國(guó)家信息中心 何國(guó)慶 王潤(rùn)宇 宿云凱

一、引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)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(dòng)力。數(shù)據(jù)庫(kù)是信息技術(shù)的核心技術(shù)之一，其直接存儲(chǔ)和管理信息數(shù)據(jù)主體，并提供數(shù)據(jù)查詢等服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)的穩(wěn)定高效運(yùn)行是業(yè)務(wù)是否穩(wěn)定的前提。然而，各種突發(fā)事件諸如網(wǎng)絡(luò)威脅、硬件故障、火災(zāi)等，都使數(shù)據(jù)庫(kù)穩(wěn)定運(yùn)行面臨著巨大挑戰(zhàn)。

為了在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)仍然能夠高效穩(wěn)定運(yùn)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(kù)應(yīng)用都產(chǎn)生了很多高可用技術(shù)。

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

二、操作系統(tǒng)上的高可用性

時(shí)至今日，服務(wù)器不僅運(yùn)算速度有了飛速提升，各種硬件的冗余技術(shù)，硬盤的RAID技術(shù)及日益穩(wěn)定的操作系統(tǒng)都使其穩(wěn)定性有了質(zhì)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(wù)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(shù)，如AIX的High Availability Cluster Multi-Processing(簡(jiǎn)稱HACMP或HA)。Windows的windows Failover Cluster(簡(jiǎn)稱WSFC)等。集群的工作模式可分為主從、互備、多點(diǎn)集群三大類。基本思路是由多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同對(duì)外提供服務(wù)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)接替該節(jié)點(diǎn)的工作。

操作系統(tǒng)的集群技術(shù)對(duì)于其它的應(yīng)用多數(shù)可靠有效，但是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)雖然也可以實(shí)現(xiàn)，但是卻存在著資源利用率低，不能無(wú)縫切換的缺點(diǎn)。原因很簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)庫(kù)中不斷變換的數(shù)據(jù)只能有一份，各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)外的結(jié)果必須一致，這就要求節(jié)點(diǎn)之間要實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)同步。而操作系統(tǒng)僅僅是應(yīng)用的平臺(tái)，無(wú)法深入到應(yīng)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(kù)集群是雙機(jī)主備模式。數(shù)據(jù)存放在獨(dú)立的存儲(chǔ)中，正常情況下存儲(chǔ)掛在主服務(wù)器上，當(dāng)主服務(wù)器故障后，首先主服務(wù)器停止服務(wù)，然后存儲(chǔ)資源切換到備用服務(wù)器，最后備用服務(wù)器開始工作。這樣的工作模式，始終有一臺(tái)服務(wù)器處于閑置狀態(tài)，并且在故障發(fā)生時(shí)，必然有個(gè)切換過程，這期間數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)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(yīng)用層面的集群數(shù)據(jù)庫(kù)。

(一)RAC數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通常由多個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器（至少2個(gè)節(jié)點(diǎn)）和一臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備組成，如圖1所示。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)網(wǎng)卡和一個(gè)連接存儲(chǔ)的光纖卡。其中一塊網(wǎng)卡連接在由這幾臺(tái)服務(wù)器組成的私有網(wǎng)絡(luò)，用于各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通訊和數(shù)據(jù)交換。另一個(gè)網(wǎng)卡連在公共網(wǎng)絡(luò)對(duì)外提供服務(wù)。存儲(chǔ)和所有節(jié)點(diǎn)通過光纖相連，數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)文件就存放在存儲(chǔ)中。

(二)RAC的優(yōu)點(diǎn)

高可用性：RAC中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均為數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)實(shí)例，這些節(jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)外服務(wù)，避免單節(jié)點(diǎn)故障造成數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)中斷。

可擴(kuò)展性：RAC集群中的節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)業(yè)務(wù)的繁忙程度，動(dòng)態(tài)的增加或減少。資源利用率高：RAC集群中的所有節(jié)點(diǎn)均在線服務(wù)，沒有閑置節(jié)點(diǎn)。另外，根據(jù)不同業(yè)務(wù)高峰期的差別。動(dòng)態(tài)調(diào)整不用業(yè)務(wù)的服務(wù)資源范圍，如在一個(gè)4節(jié)點(diǎn)的集群中，白天可以分配3個(gè)節(jié)點(diǎn)為銷售業(yè)務(wù)提供服務(wù)，1個(gè)節(jié)點(diǎn)為統(tǒng)計(jì)分析提供服務(wù)。夜里分配三個(gè)節(jié)點(diǎn)為統(tǒng)計(jì)分析提供服務(wù)，1個(gè)節(jié)點(diǎn)為銷售業(yè)務(wù)提供服務(wù)。

