Oracle 11g笔记——RAC简介、意义

一、RAC简介
1、高可用性
   是指整合了硬件和软件技术的综合解决方案。它保证在不丢失数据的前提下，应用程序（服务）能够不间断运行，也就是服务的有效性或服务的可持续访问性。
   特征：可靠性：可靠的硬件和可靠的软件
         可恢复性：提供各种机制，确保能从失败中恢复丢失的数据和失败的进程
         错误自动检测：能自动探测各种错误，并采取相应措施
         可持续性：当某些组件失败时，仍然能够继续对外界提供服务
         Oracle HA解决方案：Oracle Golden Gate、Oracle Data Guard、Oracle Stream Replication和Oracle Real Application Cluster(RAC)
   （1）Oracle Golden Gate是一种基于日志的结构化数据复制备份软件，它通过解析源数据库在线日志（Online Redo）或归档日志获得数据的增量变化，再将这些变化应用到目标数据库，从而实现源数据库与目标数据库同步。
   （2）Oracle Data Guard通常由两台机器组成，其中一台叫primary database，另外一台叫standby database，两台机器为复制关系。当primary database宕机时，standby database可以代替primary database，不间断地对外提供服务。
   （3）Oracle Stream Replication叫流复制，它是基于消息队列的一种复制技术
   （4）Oracle集群（RAC）是HA常用的一种解决方案，它通过共享存储等一系列技术实现数据库的高可用性。

2、Oracle集群
   一个Oracle集群（RAC）通常由多台服务器（每台服务器称作一个“节点”）组成，多台服务器形成一个整体，对外提供服务。
   但对外来说，好像只有一台机器。集群内部很复杂，但对外的访问接口却很简单。一个集群最多可支持100个节点。
   节点间通过私有网络进行通信，数据库被放在共享存储上。集群中的每个节点都运行一个实例（instance），每个实例都有自己的内存和进程。
   集群中的多个实例可以并行地访问共享存储上的数据库。通常，一个数据库对应一个实例 ，但是在RAC环境下，一个数据库对应多个实例。
   RAC优点：
   （1）高可用性：结合硬件（RAID）技术，当一块硬盘失败时，数据没有丢失，数据库仍然正常运行。当一个节点掉线时，另外一个节点将接管失败节点的负载，并正常对外提供数据库访问服务
   （2）负载均衡：集群中的多个节点同时工作，共同接受客户端连接，共同分担负载。
   （3）可扩展性：当性能或者容量成为瓶颈时，我们可以往集群中增加新的节点或新的磁盘

3、RAC硬件架构
    A.分类 
   （1）外挂式（Direct Attached Storage, DAS）,又名“直接附着存储”、“直接附加存储”
        存储设备不在主机内，存储是一个单独的设备，它通过主机总线适配器（Host Bus Adapter, HBA）与主机直接进行连接。主机和存储设备之间没有任何网络设备（交换机、路由、HUB）
        优点：速度快、安全、成本低廉、容易实施
        缺点：服务器和存储设备间的距离短，对存储设备的访问会增加服务器的负载，服务器发生故障，数据将不可访问，难于扩展，集中度低。
   （2）网络式（Network Attached Storage，NAS），又名“网络附加存储”、“网络附着存储”
        存储设备通过网络和主机进行连接。利用普通网络（以太网）进行数据传输，可以利用现有的网络，因此成本较低。
   （3）网络式（Storage Area Network，SAN）存储区域网络
        存储设备也通过网络和主机进行连接。利用光纤通道的专有网络进行数据传输
        优点：速度快，传输距离远，可靠性高，易于扩展。SAN代表了存储技术的主流，但成本较高
 
   B.RAID级别
     通过RAID技术，可以把几块物理硬盘虚拟成一块大硬盘，或者N块硬盘。
     RAID技术两大意义：数据保护、提高I/O的吞吐量。

   C.网络简介
     （1）公有网络（Public Network）：客户端通、Web通过公有网络访问RAC
     （2）私有网络（Private Network）：用于节点成员之间的相互通信，也就是节点互联，只有节点才能使用私有网络。不能用于公有网络，以免引起节点之间的通信延迟，从而影响RAC的性能。
      注：无论是公用网络还是私有网络，都应该考虑网络的冗余性、高可用性。

4、软件架构
  （1）软件分层
       A. Oracle RAC：是一个独立的软件（不和Orae Grid Infrastructure集成到一起），是数据库软件，但加入了集群功能，负责集群数据库的管理。
                   一个集群中有一个数据库，每个节点上有一个实例，多个实例并发地访问数据库，每个实例有自己的内存和后台进程。    
      

       B.Orae Grid Infrastructure（网格基础层、网格基础软件、集群软件）：是一个软件，负责管理集群中的节点、各种资源及存储的管理，是RAC的基础。先安装GI，再安装RAC。GI可以再分为：
            a. Oracle Clusterware
            b. 自动存储管理ASM(Oracle Automatic Storage Management)，用于管理共享存储
            oracle 11g将Oracle Clusterware与ASM整合到了一起
      
