OracleRAC集群运行模式

2021-03-07张洪进翁平

电子技术与软件工程 2021年22期

张洪进翁平

（联勤保障部队第九〇七医院信息科福建省南平市353000）

Oracle RAC集群的定义是从Oracle 9i逐渐演变而来的。它是高可用性规划方案之一，是oracle数据库支持网络计算环境的核心技术。从RAC的产生到11G版本，集群运行模式是传统的标准集群模式。直到Oracle 12C，集群中引入了很多新特性，主要是Flex集群的新模式的诞生。在Flex集群中，增加很多新的功能：Flex Cluster、Flex ASM、Hub Node（中心节点）、Leaf Node（叶节点）等，下面我们就Flex集群模式新增特性和转换操作进行探讨。

1 Oracle Rac原理

Oracle Real Application Cluster（RAC实时应用集群）用来在集群环境下实现多机共享数据库，以保证应用的高可用性（HA），随着节点数越高，系统可靠性就越高；同时可以自动实现并行处理及负载均衡，在系统负载时，RAC可以自动在多个节点之间平衡负载，减轻单个实例的计算压力，并能实现数据库在故障时的容错和无断点恢复。Rac基本架构图如图1所示。

图1：Rac基本架构图

2 Oracle Asm的原理

Asm：Automatic Storage Management，是Oracle主推的一种面向Oracle的数据文件存储机制，ASM和数据库管理系统非常相似，数据库管理员不用花精力去管理磁盘的读写性能问题，也不需要知道具体的文件名称。Asm具有自动调整读写负载、条带化存储、在线自动负载均衡、自动管理数据库文件、数据冗余、支持各种Oracle数据文件等特点。ASM是由实例和数据文件组成，同数据库一样也可以通过sqlplus进行维护。Asm实例由SGA和后台进程组成，Asm实例和数据库实例的关系可以是一对一或一对多的关系，如果是一对多，最好为Asm安装单独的ASM_HOME。

数据库实例使用Asm作为存储管理时，数据库实例在启动时必须先从Asm实例获得表空间中的区地图（Extent Map），以后对磁盘组的操作记录，Asm实例会把区地图的调整信息发送给数据库实例，并且由ASMB进程保持这两个实例间维护信息的同步和交换。所以我们在启动数据库实例时必须先启动Asm实例，然后两个实例同步运行，反过来当要关闭Asm实例时必须先数据库实例关闭。如图2所示，显示了ASM的体系结构。

图2：ASM的基本架构

3 Flex集群的新特性

3.1 Hub节点与Leaf节点架构

在进行oracle集群安装时，Oracle 12c同时提供两种集群类型配置：标准集群和Flex集群。传统标准集群中，集群中的所有节点都必须连接到两个网络上：公共网络和私有网络；公共网络用于客户端应用程序的连接，私有网络用于节点间的通信和维护SGA的数据一致性。而Flex集群引进了两种新类型的节点——Hub节点(中心节点)和Leaf节点(叶节点)。Hub类型的节点和传统标准节点类似，它们之间通过私网互连，必须连接共享存储，Hub节点可以直接存取集群注册表(OCR)和表决磁盘（VD），在Flex集群中最多可配置64个Hub节点，同时也可以配置很多Leaf节点。在Flex集群中，Leaf节点属于轻节点，彼此互不相连，也不能像Hub节点一样访问共享存储，每个Leaf节点不能脱离Hub节点而独立存在，必须与Hub节点保持通信，并通过所连接的Hub节点连接到集群，应用程序访问数据库也是通过Leaf节点。Flex集群架构如图3所示。

图3：Flex集群架构

3.2 Flex Asm原理

12C之前的oracle版本，每个节点都必须独立运行本节点的ASM实例，且集群中所有节点的ASM实例必须处于运行状态，当ASM磁盘组mount成功后，节点的数据库实例才能运行。对于这种架构，会存在一定的单节点故障的风险，如果ASM实例未运行，那么数据库实例不能启动，这种架构的数据库实例和ASM实例必须是一对一绑定的关系。

12c开始，推出了Flex ASM，解除了这种限制，允许数据库实例独立于ASM实例存在，允许RAC节点访问远程节点的ASM实例，而自身无需运行ASM实例。一般在Flex集群，中心节点运行ASM实例，叶节点远程访问中心节点的ASM实例。当中心节点的Asm实例故障时，Oracle Clusterware可以通过一个替代ASM实例将故障节点的连接将无缝转移到另一个成员节点，中心节点数据库实例可以通过访问其他节点上的ASM实例，保证系统的正常运行。由于存在当节点ASM实例故障，集群将当前ASM实例切换到其他节点上运行的情况，因此，网络类型由原来的公共网络(public network)和私有网络（private network）两种，又新增了一种ASM网络，ASM网络主要用于访问其他节点的ASM实例，ASM网络可与节点间的私有网络共用，也可独立安装。

Flex Asm架构如图4所示。

图4：Flex Asm架构

如图5所示，中心A节点通过访问B节点的ASM实例，获取metadata，然后通过获取的metadata就能访问到存储了。访问其他节点的ASM实例可以通过部署专用的ASM网络或者使用节点内部的私有网络，oracle官方是更推荐使用专用的ASM网络，提高系统的稳定性和吞吐量。

图5：ASM故障转移

3.3 oracle 12c其他新特性

除了上述的新特性外，12c还提供了很多功能的增加，例如：PL/SQL开发性能增强、改善Defaults、扩大了多种数据类型长度、TOP N的语句实现（在SELECT语句中可以指定前N条或前百分之多少的记录）、行模式匹配（分析函数的功能，可以在行间进行匹配判断并进行计算）、对多分区同时进行维护操作、Adaptive执行计划（拥有学习功能的执行计划）、临时UNDO（减少UNDO产生的数量;减少REDO产生的数量；在ACTIVE DATA GUARD上允许对临时表进行DML操作。）、数据优化（可以自动实现数据的在线压缩和数据分级）、应用连续性（12c之前版本当RAC的故障转移只做到SESSION和SELECT层面，对还未结束的DML事务会自动回滚，而Oracle Database 12c中Oracle终于支持整个事务故障转移）、实现云数据库的支持，提供云平台管理，这是之前版本所没有的功能、提出了数据库容器（CDB）和可插拔数据库（PDB）的概念，实现实例与数据库是一对多的关系，功能更加齐全。