Oracle節(jié)點(diǎn)，形成2+1的Oracle RAC extend。同時(shí)把原生產(chǎn)中心的數(shù)據(jù)保護(hù)從節(jié)點(diǎn)放到市局托管機(jī)房，和2+1的 Oracle RAC extend集群采用Data Guard技術(shù)實(shí)現(xiàn)二級(jí)數(shù)據(jù)保護(hù)。

圖2 Oracle RAC集群組網(wǎng)架構(gòu)圖

仲裁設(shè)備主要處理異地?cái)?shù)據(jù)級(jí)聯(lián)，當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的鏈接斷開之后，兩邊的主機(jī)都只能訪問(wèn)本地存儲(chǔ)，而不知道對(duì)方狀態(tài)。此時(shí)如果沒(méi)有第三方仲裁設(shè)備，兩邊的RAC主機(jī)都會(huì)退出集群，從而導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷。

基于Oracle Extended RAC的雙活數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，在雙中心距離小于40km的情況下，其事務(wù)處理能力基本無(wú)影響，且雙活的特性可以支撐單數(shù)據(jù)中心故障時(shí)，業(yè)務(wù)無(wú)縫自動(dòng)切換，數(shù)據(jù)零丟失。

而數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)集成是從不同數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)后將它們集成并存儲(chǔ)到一個(gè)集中的數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后再對(duì)集成的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行智能的多重、復(fù)合和交叉檢索[3]。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)集成強(qiáng)調(diào)的不是檢索的轉(zhuǎn)換，而是實(shí)際數(shù)據(jù)源的轉(zhuǎn)換集成。因此，相比之下數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)集成系統(tǒng)減少了對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)訪問(wèn)性能的依賴，有效地消除了如網(wǎng)絡(luò)瓶頸、低響應(yīng)時(shí)間和突發(fā)的數(shù)據(jù)源不可用等問(wèn)題。同時(shí)，由于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的特殊特征，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)集成也方便構(gòu)建面向特定主題的數(shù)據(jù)庫(kù)，提高數(shù)據(jù)檢索速度，并實(shí)現(xiàn)對(duì)決策支持的檢索。目前采用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)方法的系統(tǒng)有GUS[4]，BioMolQuest[5]，InterPro[6]等。

作為數(shù)據(jù)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的雙活架構(gòu)，該方案不依賴于具體的應(yīng)用，可方便的擴(kuò)展到所有支持遠(yuǎn)程集群的應(yīng)用系統(tǒng)。

4 業(yè)務(wù)型數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)

對(duì)于業(yè)務(wù)型數(shù)據(jù)庫(kù)，建議采用傳統(tǒng)的物理服務(wù)器架構(gòu)來(lái)進(jìn)行支持。一方面是由于物理數(shù)據(jù)庫(kù)業(yè)務(wù)一般對(duì)系統(tǒng)和平臺(tái)的限制，并非所有的數(shù)據(jù)庫(kù)都可以移植到像虛擬化這樣的計(jì)算平臺(tái)上，另一方面，由于數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)IO的高要求，對(duì)于虛擬化的環(huán)境并不能提供充足的IO支撐，另外，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的安全性要求很高，采用虛擬化技術(shù)雖然可以提高系統(tǒng)的靈活性，但是同物理設(shè)備上的其他系統(tǒng)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，提高系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

所以綜合以上三方面的原因，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在云計(jì)算中心將采用物理設(shè)備集群的方式來(lái)部署。為了使數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)高可用，滿足高并發(fā)、高負(fù)載均衡的需求，數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)采用數(shù)據(jù)庫(kù)集群搭建，車管所數(shù)據(jù)庫(kù)資源池采用RAC實(shí)時(shí)應(yīng)用集群，能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點(diǎn)之間負(fù)載均衡，同時(shí)多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享一套存儲(chǔ)系統(tǒng)，能有效防止數(shù)據(jù)庫(kù)單點(diǎn)故障；最后，數(shù)據(jù)庫(kù)集群架構(gòu)具備動(dòng)態(tài)添加數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)的功能，具有良好的擴(kuò)展性。

5 數(shù)據(jù)庫(kù)安全

Oracle RAC數(shù)據(jù)庫(kù)安全問(wèn)題主要包括數(shù)據(jù)安全及數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)防入侵。

數(shù)據(jù)安全是指當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒體被異常破壞或當(dāng)用戶誤操作時(shí)，數(shù)據(jù)信息不會(huì)丟失。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)防入侵方面應(yīng)盡可能找出潛在的各類漏洞并進(jìn)行修復(fù)，防止非法用戶利用漏洞侵入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)保護(hù)主要是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份。目前主流三種備份和恢復(fù)手段：物理備份、邏輯備份及Oracle恢復(fù)管理器。當(dāng)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，可以利用之前對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的備份進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)，以恢復(fù)被破壞的數(shù)據(jù)庫(kù)文件或控制文件。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理員利用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的審計(jì)功能，實(shí)時(shí)監(jiān)視和記錄所選擇用戶的活動(dòng)情況。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)防入侵主要從用戶安全管理、權(quán)限管理、角色管理及配置管理四個(gè)方面考慮。

6 結(jié)束語(yǔ)

以基于RAC架構(gòu)的考訓(xùn)中心云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)資源池，其亮點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)如下。

1）高可用性

兩中心數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)鏡像同步，任一數(shù)據(jù)中心故障，另一數(shù)據(jù)中心可自動(dòng)接管業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)RPO=0、RTO=0。結(jié)合存儲(chǔ)虛擬化層的快照技術(shù)，可防止人為誤操作導(dǎo)致的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或者丟失，保護(hù)數(shù)據(jù)完整性。

2）靈活數(shù)據(jù)訪問(wèn)

兩數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用各層級(jí)都以雙活的方式對(duì)外提供服務(wù)，業(yè)務(wù)就近訪問(wèn)，自動(dòng)負(fù)載均衡，為用戶提供更加靈活的數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式。

基于RAC架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器是考訓(xùn)云核心的系統(tǒng)，服務(wù)器關(guān)鍵特性包括了性能、可靠性、可用性、可服務(wù)性、可管理性，服務(wù)器的這些特性是業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行的保障。

[1]刁 申.Oracle Real Application Cluster(RAC)實(shí)施部署的研究[J].東北師范大學(xué), 2012.

[2] 張?jiān)?廖曉群.關(guān)于Oracle RAC數(shù)據(jù)庫(kù)部署與管理的實(shí)踐[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2017,13(20).

[3] 李繼龍，李芳.淺談Oracle 11g數(shù)據(jù)庫(kù)性能調(diào)整和優(yōu)化[J].科技視界,2014(17):68-69.