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1、Oracle Database RAC架构与工作原理,赵元杰中程在线(北京)科技有限公司2009年8月4日,2023年2月16日,2/42,2023年2月16日,内容提要,RAC HA术语 RAC名称的变迁RAC 架构RAC工作原理RAC共享存储虚拟IP(VIP)参考资料,2023年2月16日,3/42,10g 高可用性-措施,高可用性(High Availability)涉及方面：备份与恢复是关键；备份现在不是防止人为错误，而是防止灾难；人为错误不再通过备份来修复，而是通过Flashback来修复；,2023年2月16日,4/42,2023年2月16日,RAC与SMP,SMPSMP=symm
2、etric multiprocessing对称多处理器体系结构RACRAC=Real Application ClustersOracle系统的真正应用集群,2023年2月16日,5/42,2023年2月16日,RAC集群件,集群就绪服务-CRSCRS=Cluster Ready Services可将所有支持平台上的节点聚集在一起，包括Sun,HP,Tru64,AIX,Windows,Linux等；使用crs可替代这些平台的OS提供商的集群件或第三方的集群件；需要在安装10g RAC之前安装并运行CRS 10g R2的CRS名称改变CRS 又在10g被命名为 Oracle Clusterwar
3、eOCFS Version 2 支持 Linux,2023年2月16日,6/42,2023年2月16日,RAC集群件,CRS-CSSCSS=Cluster Synchronization Services集群同步服务CSS可实现进程间的通信，包括提供组服务：任何时间节点和实例的动态信息；及节点名称、节点数；CSS还维护集群内的基本锁等；CRS-CRSDCRSD：该进程作为root用户运行，它维护OCR配置信息以及管理“应用程序资源”，并且执行启动、停止和故障恢复。该进程在遇到故障时会自动重新启动。CRSD守护进程负责维护应用程序资源的可用性；CRSD可启动或停止某个服务；,2023年2月16日
4、,7/42,2023年2月16日,内容提要,RAC 术语 RAC名称的变迁RAC 架构RAC工作原理RAC共享存储虚拟IP(VIP)参考资料,2023年2月16日,8/42,2023年2月16日,RAC变迁-OPS 历史背景,Oracle Parallel Server(OPS)Oracle 5OPS 在 DEC/VAX 的集群环境实现Oracle 6.2发行公共的 OPSOracle 7,0,7.1,7.2,7.3 及 8.0OPS 继续发展Oracle 8.1.5引入缓存融合阶段 1在互连上实现读块一致性能,2023年2月16日,9/42,2023年2月16日,RAC变迁-RAC历史背景,
5、Real Application Clusters(RAC)Oracle 9iV9.0-OPS 重命名为 Real Application Clusters V9.0-引入缓存融合阶段 2-在互连上实现更新块V9.2-在Linux实现Oracle Cluster Manager(oracm)V9.2-OCFS V1 支持 Linux 与 WindowsOracle 10g10.1-引入 Oracle Cluster Ready Services(CRS)10.1-引入 Automatic Storage Management(ASM)10.2-CRS重命名为 Oracle Clusterwar
6、e10.2-OCFS V 2 支持 Linux,2023年2月16日,10/42,Oracle 技术进化,Nonblockingqueries,OPS,RAC,AutomaticStorageManagement,AutomaticWorkloadManagement,Low-costcommodityclusters,Resourcemanager,DataGuard,EnterpriseGrids,OracleClusterware,GridControl,2023年2月16日,11/42,2023年2月16日,RAC 目的,Real Application Clusters 技术的目的目
7、的是：数据库网格数据库网格的基础是实时应用集群(RAC)实时应用集群不需修改应用就可改变规模通过增加或删除节点实现RAC集群数10g/11g 通过支持流行平台间端到端的解决方案,2023年2月16日,12/42,2023年2月16日,内容提要,RAC 术语 RAC名称的变迁RAC 架构RAC工作原理RAC共享存储虚拟IP(VIP)参考资料,2023年2月16日,13/42,2023年2月16日,单个数据库实例,单个实例运行在独立的服务器上专用存储上的单个数据库DAS-Direct Attached Storage 直接挂接的存储,Local Disk,2023年2月16日,14/42,2023
