打造高可用的Oracle数据库

国家信息中心 何国庆 王润宇 宿云凯

一、引言

随着信息技术的发展，信息技术不仅改变了我们的工作方式，更是我们提高工作效率的原动力。数据库是信息技术的核心技术之一，其直接存储和管理信息数据主体，并提供数据查询等服务。数据库的稳定高效运行是业务是否稳定的前提。然而，各种突发事件诸如网络威胁、硬件故障、火灾等，都使数据库稳定运行面临着巨大挑战。

为了在突发事件发生时，数据库仍然能够高效稳定运行，或使突发事件产生的影响降低到最小。从操作系统到数据库应用都产生了很多高可用技术。

本文首先分析操作系统层面的高可用技术，及其对于数据库的局限性。然后重点讨论目前常见的oracle数据库和高可用性有关的两项技术：Real Application Cluster和Data Guard。

二、操作系统上的高可用性

时至今日，服务器不仅运算速度有了飞速提升，各种硬件的冗余技术，硬盘的RAID技术及日益稳定的操作系统都使其稳定性有了质的飞跃，但是硬件故障、操作系统的漏洞和bug依旧不能完全避免。为了满足特殊服务器的高可用需求，常见的操作系统均推出了自己的集群技术，如AIX的High Availability Cluster Multi-Processing(简称HACMP或HA)。Windows的windows Failover Cluster(简称WSFC)等。集群的工作模式可分为主从、互备、多点集群三大类。基本思路是由多个节点共同对外提供服务。当一个节点故障时，其他节点接替该节点的工作。

操作系统的集群技术对于其它的应用多数可靠有效，但是对数据库来说虽然也可以实现，但是却存在着资源利用率低，不能无缝切换的缺点。原因很简单，数据库中不断变换的数据只能有一份，各个节点对外的结果必须一致，这就要求节点之间要实现快速数据同步。而操作系统仅仅是应用的平台，无法深入到应用中完成数据同步工作。常见的操作系统层面的数据库集群是双机主备模式。数据存放在独立的存储中，正常情况下存储挂在主服务器上，当主服务器故障后，首先主服务器停止服务，然后存储资源切换到备用服务器，最后备用服务器开始工作。这样的工作模式，始终有一台服务器处于闲置状态，并且在故障发生时，必然有个切换过程，这期间数据库服务是中断的。

三、Oracle Real Application Cluster

Oracle Real Application Cluster通常称作RAC。是从oracle9i开始推出的应用层面的集群数据库。

(一)RAC数据库网络结构

通常由多个节点服务器（至少2个节点）和一台存储设备组成，如图1所示。

每个节点有两个网卡和一个连接存储的光纤卡。其中一块网卡连接在由这几台服务器组成的私有网络，用于各个节点之间通讯和数据交换。另一个网卡连在公共网络对外提供服务。存储和所有节点通过光纤相连，数据库的数据文件就存放在存储中。

(二)RAC的优点

高可用性：RAC中的每个节点均为数据库的一个实例，这些节点同时对外服务，避免单节点故障造成数据库服务中断。

可扩展性：RAC集群中的节点可以根据业务的繁忙程度，动态的增加或减少。资源利用率高：RAC集群中的所有节点均在线服务，没有闲置节点。另外，根据不同业务高峰期的差别。动态调整不用业务的服务资源范围，如在一个4节点的集群中，白天可以分配3个节点为销售业务提供服务，1个节点为统计分析提供服务。夜里分配三个节点为统计分析提供服务，1个节点为销售业务提供服务。

节约成本：可以用多台廉价的PC代替昂贵的小型机或大型机。同时节约相应的维护成本。

(三)RAC的不足

图1

图2

对系统规划要求高，如果系统规划设计不合理，可能使集群的性能还不如一个节点的性能高。如频繁出现多个节点对同一个数据块写操作时，出现各个节点之间相互等待，并且使节点之间出现大量的内存拷贝，从而在集群的私有网络上引发所谓的网络风暴。

虽然多节点同时提供服务避免了单节点故障引起的服务中断，但并非节点故障对业务没有影响，对于非连接池的应用来说，新的连接均可以连接到正常的节点。但对于采用连接池的应用来说，已经连接在故障节点的连接并不会立刻刷新，应用在使用故障连接时会报数据库连接异常的错误，直到所有到故障节点的连接被刷新。

由于集群需要访问共同的存储设备，集群中各个节点的物理距离不会太远，这样虽然集群可以避免由于软硬件故障引起的服务中断，但对于火灾、地震等重大灾难事故，RAC集群数据库无能为力。

四、Dataguard

Datagurad是从oracle7i时就推出的一种数据库高可用技术。通常由多台（至少两台）位于不同城市的数据库服务器组成。其中一台为主数据库角色，其它数据库称为standby数据库，如图2所示。

基本原理是将主数据产生的联机日志随时传送给各个standby数据库，standby数据库再重做这些日志。当主数据库发生重大故障或当地发生火灾、地震等灾难事件时，任意一个standby数据可以快速转换为主数据库角色。

Dataguard技术最大价值就在于灾备。最多9个standby数据库，分布在不同的城市。可以最大限度降低火灾、地震等重大灾难事件的影响。其次standby数据库可以以只读模式打开，提供数据查询服务，standby数据库也可用于数据库备份，这两项能力均可减轻主数据库的压力。

Dataguard的不足是基础设施（机房、人员、软硬件成本）投入较大。另外和操作系统集群类似，资源利用率低，故障切换时服务会中断[3]。

五、小结

以上三种技术均可用于部署高可用oracle数据库，各有利弊。操作系统集群由于自身的不足，目前逐渐退出主流，但由于其投资少，一些要求不高的小型用户还在使用。RAC由于其资源利用率高，调配灵活，在oracle高可用数据库市场上占据主流。而Dataguard从出现到现在乃至可见未来，由于其不可替代的灾备功能，不会退出市场，但是由于其基础设施投入大，其主要用户是跨地域的大型用户，

这三种高可用技术并不完全是竞争关系，而是可以配合使用更好以取长补短。实际上许多大型用户由于业务量大，且需要7*24小时服务，他们更多的情况是主数据库和standby数据库均为集群数据库。

[1]张晓明著.大话oracle RAC[M].人民邮电出版社,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).