集群技术在采油厂数据中心的应用研究

柳培林

［摘要］ 在采油厂信息化建设过程中，数据的核心支撑作用日益突出，各专业应用系统对数据库的可用性、可靠性、安全性的要求越来越高。本文主要讨论运用存储技术、负载均衡技术和Oracle RAC集群技术在采油厂数据中心建设高效、可靠的数据库集群系统，以更好地为油田信息化建设服务。

［关键词］ Oracle RAC； 负载均衡； 存储技术

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 02. 033

［中图分类号］F270.7； TP393［文献标识码］A［文章编号］1673 - 0194（2012）02- 0060- 02

１引言

随着油田信息化建设的不断深入，油藏工程、采油工程、地面工程以及作业管理等各类专业应用系统为油田生产提供了高效、经济、便捷的生产管理手段，相关业务对信息技术的依赖在不断加强。而由于用户访问量的快速增长造成的服务器壅堵及故障出现频率也呈上升趋势，给油田生产管理的顺利开展带来不稳定因素。因此，确保“７ × ２４”小时持续运行能力是系统的基本要求。同时，油田生产数据的安全性也要求承载数据库系统的服务器有较高的容错能力、处理能力和扩展能力。基于存储技术、负载均衡技术及Ｏｒａｃｌｅ ＲＡＣ技术的数据库集群系统能较好地满足以上要求。

本文在研究构建高可用性数据库集群系统相关技术的基础上，将这一技术应用到大庆油田第二采油厂数据中心的生产数据库系统，显著提高了系统的运行效率和容错能力，取得了良好的效果。

２集群技术

集群是一种并行或分布式的处理系统，由相互独立的、通过高速网络互连的两个或多个计算机（节点）组成，像一个单独集成的计算资源一样协同完成特定的任务。集群系统实现了单一系统映像，使系统内所有物理资源和内核资源可见，并被系统内的所有节点访问。操作者不必了解资源的物理位置，也不必知道应用程序在哪个节点上运行，而且可以将应用程序的多个共同工作的部件集中或分散管理，一方面简化了系统管理，另一方面也提高了系统的性能。

２．１高可用性集群

计算机集群系统按应用目的可分为高可用性（ＨＡ）集群和高性能（ＨＰ）集群。高性能集群具有响应大量计算的性能，主要用于处理复杂的计算问题，如气象云图、分子模拟、神经元计算等。而高可用性集群具有更高的可靠性和容错性，是指以减少服务器中断时间为目的实现故障屏蔽的服务器集群技术。在高可用集群环境下，若某台服务器出现故障导致服务中断，则预先设定的接管服务器会自动接管相关应用并继续对用户提供服务，具有更高的可用性、可管理性和更优异的可伸缩性。

２．２高可用性集群的工作方式

高可用性集群可以有多种工作方式，双节点的高可用性集群典型的工作方式有：

（１） 主／主（Ａｃｔｉｖｅ／Ａｃｔｉｖｅ）式。集群中两节点同时运行各自的应用并且相互监测对方的状态，当一台主机宕机后，预先设定好的另一台主机立即接管它的一切工作。这种工作方式允许最大程度地利用硬件资源，一般要求各节点具有相等或相似的处理能力，所有的服务在故障转移后仍保持可用。

（２） 主／从（Ａｃｔｉｖｅ／Ｓｔａｎｄｂｙ）式。主机工作，从机处于监控准备状态，当主机宕机后，从机接管主机的一切工作，继续为客户机提供服务，待主机恢复正常后，用户可以自行设定以自动或手动方式将服务切换到主机上，也可不切换。

３集群架构

数据库集群系统按架构可分为无共享存储集群和共享存储集群。主要区别在于是否需要进行物理数据布局，将静态的数据分区作为并行处理的前提。

在共享存储方式下，每一台服务器都可以访问所有数据。服务请求可以按照不同的负载均衡算法在节点之间循环，无需考虑哪些数据块是被请求的。如果某一点发生单点故障，服务请求会自动路由到下一个可用节点，可用的服务器仍然能访问所有数据，不会破坏数据的可用性。这种方式拥有较高的整体可靠性，而且在这种方式下，往集群中增加节点无需重新配置结构、应用或基础数据组织。不过这种访问方式需要保证同一时间只有一个节点对某个数据块进行访问，不然会造成读写冲突。因此需要一个分布式的同步机制来对缓存更新和磁盘写进行整体上的控制，以保证数据的完整性。

无共享集群不需要同步机制。因为无共享集群把数据分区，每个数据区只能被一台服务器访问，这使得它可以更有效地使用缓存，从而获得更高的响应性能。但设立分区要付出额外的代价，它需要应用和事务管理器来对分区的路由进行优化。如果分区没有被很好地优化，独立的分区节点会很快超载，而如果发生了单点故障，其他服务器不能访问该数据区，只有重新分区才能解决，导致其故障恢复时间比共享磁盘集群长，从而影响数据的可用性。而且往无共享集群中增加和删除节点比共享磁盘架构要复杂得多，因为它涉及重新分配数据区的问题。对于以高可用性为首要目标的数据库集群系统而言，采用共享磁盘的架构更为合适。

４系统实施

在大庆油田第二采油厂数据中心建立数据库集群系统的过程中，根据已有设备情况和应用需求，采用了高可用性、共享存储、主／主工作方式的实施方案（参见图１）。

采用的硬件设备包括：两台Ｓｕｎ Ｖ８９０工作站，各自安装Ｓｏｌａｒｉｓ １０操作系统和集群组件，共享存储为ＤＰＥ ＣＸ５００磁盘阵列，存储容量为２ＴB，服务器通过千兆光纤网卡相互连接并共享磁盘阵列，每个节点具有自己的系统引导盘，可以独立运行。在两个节点上分别安装Ｏｒａｃｌｅ ＲＡＣ和 Ｏｒａｃｌｅ １０ｇ软件，数据文件、控制文件、日志文件存储在共享磁盘阵列上，节点上只创建共享数据库的实例。整个集群系统对外有一个虚拟的ＩＰ地址，客户端连接虚拟地址，达到单一的系统映像。这样，当某个节点发生硬件或软件故障时，系统可以把任务自动地切换到另一个节点，可以继续提供数据库服务，对用户没有影响。系统还提供了很高的有效性和可扩展性，在业务扩展，数据量增长，需要增加系统处理能力时，可以通过向集群中增加更多的节点，增加所支持用户的数量，保持系统性能。

５结束语

Ｏｒａｃｌｅ ＲＡＣ作为一种高可用性应用集群，在故障容错、并行处理及负载均衡等方面表现出突出的优越性，本文根据数据中心的建设情况，在Ｓｕｎ Ｖ８９０小型机上结合Ｏｒａｃｌｅ集群软件实施了Ｏｒａｃｌｅ １０ｇ ＲＡＣ集群并取得了良好的效果。系统充分利用已有的服务器资源，在显著降低单台服务器访问负载的同时，使数据中心的运行效率和容灾能力大幅提高，为采油厂各项业务应用提供了一个高效、可靠的数据平台。

主要参考文献

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