節(jié)約成本：可以用多臺(tái)廉價(jià)的PC代替昂貴的小型機(jī)或大型機(jī)。同時(shí)節(jié)約相應(yīng)的維護(hù)成本。

(三)RAC的不足

圖1

圖2

對(duì)系統(tǒng)規(guī)劃要求高，如果系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)不合理，可能使集群的性能還不如一個(gè)節(jié)點(diǎn)的性能高。如頻繁出現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)塊寫操作時(shí)，出現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間相互等待，并且使節(jié)點(diǎn)之間出現(xiàn)大量的內(nèi)存拷貝，從而在集群的私有網(wǎng)絡(luò)上引發(fā)所謂的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。

雖然多節(jié)點(diǎn)同時(shí)提供服務(wù)避免了單節(jié)點(diǎn)故障引起的服務(wù)中斷，但并非節(jié)點(diǎn)故障對(duì)業(yè)務(wù)沒有影響，對(duì)于非連接池的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，新的連接均可以連接到正常的節(jié)點(diǎn)。但對(duì)于采用連接池的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，已經(jīng)連接在故障節(jié)點(diǎn)的連接并不會(huì)立刻刷新，應(yīng)用在使用故障連接時(shí)會(huì)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)連接異常的錯(cuò)誤，直到所有到故障節(jié)點(diǎn)的連接被刷新。

由于集群需要訪問共同的存儲(chǔ)設(shè)備，集群中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理距離不會(huì)太遠(yuǎn)，這樣雖然集群可以避免由于軟硬件故障引起的服務(wù)中斷，但對(duì)于火災(zāi)、地震等重大災(zāi)難事故，RAC集群數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)能為力。

四、Dataguard

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

基本原理是將主數(shù)據(jù)產(chǎn)生的聯(lián)機(jī)日志隨時(shí)傳送給各個(gè)standby數(shù)據(jù)庫(kù)，standby數(shù)據(jù)庫(kù)再重做這些日志。當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生重大故障或當(dāng)?shù)匕l(fā)生火災(zāi)、地震等災(zāi)難事件時(shí)，任意一個(gè)standby數(shù)據(jù)可以快速轉(zhuǎn)換為主數(shù)據(jù)庫(kù)角色。

Dataguard技術(shù)最大價(jià)值就在于災(zāi)備。最多9個(gè)standby數(shù)據(jù)庫(kù)，分布在不同的城市?？梢宰畲笙薅冉档突馂?zāi)、地震等重大災(zāi)難事件的影響。其次standby數(shù)據(jù)庫(kù)可以以只讀模式打開，提供數(shù)據(jù)查詢服務(wù)，standby數(shù)據(jù)庫(kù)也可用于數(shù)據(jù)庫(kù)備份，這兩項(xiàng)能力均可減輕主數(shù)據(jù)庫(kù)的壓力。

Dataguard的不足是基礎(chǔ)設(shè)施（機(jī)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(shí)服務(wù)會(huì)中斷[3]。

五、小結(jié)

以上三種技術(shù)均可用于部署高可用oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，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(diào)配靈活，在oracle高可用數(shù)據(jù)庫(kù)市場(chǎng)上占據(jù)主流。而Dataguard從出現(xiàn)到現(xiàn)在乃至可見未來(lái)，由于其不可替代的災(zāi)備功能，不會(huì)退出市場(chǎng)，但是由于其基礎(chǔ)設(shè)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(shù)并不完全是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，而是可以配合使用更好以取長(zhǎng)補(bǔ)短。實(shí)際上許多大型用戶由于業(yè)務(wù)量大，且需要7*24小時(shí)服務(wù)，他們更多的情況是主數(shù)據(jù)庫(kù)和standby數(shù)據(jù)庫(kù)均為集群數(shù)據(jù)庫(kù)。

[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).