Oracle RAC
Oracle Real Application Cluster （RAC，實時應用集群）用來在集群環境下實現多機共享數據庫，以保證應用的高可用性；同時可以自動實現並行處理及負載均衡，並能實現數據庫在故障時的容錯和無斷點恢復。它是oracle數據庫支持網絡計算環境的核心技術。它是oracle數據庫支持網絡計算環境的核心技術。
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="539" height="224">
共享緩存技術 減少io負擔
多主機共享一個數據庫，每個節點宕掉后，通過vip到下一個節點
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="484">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="507">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="450">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="433">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="496">
Oracle RAC的原理
集群環境層面：
並發控制，健忘症，腦裂，IO隔離；
共享存儲層面：
存儲層，網絡層，集群件層，應用層
數據庫實例層面：
並發訪問和控制
1、集群環境&共享存儲層面
並發控制
Oracle RAC中，使用Distribute Lock Managerment（DLM）機制進行多個節點間並發訪問的控制
健忘症（一個節點更改，其他人不知道）
整個集群只有一份集群配置信息，Oracle RAC使用OCR（oracle 集群注冊器） Disk文件解決
腦裂
在Oracle RAC中Voting Disk用來記錄節點間成員的狀態，出現腦裂時，通過投票機制，獲得最高票數或者最早達到的獲得投票的，幸存，其他節點被踢出。
IO隔離
Oracle RAC采取直接重啟故障節點來限制已剔除節點對共享數據的訪問
如果某個節點有故障，則踢出后並重啟該節點，達到不讓其訪問數據的目的，實現自愈
共享存儲的共享和並發訪問
需要解決存儲設備的共享和並發訪問問題
2、RAC層面
- 存儲層
Cache fusion lock
- 網絡層
共4種網絡環境：
Public網絡-對外提供數據查詢服務、數據庫維護等
Virtua網絡-提供應用連接
Private網絡-用於RAC心跳和cache fusion
存儲網絡-存儲設備、HBA卡、光纖交換機等組成
集群件層
Oracle clusterware：集群管理軟件保證多主機之間的協調工作
應用層
oracle RDBMS層面：由若干CRS Resourcezucheng
oracel RAC提供高可用服務：LMON進程監控應用（CRS Resource），應用異常時對其進行重啟、切換等；
Oracle RAC 的關鍵技術
Oracle RAC的關鍵技術有：
- OCR Disk
- votiong
- vip
- DLM
- cache Fushion
- Failover
- loadbalance
- ASM
OCR Disk
OCR Disk主要用來解決集群的“健忘”問題
在linux系統中信息如下：
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="530" height="120">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="408" height="89">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="258">
不是每個節點都可以操作OCR Disk，每個節點上都有一份其內容的拷貝，在一塊叫OCR cache的內存中。
OCR master node：
可以更改OCR Disk的節點
負責更新本地和其他節點的OCR cache內容
OCR Disk每四個小時自動備份一次
Voting Disk
voting Disk用來解決“腦裂”問題，仲裁哪個節點或者partition獲得集群的控制權。
所以做RAC 至少兩塊盤
在linux系統中信息如下：
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="453" height="118">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="139">
VIP
Oracle RAC引入VIP，解決TCP/IP協議棧超時問題
VIP和IP的不同是：VIP是浮動的，IP是固定到物理網卡上的。
節點出現故障，VIP會漂移，保證業務連續性
VIP故障，應用程序感知快，捕獲錯誤的時間大大縮短。
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="440" height="172">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="272">
VIP 會在安裝clusterware的最后階段由vipca腳本創建，並作為CRS Resource注冊到OCR中，會綁定到每個節點的Public網卡上。
DLM
DLM（Distributed lock）分布式鎖管理器，負責協調節點間資源的競爭，保證並發的有效性，保護共享數據的安全性。
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理">
cache Fusion
提供傳輸的擴展性，在實例間傳輸block的image，跟蹤資源的當前位置和狀態，每個實例的sga的目錄結構中保存現有傳輸資源信息。
Cache fusion模型：