8、年2月16日,单个数据库实例,单个实例运行在独立的服务器上在网络存储上运行单个数据库SAN-Storage Area NetworkNAS-Network Attached Storage,SAN或 NAS,2023年2月16日,15/42,2023年2月16日,RAC架构,(Interconnect),Shared Storage,LocalDisk,LocalDisk,公网,内部网,Storage Network,在分开的服务器(Node)上运行多个实例所有节点访问单个数据库在互连网上交换信息,2023年2月16日,16/42,什么是RAC?,Node,Disks,Private Inte
9、rconnect,Clusterwareon each node,Publicnetwork,Publicnetwork,Publicnetwork,Publicnetwork,相连节点以单独服务器工作Cluster软件隐藏在结构中磁盘对所有节点的读写都可有效每个机器的操作系统是相同的,2023年2月16日,17/42,Oracle RAC,Instancesspreadacross nodes,Databasefiles,Interconnect,Sharedcache,多个实例访问同一个数据库每个节点一个实例每个数据库文件可物理或逻辑访问软件控制数据访问,2023年2月16日,18/42,
10、2023年2月16日,RAC架够,复杂的RAC架构,2023年2月16日,19/42,2023年2月16日,RAC定义-实例与数据库,一个 RAC 包括一个或多个实例(instances)只有一个数据库(database)一个数据库是一组文件的集合 文件位于共享的存储上包含所有永久的资源 一个实例包含一组内存结构与后台进程包含所有临时资源通常情况下一个实例在一个服务器(node)上可独立启动或关闭,2023年2月16日,20/42,2023年2月16日,RAC架构,RAC 架构：所有的服务器使用和管理同一个数据库，目的是为了分散每一台服务器的工作量硬件上至少需要两台以上的服务器，而且还需要一个
11、共享存储设备需要两类软件，一个是集群软件，另外一个就是Oracle数据库中的RAC组件所有服务器上的OS都应该是同一类OS，根据负载均衡的配置策略,2023年2月16日,21/42,2023年2月16日,RAC架构,RAC逻辑结构：每一个参加集群的节点有一个独立的instance，这些instance访问同一个数据库节点之间通过集群软件的通讯层（communication layer）来进行通讯为减少IO的消耗，引入一个全局缓存服务，每一个instance都保留了一份相同的数据 每个节点instance有自己的SGA每个节点instance有自己的background process每个节点i
12、nstance有自己的redo logs每个节点instance有自己的undo表空间所有节点都共享一份datafiles和controlfiles,2023年2月16日,22/42,2023年2月16日,RAC作用,Oracle RACOracle Real Application Server，真正应用集群，简称Oracle RAC Oracle的并行集群，位于不同服务器系统的Oracle实例同时访问同一个Oracle数据库节点之间通过私有网络进行通信，所有的控制文件、联机日志和数据文件存放在共享的设备上，能够被集群中的所有节点同时读写,2023年2月16日,23/42,2023年2月16
13、日,RAC高可用性,Oracle RAC高可用性提供真正高可用-故障容错和无缝切换功能，将硬件和软件错误造成的影响最小化,2023年2月16日,24/42,RAC好处,Oracle RAC 好处：多节点负载均衡软件与；建议通过并行执行技术提高事务响应时间-通常用于数据分析系统;通过横向扩展提高每秒交易数和连接数;-通常对于联机事务系统;节约硬件成本，可以用多个廉价PC服务器代替昂贵的小型机或大型机，同时节约相应维护成本;可扩展性好，可以方便添加删除节点，扩展硬件资源;,2023年2月16日,25/42,RAC缺点,Oracle RAC 缺点：相对单机，管理更复杂，要求更高;在系统规划设计较差时
14、性能甚至不如单节点;可能会增加软件成本(如果使用高配置的pc服务器，Oracle一般按照CPU个数收费),2023年2月16日,26/42,2023年2月16日,内容提要,RAC 术语 RAC名称的变迁RAC 架构RAC工作原理RAC共享存储虚拟IP(VIP)参考资料,2023年2月16日,27/42,2023年2月16日,OPS 与 RACOracle 8.0.6 及低版本,Instance 2,Node 2,OPS-Oracle 8.0.6 更低版本,Interconnect,Current Writes,Consistent Reads,Current reads,所与 I/O 使用共享
15、存储采用 interconnect询问,2023年2月16日,28/42,2023年2月16日,OPS 与 RACOracle 8.1.5 至Oracle 8.1.7,Instance 2,Node 2,OPS-Oracle 8.1.5 或更高-Cache Fusion Phase 1,Interconnect,Current Writes,Consistent Reads,Current Reads,Current I/O always uses shared storageConsistent reads can use interconnect,2023年2月16日,29/42,2023