      C.硬件

  （2）Oracle Clusterware软件
       是一个集群软件，称为“集群构件”，它将多台服务器整合为一个集群，使它们作为一个相互协作的系统。
       主要管理节点及各种资源，这些资源包括虚拟IP(Virtual IP,VIP)、数据库（Databases） 、监听器（Listeners）以及各种服务（Services）等。
       Oracle Clusterware软件是Oracle公司提供的集群组件。第三方也提供了类似功能的软件，如IBM的High Availability Cluster Multi-Processing, HACMP
       原理：Clusterware启动时，会自动启动各种注册的资源（如VIP），并监控各种资源的状态，一量有资源失败，Clusterware会自动重启失败的资源，Clusterware的后台进程运行在各个节点上。
     
       资源：任命被Clusterware管理的东西都叫CRS资源。资源可以是数据库、实例、监听器、VIP、服务或应用程序。
  
       步骤：a.安装Oracle时，Oracle会创建各种资源，我们可以使用srvctl命令管理这些Oracle预定义的资源
             b.安装Oracle后，我们可以创建自己的资源。当启动资源时，Oracle会读取资源的配置信息（记录了资源的各种属性），资源的配置信息被放在Oracle集群注册表（Oracle Cluster Registry, OCR）中。
             c.资源配置信息放在OCR中，而OCR必须放在共享存储中（磁盘陈列）
               共享存储中包含：Data files、SPFILE、Online Redo Log、Voting Disks、Control Files、OCR
               Clusterware组成：集群注册表（OCR）、表决盘（Voting Disks）、共享存储、网络、后台进程
     
       （2.1）集群注册表（Oracle Cluster Registry, OCR）
              OCR存放资源配置，为防止OCR丢失或损坏，应多路镜像OCR，把它同时放到多个路径下（最多可有5个）

       （2.2）表决盘（Voting Disks）
              用于判断哪些节点在同一个集群，也必须放在共享存储中，多个节点共享这些信息。为了防止表决盘丢失或损坏，也应将它放在多个路径，以实现多路镜像，通常应该至少需要3个表决盘。

       （2.3）共享存储（软件层）
              从软件的角度，如何访问共享存储，形式：
              a.Oracle集群文件系统（OCFS）
                是Oracle官方提供的。各普通的文件系统（Ext2、Ext3）一样，首先，它是一种文件系统，其次，集群文件系统用于实现多台服务器共享存放在共享存储中的数据，这是它的最大特性。OCFS具有高性能各高可用性等优点。
           
              b.网络文件系统（NFS）
                NFS是一种分布式文件系统协议，它允许客户端通过网络访问另一台机器上的数据（目录），通过NFS，可以把远程机器上的目录映射成本地机器上的目录，本地机器只要访问本地的目录，就可以实现对远程机器上的目录的访问。
                NFS服务器通常是文件服务器，为整个网络提供文件共享服务。
               
              c.自动存储管理（ASM）
                ASM是一种高性能的、易于管理的存储解决方案。ASM替Oracle管理磁盘，而Oracle数据库通过ASM实现对共享数据的存储和访问。

               Oracle主推的还是自动存储管理（ASM）。它利华了磁盘管理，将数据分布到多块磁盘，重新平衡数据，最终实现数据的高可用性和访问的高性能。

       （2.4）网络
              a.公有IP地址
                在安装Orae Grid Infrastructure时，要设置公有网卡地址，通常用于从外部连接集群中指定的节点，每个节点都有一个公有IP地址
            
              b.节点互联（节点间通信）----私有网络
                 私有网络把组成集群的节点连接在一起。私有网络是专用的，只供节点间通信使用。
                 通信协议：UDP(User Datagram protocol，用户数据报文协议)、RDS(Reliable Data Socket Protocol，可靠数据套接字协议)
             
              c.虚拟IP（VIP）
                VIP是一个不与特定计算机工计算机中的网卡绑定死的IP地址。通常一台服务器有一个VIP，当该VIP所在的节点宕机时，该VIP可以从一台机器漂移到另外一台机器，继续为外界提供数据库访问服务。VIP是Oracle高可用性的一个重要环节。
                VIP是在安装Orae Grid Infrastructure时创建的。
                一个集群中可以有多个VIP，也就是多个对集群的访问接口。缺点：当特定的节点从集群中被删除/增加时，我们需要重新配置客户端。
             
