計量信息數(shù)據(jù)庫高可用性解決方案

陳 超/無錫市計量測試中心

0 引言

隨著計量檢測業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，計量管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量日益龐大，計量檢測機構(gòu)正常業(yè)務(wù)的開展對信息系統(tǒng)的依賴性越來越大，對系統(tǒng)的保護和對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的防災(zāi)顯得越來越重要。計量信息系統(tǒng)需要不間斷為計量檢測人員提供服務(wù)，即使發(fā)生短暫的業(yè)務(wù)中斷，也會導(dǎo)致很大的經(jīng)濟損失。因此保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的高可用性、安全性尤為重要。所以，本文提出了基于Oracle RAC（甲骨文數(shù)據(jù)庫實時應(yīng)用集群）的集群技術(shù)的高可用性解決方案，通過Oracle RAC的集群技術(shù)提高計量信息系統(tǒng)的可用性、可靠性。

1 集群技術(shù)

在計算機系統(tǒng)中，可用性可定義為MTTF（平均失效前時間）/(MTTF+MTTR（平均恢復(fù)前時間）)×100%，即系統(tǒng)保持正常運行時間的百分比。按照標(biāo)準(zhǔn)劃分，可用水平為99.9%，即每年停機時間<8.8 h的系統(tǒng)，稱為HA(High Availability)（高可用性）。因此，為了最大限度地保障網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，HA架構(gòu)越來越多地得到企業(yè)的認(rèn)可和支持。HA架構(gòu)追求的就是最高的服務(wù)質(zhì)量，即高可用性、高可靠性和高安全性。

集群(Cluster)是由多個計算機(Node)組成一個整體向用戶提供某種網(wǎng)絡(luò)資源。集群技術(shù)開始于20世紀(jì)70年代，以Linux集群的應(yīng)用最為廣泛，具有高可擴展性、高性能和高可用性。在目前最流行的關(guān)鍵業(yè)務(wù)如數(shù)據(jù)庫的高可用性群集應(yīng)用方案中，雙機技術(shù)和Oracle RAC成為最受矚目的2個亮點。

2 Oracle RAC集群方案

Oracle提出的真正應(yīng)用集群(RAC)概念，采用服務(wù)漂移、VIP漂移和TAF透明故障切換等新技術(shù)，能有效解決常見的軟硬件故障引起的死機，如SQL（結(jié)構(gòu)化查詢語言）語句故障、用戶進(jìn)程故障、網(wǎng)絡(luò)故障、用戶錯誤故障、實例故障和介質(zhì)故障等。在Oracle RAC中，CRS（集群就緒服務(wù)）服務(wù)協(xié)調(diào)所有集群結(jié)點統(tǒng)一工作，并自動根據(jù)硬件的故障情況，實時刪除或增加集群結(jié)點、動態(tài)管理和維護集群的工作，具有極大的可伸縮性、低成本和高可用性。

本文提出基于RAC模式典型的兩節(jié)點Oracle RAC結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 兩節(jié)點RAC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器Server A和Server B是一套2節(jié)點的集群系統(tǒng)，兩節(jié)點上分別運行著相互獨立的數(shù)據(jù)庫實例進(jìn)程A和進(jìn)程B。兩個實例提供相同的數(shù)據(jù)庫服務(wù)名（Service Name），通過集群文件系統(tǒng)共享相同的數(shù)據(jù)文件。首先，兩個數(shù)據(jù)庫實例節(jié)點通過“集群心跳”彼此探測對方是否存活，維持集群狀態(tài)。其次，RAC的Cache Fusion（互聯(lián)機制訪問）技術(shù)利用“集群心跳”來同步各節(jié)點內(nèi)存中已經(jīng)變化的數(shù)據(jù)，從而保持?jǐn)?shù)據(jù)以及服務(wù)狀態(tài)的一致性，也大大提高了數(shù)據(jù)的同步效率。這樣，當(dāng)一個節(jié)點停止服務(wù)，應(yīng)用端會自動連接另一個節(jié)點來完成剛才失敗的事務(wù)。由于各節(jié)點數(shù)據(jù)一致性，事務(wù)的容錯得以成功。

3 兩節(jié)點RAC模式的連接與測試

3.1 兩節(jié)點RAC測試平臺

在Oracle RAC中，通過虛地址(VIP)和服務(wù)的漂移完成故障切換，保證數(shù)據(jù)庫的HA特性。在每個RAC節(jié)點上，配置了公用地址、私有地址和虛地址VIP。當(dāng)某個節(jié)點發(fā)生故障時，其VIP會自動漂移到另一個節(jié)點上，并在該節(jié)點上創(chuàng)建相應(yīng)的服務(wù)，保證應(yīng)用系統(tǒng)的正常服務(wù)。服務(wù)是Oracle的一個基本特征，可以在單實例中使用，也可以在RAC環(huán)境中使用。在RAC環(huán)境中，服務(wù)運行在一個或多個實例之上，它能夠讓RAC系統(tǒng)將集群數(shù)據(jù)庫的所有資源集成為一個單一的系統(tǒng)映像，這樣可以最優(yōu)化集群的可管理性，簡單化系統(tǒng)的配置、測試、災(zāi)難恢復(fù)和降低管理成本。服務(wù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的透明連接，用戶通過服務(wù)名連接數(shù)據(jù)庫，不用關(guān)心到底是哪個實例在真正執(zhí)行SQL應(yīng)用。