16、年2月16日,OPS 与 RACOracle 9.0.1 之后,Instance 2,Node 2,RAC-Oracle 9.0.1 及更高的版本-Cache Fusion Phase 2,Interconnect,Current Writes,Consistent Reads,Current Reads,Current I/O and consistent reads can use interconnect,2023年2月16日,30/42,2023年2月16日,各版本的高速缓存融合,RAC中的全局缓冲存储器多个实例共享的数据缓冲器-全局高速缓存每个实例有自己特定的本地区缓冲器，所有缓存共
17、同创建全局高速缓存,2023年2月16日,31/42,2023年2月16日,各版本的高速缓存融合,RAC中的两个节点的结构每个实例SGA和PGA每个实例有自己特定的日志文件,2023年2月16日,32/42,2023年2月16日,各版本的高速缓存融合,PCM-并行高速缓存全局缓冲区的管理操作称为并行高速缓冲区(parallel cache management=PCM)；缓冲区锁(PCM锁)用于保护高速缓冲区；GC_FILES_TO_LOCKS 参数设置PCM锁数量；,2023年2月16日,33/42,2023年2月16日,各版本的高速缓存融合,Cache Fusion从8i开始简化读一致性服
18、务器处理，并增加新进程(Block Server Proces)以处理CR(Consistent Reads)；当请求者检查CR副本的持有者时，系统根据持有者的撤消信息来构造CR副本，再互连(Interconnect-高速专用)将其传输到请求的缓冲区；从9i开始，引入了GCS(Global Cache Service)处理高速缓存的融合流量；,2023年2月16日,34/42,2023年2月16日,10g RAC高速缓存融合,10g RAC 的Cache Fusion高速融合与GCS(Global Cache Service)全局高速缓存：,2023年2月16日,35/42,2023年2月16
19、日,内容提要,RAC 术语 RAC名称的变迁RAC 架构RAC工作原理RAC共享存储虚拟IP(VIP)参考资料,2023年2月16日,36/42,RAC Interconnect,用于内部节点(inter-node)通信:Oracle Clusterware ASM 场合RDBMS Instances最佳的要选择高带宽的配置典型有 1GB Ethernet使用 TCP/UDP 协议常用 NIC 接口其他物理网络支持,2023年2月16日,37/42,RAC Shared Storage,要求:Oracle Clusterware FilesOracle Cluster Registry(OCR
20、)Voting Disk数据库文件Control FilesDatabaseOnline Redo LogsServer Parameter File推荐建议：Archived redo logsBackup copies,2023年2月16日,38/42,RAC Shared Storage,也可用于:Storage Area Network(SAN)，如:EMC Clariion/SymmetrixHP MSA/EVA/XP 序列HitachiFujitsuNetwork Attached Storage(NAS)，如:Sun StorageTekEMC Celerra,2023年2月16
21、日,39/42,RAC Shared Storage,光纤通道SCSI 协议-基于块通常 2GB 或 4GB 每个节点需几个 Host Bus Adapters 需要光纤切换iSCSISCSI协议-基于块信息包在专用IP发送可采用标准网络元件处理经常卸下 NIC 固件NFS基于文件可采用标准网络元件,2023年2月16日,40/42,RAC Shared Storage,集群支持检测(Cluster-aware)文件系统:自动存储管理 集群文件系统Oracle Cluster File System(OCFS/OCFS2)Red Hat GFSIBM GPFSSun Storedge QFSV
22、eritas CFS网络文件系统,2023年2月16日,41/42,RAC ASM,Oracle 10.1引入在 10.2 与 11.1 增加新功能普通代码(所有平台支持)在单个实例与 RAC 数据库都有效为 RAC提供共享存储可选择镜像:常规冗余(镜像)搞冗余(条形镜像)磁盘组的存储物理磁盘逻辑文件每个节点需要附加 ASM 实例,2023年2月16日,42/42,2023年2月16日,内容提要,RAC 术语 RAC名称的变迁RAC 架构RAC工作原理RAC共享存储虚拟IP(VIP)参考资料,2023年2月16日,43/42,2023年2月16日,RAC集群件,虚拟IP地址VIP=Virtual IP address；CRS为确保在故障时快速进行切换，使用VIP概念；每个节点除了拥有自己静态分配的IP地址，还拥有一个分配给它的虚拟IP地址；每个节点侦听实际上侦听虚拟IP地址；当发生故障，虚拟IP地址将进行实际的故障切换，并在RAC中其它节点上继续保持联机；虚拟IP地址目的采用VIP目的是降低客户程序意识到某个节点发生故障所花费的时间，即加快响应；,