              d.集群统一入口（Single Client Access Name, SCAN）
                SCAN是一个主机名，它提供了单一的名字（单一的访问集群的接口），这个名字不对应某个节点，而是对应整个集群。
                集群和SCAN的关系是一一对应的。当客户端想访问集群时，不需要指定VIP，只需要指定SCAN即可。
                当集群内部发生变化时（如删除一个节点），对SCAN没有影响，也不需要重新配置客户端
                一个SCAN可以对应一个或者多个IP地址（最多3个），出于高可用性的目的，一个SCAN应该对应多个IP地址，但可对应多个SCAN VIP
                SCAN优点：
                负载均衡：当客户端请求数据库连接时，SCAN的名字要被解析成IP地址，利用DNS的轮询调度算法，每次SCAN都会被解析成不同的IP地址，根据IP地址（SCAN VIP）客户端会去连接指定的SCAN监听器。
                          轮询调度算法也可以用Oracle的GNS（Grid Naming Service）来实现。若使用GNS，Oracle会自动创建SCAN，若使用DNS解析，需要我们自己定义SCAN
                高可用性：若SCAN对应多个IP地址，当尝试第一个IP地址失败时，Oracle会尝试使用SCAN中的第二个IP地址，依此类推。若失败，Oracle才返回错误。

       （2.5）后台进程
              Clusterware运行在集群中的每个节点上，它被分成两个层次，上层为：Cluster Ready Services(crsd)，下层是Oracle High Availability Services(ohasd)
              每层都由一系列的组件组成，这些组件表现为进程或服务。

 

二、RAC的意义----负载均衡和失败转移
    1、负载均衡分类：
       （1）服务器端负载均衡
       （2）客户端负载均衡：SCAN负载均衡、非SCAN VIP负载均衡、混合型
    2、负载均衡示例
       （1）非SCAN VIP负载均衡
            是传统负载均衡，需要修改客户端的tnsnames.ora文件，并设置LOAD_BALANCE=ON，加入数据库服务器的VIP(不是SCAN VIP)
            客户端请求连接时，将从地址列表中随机选择一台主机进行连接。
            如：
            orcl =(DESCRIPTION =
                    (LOAD_BALANCE=0N)
                    (ADDRESS=(PROTOCOL=TCP)(HOST=192.168.0.83)(PORT=1521))
                    (ADDRESS=(PROTOCOL=TCP)(HOST=192.168.0.84)(PORT=1521))
                    (CONNECT_DATE=
                       (SERVICE_NAME=ZERODB)
                     )
                  )

             注：LOAD_BALANCE=0N表示开户客户端负载均衡，ZERODB是服务名，通常和数据库的名字相同
             192.168.0.83、192.168.0.84是VIP(不是SCAN VIP)
             测试tnsnames.ora配置是否正确：SQL>tnsping orcl
             测试tnsnames.ora成功后，登录，查看当前会话的实例：SQL>select instance_name from v$instance;
             测试发现：在不同的实例间切换
       （2）SCAN负载均衡
            本例中myscan对应3个IP地址（192.168.0.85、192.168.0.86、192.168.0.87）
            修改客户端的tnsnames.ora文件
            orcl =(DESCRIPTION =
                    (ADDRESS=(PROTOCOL=TCP)(HOST=myscan)(PORT=1521))
                    (CONNECT_DATE=
                       (SERVICE_NAME=ZERODB)
                     )
                  )
            注：ZERODB是服务名，myscan就SCAN的名字（其实是通过DNS进行解析的一个主机名），注host必须为主机名，不能是IP地址。
            测试tnsnames.ora配置是否正确：SQL>tnsping orcl
            测试tnsnames.ora成功后，登录，查看当前会话的实例：SQL>select instance_name from v$instance;
            测试发现：在不同的实例间切换
 
       （3）混合型负载均衡
            混合型融合了普通的VIP和SCAN VIP。若使用混合型，需要修改参数REMOTE_LISTENER
            SQL>ALTER SYSTEM SET REMOTE_LISTENER='......' SCOPTE=BOTH SID='*';

            若我们使用的是Oracle 11.2，推荐使用SCAN负载均衡方式。

    3、服务器端负载均衡
       当客户端选择特定的IP地址连接到指定的监听器后，监听器需要决定要让客户端连接至哪个实例。监听器会根据第个实例的繁忙程度，让客户端连接到最空闲的实例。
       选择实例后，如果数据库实例被配置成共享服务器模式（Shared Server），则监听器会让最空闲的高度进程（dispatcher）为该客户服务。
       服务器端负载均衡由Oracle自动完成，基本不需要DBA的干预。

    4、失败转移
       （1）分类：连接时失败转移（Connet-time Failover）、透明应用程序失败转发（Transparent Application Failover, TAF）
                 连接时失败转移：当客户端连接数据库里，会尝试连接第一个监听器，失败后再尝试别的监听器
                             注：配置网络服务名时，可以设置FAILOVER=ON，表示开户连接时失败转移
                 透明应用程序失败转发：是运行时发生的失败转移，如节点失败时，该节点上的会话会重新建立连接。