Global Resource Directory由Global Cache Service來管理記錄資源的模式、資源的角色、block在實例中的狀態、在各個活動的節點發布資源的master、在必要的時候重新發布master（確如實例的啟動和關閉）
Global Cache Service(GCS):
三種資源模式：null（默認的），share（查詢），exclusive（x）可以block的內容，其他的實例就是null mode）
兩種資源角色
local：第一次請求資源的初始模式：只有一個實例可以有這個block的dirly copy global：當一個block在多個實例中變dirty時，local 就變成了global block，只能由global cacheservice寫到磁盤中
Cache fusion block的傳輸：
例如：有ABCD四個節點，Global Cache Service：GCS
1.Read with no transfer
如果C節點需要向共享磁盤文件上讀一個Block，那么它向GCS發送請求，這個時候請求被定向到D，D是這個Block的master（每個資源都有master）。GCS把資源授權為share mode和local Role，在目錄中記錄下了他的狀態（目錄在節點D），然后通知C，C把這個資源從Null改成share。C開始I/O，現在C有了這個Block以share模式從磁盤文件讀取權限。
- Read to write transfer
B也要這個Block，並且不僅是讀，而且還要改變它的內容。B向D（這個Blocak的master）的GCS發出請求，GCS向C發出請求，要求C把這個Block給B，B收到后，告訴GCS，現在B可以修改這個Block了。
3. Wirte to write transfer
A向D節點的GCS發出請求，GCS告訴B節點放棄他的Exclusive鎖，並且把當前的image傳到A，如果這個請求沒有完成，就會放到GCS的隊列里，B把這個block傳到A，這個時候，要寫log，強制log flush，把模式變成null。發送到A，並且告訴它這個exclusive的資源可以用了。A收到了這個Block的image，會通知GCS並且告訴它block的status是exclusive。這個時候，B不能對這個block做操作，雖然他的buffer cache中，它還有這個block的copy
4.write to read transfer
C要讀這個BLOCAK，先向D（master）發出請求，GCS要求A把它傳輸到C，A接受到請求完成它的工作，這可能會A寫LOG和log flush。在發送這個block之前，A會把它的exclusive鎖降低到share模式。C把從A收到的BLOCK的SCN取出來，建設成一個資源Assumption信息為GCS更新global resource directory。
Failover
Failover 是oracle RAC高可用性的基礎，它指集群中任何一個節點的故障都不會影響用戶的使用，連接到故障節點的用戶會被自動轉移到健康節點，用戶感知不到節點故障。
Failover方式：
1.Client-side Connect time failover
2.TAF
3.Server-side TAF
1.client-side connect time failover
含義：如果用戶端tnsnames中配置了多個地址，用戶發起連接請求時，會先嘗試連接地址表中的第一個地址，如果這個連接嘗試失敗，則繼續嘗試使用第二個地址，直至連接成功或者遍歷了所有的地址。
特點：只在建立連接那一時刻起作用。連接建立之后，節點出現故障都不會做處理。會話斷開、用戶程序必須重新建立連接。
啟用方法：在客戶端的tnsnames.ora中failover=on條目，這個參數默認就是on。tnsnames.ora配置實例如下：
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="112">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="522" height="404">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="529" height="500">
Loadbalance
Loadbalance就是把負載平均的分配到集群的各個節點，從而提高整體的吞吐能。
分散負載的方法：
1.通過connection balance，按照某種算法把用戶分配到不同的節點。也可認為是純技術的分散均衡
2.通過service 在應用層上進行分散，也可認為是面向業務的分散負載。（需要基於軟件開發）
Conection Bablancing
在用戶請求建立連接時，根據每個節點的負載決定把連接分配給哪個實例。連接建立后，會話的所有操作就都在這個實例上完成，而不會分派給其他節點了
1.1 客戶端均衡（Client-side LB）
Oracle 8使用的方法，配置方法是在客戶端的insnames。ora文件中加入：LOAD_BALANCE=YES條目。當客戶端發起連接時，會從地址列表中隨機的選取一個，再使用隨機算法把連接請求分配到各個實例。
缺點：由於隨機未考慮節點實際負載，可能出現負載不均衡情況。若在短時間內同時發起多個連接，有可能被分配到同一個節點（更壞：故障節點）
Connection Balancing
在用戶請求建立連接時，根據每個節點的負載決定把連接分配給哪個實例。連接建立后，會話的所有操作就都在這個實例上完成，而不會分派給其他節點了。
1.2 服務器端均衡（server-side LB）
有了PMON的自動注冊機制后，集群的每個節點的listener都掌握所有節點的負載情況，當收到客戶端連接請求時，就會把連接轉給負載最小的節點，這個節點有可能是自己也有可能是其他節點，
listener的節點選擇方法根據用戶所請求的連接方式會有所不同：
1）如果用戶請求的Delicate專有連接，listener首先選擇負載最小的節點，如果多個節點負載相同，則從節點選擇負載最小的實例。
2) 如果用戶請求的是share server共享功能連接，除了做節點負載比較和實例負載比較之外，還要在所選擇實例上，選擇負載最小的dispatcher進行轉發。