本文提出的RAC系統(tǒng)有2個節(jié)點，運行一個服務(wù)EDU(引擎可調(diào)度單元)，該服務(wù)默認(rèn)運行在主機1（Server A）和主機2（Server B）上。Oracle RAC測試環(huán)境配置如圖2所示。

圖2 Oracle RAC 測試環(huán)境配置

用戶連接RAC時，通常使用tnsnames.Ora網(wǎng)絡(luò)配置文件，該文件由Oracle的net客戶端創(chuàng)建，具有連通性、可管理性、可縮放性、安全性和可訪問性等特點，可以通過配置某些參數(shù)來實現(xiàn)連接時故障切換、透明應(yīng)用程序故障切換、客戶端負(fù)載平衡和服務(wù)器端負(fù)載平衡等。

為了測試和分析Oracle RAC的HA性能，筆者做了一個測試。測試中，一個C/S(客戶服務(wù)模式)客戶端通過ODBC（開放數(shù)據(jù)庫互連）方式連接一個圖2所示的2節(jié)點RAC系統(tǒng)，進(jìn)行連續(xù)的數(shù)據(jù)插入刪除操作。同時，對正在連接的節(jié)點進(jìn)行軟硬件測試操作，并保證同時有2個節(jié)點處于活動狀態(tài)，前臺通過net2 stat-an命令監(jiān)測C/S客戶端的連接狀態(tài)，后臺通過srvctl status service -d test-s edu命令來監(jiān)測數(shù)據(jù)庫服務(wù)的狀態(tài)。

現(xiàn)場未做部分高危險性測試，但后來經(jīng)過突發(fā)事件證實實驗結(jié)果。

3.1.1 前臺測試一

C/S客戶端通過ODBC和TNSNAME（服務(wù)名）訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)名EDU。C/S客戶端連接數(shù)據(jù)庫，前臺運行netstat -an監(jiān)測結(jié)果如表1所示。

3.1.2 前臺測試二

SHELL腳本通過SQLPLUS（結(jié)構(gòu)化查詢語言編輯器）和TNSNAME自動訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)名EDU。

3.1.3 后臺監(jiān)測一

運行srvctl status service-d test-s edu監(jiān)測如下:Service edu is running on instance(s) test1，test2

3.1.4 后臺監(jiān)測二

crs_stat命令監(jiān)測的服務(wù)器進(jìn)程主要分為兩類，一類是節(jié)點的狀態(tài)，如asm、lsnr、gsd、ons、vip等進(jìn)程;另一類是集群數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)，如cs、sa、srv等進(jìn)程。服務(wù)漂移主要體現(xiàn)在節(jié)點的vip進(jìn)程和數(shù)據(jù)庫的srv進(jìn)程運行的目標(biāo)上，正常運行時主要進(jìn)程如表2所示。

表1 前臺運行netstat-an測試結(jié)果

表2 Oracle RAC數(shù)據(jù)庫后臺監(jiān)測狀態(tài)

3.2 軟件故障測試

啟動C/S客戶端程序，用命令監(jiān)測前臺的節(jié)點狀態(tài)和后臺的服務(wù)狀態(tài)，Oracle RAC軟件故障測試結(jié)果如表3所示。

表3 Oracle RAC軟件故障測試結(jié)果

3.3 RAC系統(tǒng)漂移分析

Oracle RAC采取了一系列措施來有效減少用戶操作故障對系統(tǒng)的影響，對于一般性的軟件故障，能做到很好的故障切換，服務(wù)正常漂移，保證應(yīng)用系統(tǒng)運行正常、不間斷、不宕機。

與雙機熱備系統(tǒng)相比，Oracle RAC具有很好的負(fù)載均衡性能，服務(wù)所在節(jié)點均在工作，效率高，發(fā)生故障時應(yīng)用系統(tǒng)可以透明切換，可用性高；而熱備系統(tǒng)僅有一臺工作機，另一臺工作機處于待機狀態(tài)，資源浪費大，負(fù)荷重，且數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障時應(yīng)用程序必須人工重啟進(jìn)行干預(yù)，可用性低。

4 結(jié)語

總的來說，Oracle RAC雖然復(fù)雜，但對應(yīng)用系統(tǒng)而言卻是十分簡單好用。Oracle RAC集群技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和HA架構(gòu)的最佳應(yīng)用，是一個具有自動診斷分析和自我管理的商用數(shù)據(jù)庫，足以滿足計量信息的高可用性、高可靠性需求。

[1]M.HART, S.JESSE.Oracle database 10g 高可用性實現(xiàn)方案[M].劉永健，孔令梅，譯.北京: 清華大學(xué)出版社，2005.

[2]張曉明.大話Oracle RAC集群高可用性備份與恢復(fù)[M].北京: 人民郵電出版社，2009.