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详解RAC并发逻辑、硬件架构、软件架构拓扑与原理解析

发表于:2018-11-09 作者:波波说运维 来源:今日头条

概述

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;同时可以自动实现并行处理及负载均衡,并能实现数据库在故障时的容错和无断点恢复。它是oracle数据库支持网络计算环境的核心技术。它是oracle数据库支持网络计算环境的核心技术。

一. RAC 并发(DLM-->GRD)

RAC 的本质是一个数据库,运行在多台计算机上的数据库,它的主要任务是数据库就是事务处理,它通过 Distributed Lock Management(DLM:分布式锁管理器) 来解决并发问题。因为RAC的资源是共享的,为了保证数据的一致性,就需要使用DLM来协调实例间对资源的竞争访问。

RAC 的DLM 就叫作 Cache Fusion。

在DLM 中,根据资源数量,活动密集程度,把资源分成两类:Cache Fusion和Non-Cache Fusion。

Cache Fusion Resource指数据块这种资源,包括普通数据库,索引数据库,段头块(Segment Header),undo 数据库。

Non-Cache Fusion Resource是所有的非数据库块资源, 包括数据文件,控制文件,数据字典,Library Cache,share Pool的Row Cache等。Row Cache 中存放的是数据字典,它的目的是在编译过程中减少对磁盘的访问。

在Cache Fusion中,每一个数据块都被映射成一个Cache Fusion资源,Cache Fusion 资源实际就是一个数据结构,资源的名称就是数据块地址(DBA)。每个数据请求动作都是分步完成的。首先把数据块地址X转换成Cache Fusion 资源名称,然后把这个Cache Fusion 资源请求提交给DLM, DLM 进行Global Lock的申请,释放活动,只有进程获得了PCM Lock才能继续下一步,即:实例要获得数据块的使用权。

Cache Fusion要解决的首要问题就是:数据块拷贝在集群节点间的状态分布图, 这是通过GRD 实现的。

GRD(Global Resource Directory)

可以把GRD 看作一个内部数据库,这里记录的是每一个数据块在集群间的分布图,它位于每一个实例的SGA中,但是每个实例SGA中都是部分GRD,所有实例的GRD汇总在一起就是一个完整的GRD。

RAC 会根据每个资源的名称从集群中选择一个节点作为它的Master Node,而其他节点叫作Shadow Node。 Master Node 的GRD中记录了该资源在所有节点上的使用信息,而Shadow Node的GRD中只需要记录资源在该节点上的使用情况,这些信息实际就是PCM Lock信息。PCM Lock 有3个属性: Mode,Role 和 PI(Past Image)。

二. RAC 架构

分享一下RAC硬件架构的拓扑和软件架构拓扑。

RAC硬件架构拓扑

详解RAC并发逻辑、硬件架构、软件架构拓扑与原理解析

RAC软件架构拓扑

三. Oracle RAC的原理

  • 集群环境层面:
  • 并发控制,健忘症,脑裂,IO隔离;
  • 共享存储层面:
  • 存储层,网络层,集群件层,应用层
  • 数据库实例层面:
  • 并发访问和控制

1、集群环境&共享存储层面

-并发控制

Oracle RAC中,使用Distribute Lock Managerment(DLM)机制进行多个节点间并发访问的控制

-健忘症(一个节点更改,其他人不知道)

整个集群只有一份集群配置信息,Oracle RAC使用OCR(oracle 集群注册器) Disk文件解决

-脑裂

在Oracle RAC中Voting Disk用来记录节点间成员的状态,出现脑裂时,通过投票机制,获得最高票数或者最早达到的获得投票的,幸存,其他节点被踢出。

-IO隔离

Oracle RAC采取直接重启故障节点来限制已剔除节点对共享数据的访问

如果某个节点有故障,则踢出后并重启该节点,达到不让其访问数据的目的,实现自愈

-共享存储的共享和并发访问

需要解决存储设备的共享和并发访问问题

2、RAC层面

- 存储层

Cache fusion lock

- 网络层

共4种网络环境:

Public网络-对外提供数据查询服务、数据库维护等

Virtua网络-提供应用连接

Private网络-用于RAC心跳和cache fusion

存储网络-存储设备、HBA卡、光纤交换机等组成

-集群件层

Oracle clusterware:集群管理软件保证多主机之间的协调工作

-应用层

oracle RDBMS层面:由若干CRS Resourcezucheng

oracel RAC提供高可用服务:LMON进程监控应用(CRS Resource),应用异常时对其进行重启、切换等。

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