利用Service分散負載
通過把應用按照功能模擬進行划分分成service，進而把每個service固定在某個RAC節點上，從而從根本上提升系統的性能。這種分散負載的方法不是僅靠DBA進行配置就能完成的，需要DBA和開發人員合作，在了解業務數據特點之后才可能看到效果。
ASM
ASM：Automatic Storage Managerment，一種面向Oracle的存儲解決方案與RDBMS相似，由實例和文件組成，可通過sqlplus工具來維護。
ASM實例的創建和刪除也可以用ASMCA這個命令來操作。ASM實例需要CSS進程。
ASM實例
由SGA和后台進程組成。
1.1 SGA組成
ASM實例的SGA包括Buffer cache share pool，Large Pool等。需要注意的是share pool，因為extent map要放在這部分的內從中，需要根據數據量來估計extent map的大小做相應的調整。
SQL>show sga
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="625" height="277">
ASM
1.2 后台進程
ASM實例比RDBMS實例多2個進程：RBAL和ABRn。
RBAL：Rebalancer進程，負責規划ASM磁盤組的rebanlance活動。
ABRn：是RBAL進程的子進程，可以有多個，n可取1-9，這組進程負責真正完成rebanlance活動。（可用ps-ef|grep asm 查看ASM相關的進程）
使用ASM作為存儲的RDBMS實例也會多出2個進程：RBAL和ASMB
RBAL：打開每個磁盤的所有磁盤和數據的rebalance。
ASMB：作為ASM實例和數據庫實例之間的信息通道。負責與ASM實例的通信，它先利用Diskgroup Name從CSS獲得管理該Diskgroup的ASM實例的連接串，再建立到ASM的持久連接，兩個實例之間通過這條連接定期交換信息，同時也是一種心跳機制。
RDBMS實例想要使用ASM作為存儲，RDBMS實例必須在啟動時從ASM實例獲得extent map，以后發生磁盤組的維護操作，ASM實例還要把Extent MAP的更新信息通知給RDBMS實例，這個2個實例間的信息交換就是通過ASMB進程完成的。這也就是為什么：ASM實例必須要先於數據庫實例啟動，和數據庫實例同步運行，遲於數據庫實例關閉。
ASM配置
ASM可以使用裸設備或者ASMLib方式。
ASM磁盤組
直接管理磁盤，而不是文件
一組磁盤作為一個邏輯單元
原有的磁盤空間被划分為統一的管理單元
ASM把文件均勻的分布在所有的磁盤上
磁盤組中的磁盤可以不斷添加和應用類型分組
自動的存儲管理
內置的高性能集群文件和卷管理（專門針對Oracle數據文件）
有效的分散數據到所有的存儲設備上，實現負載均衡，達到最優性能和資源利用
集成的Mirroring和Strip功能，實現高可靠性和高性能
簡化存儲管理的復雜性
移除對第三方磁盤管理和文件系統的需要
Stripe：
動態、聯機的重組存儲資源
磁盤發生變化時，自動的重新平衡數據分布
在存儲設置過程中，消滅了手工I/O調優的需要
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="670" height="82">
Oracle RAC的優缺點
Oracle RAC是一種高可用集群架構，與其他架構相比：
1、資源使用
雙機熱備：平時有一台服務器閑置
雙機互備：每台服務器都要預留一部分資源，接管備用
ORACLE RAC：每台服務器資源可以充分利用
2、維護管理
雙機熱備：集群層面維護相對簡單，數據庫維護相同
雙機互備：集群層面維護相對簡單，數據庫維護相同
Oracle RAC：集群層面維護相對復雜，數據庫維護相同
3、接管時間
雙機熱備：基於操作系統層面，數據庫需要重啟，接管時間相對較長
雙機互備：基於操作系統層面，數據庫需要重啟，接管時間相對較長
Oracle RAC：基於數據庫層面，數據庫不需要重啟，接管時間相對較短
4、性能狀況
雙機熱備：數據庫相當於單點，數據庫性能好
雙機互備：資源需要預留，數據性能相對單點差
Oracle RAC：並發查詢性能好，針對不同業務和配置，事務處理能力不一致，性能表現不一致
Oracle RAC架構的延伸
Oracle RAC架構的延伸主要在以下幾方面：
Oracle RAC和RMAN（基於數據庫還原、備份的工具）：兩者結合，可更高地保障數據庫數據的安全性
Oracle RAC和Data Guard（基於日志復制技術的數據同步軟件）：兩者結合，解決共享存儲出現故障的問題
Oracle RAC和Streams：兩者結合，構成分布式系統，解決Oracle RAC系統負載過高的問題
Oracle RAC和Golden Gate
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="467">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="488">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="433">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="462">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="382">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="415">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="512">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="540">
rac架構和原理" title="Oracle rac架構和原理" width="690" height="634">