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Oracle RAC 并发与架构

原创 Linux操作系统 作者:roominess 时间:2012-05-08 13:29:35 0 删除 编辑

一. RAC 并发

 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

DLM 中,根据资源数量,活动密集程度,把资源分成两类:Cache FusionNon-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 Cacheshare PoolRow 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。

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 GRD中记录了该资源在所有节点上的使用信息,而Shadow NodeGRD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 3个属性: ModeRole 和 PI(Past Image)

二. RAC 架构

2.1  SGA 的变化

   和传统的单实例相比, RAC InsanceSGA 最显著的变化就是多了一个GRD部分。 Oracle 中的数据操作都是在内存的SGA区完成的,和传统的单实例不同,RAC 是有多个,每个数据块可以在任何一个Instance SGA中都有拷贝,RAC必须知道这些拷贝的分布版本,状态,而GRD就是这些信息的内存区。

 GRD 虽然位于SGA中,但是不像Buffer Cache 或者 Log bufferSGA 组件,有明确的参数来对应,每个节点中都只有部分GRD内容,所有的节点合在一起才构成完整的GRD.

2.2 后台进程的变化

        每个RAC的实例和传统的单实例一样,都有DBWR,LGWR,ARCnCKPT 这些后台进程,除了这些进程外,每个实例还增加了若干RAC特有的进程,要注意的是,这些进程名称和进程提供的服务名称差异很大,比如LMS进程提供的是GCS 服务,很不便与记忆,造成这种现象的原因是进程名称从9i 之前的OPSRAC 前身)延续下来的,但是服务却已经在RAC中重新设计并命名。

2.2.1  LMSn 

这个进程是Cache Fusion的主要进程,负责数据块在实例间的传递,对应的服务叫作GCS(Global Cache Service), 这个进程的名称来源与Lock Manager Service。 从Oracle 9开始,Oracle 对这个服务重新命名成Global Cache SErvice, 但是进程名字确没有调整。 这个进程的数量是通过参数GCS_SERVER_PROCESSES 来控制,缺省值是2个,取值范围为0-9. 

        2.2.2  LMD

这个进程负责的是Global Enqueue ServiceGES),具体来说,这个进程负责在多个实例之间协调对数据块的访问顺序,保证数据的一致性访问。 它和LMSn进程的GCS服务还有GRD共同构成RAC最核心的功能Cache Fusion

2.2.3  LCK

这个进程负责Non-Cache Fusion 资源的同步访问,每个实例有一个LCK 进程

        2.2.4  LMON

各个实例的LMON进程会定期通信,以检查集群中各个节点的健康状态,当某个节点出现故障时,负责集群         重构,GRD恢复等操作,它提供的服务叫作:Cluster Group ServicesCGS)。

LMON 主要借助两种心跳机制来完成健康检查:

1) 节点间的网络心跳(Network Heartbeat): 可以想象陈节点间定时的发送ping包检测节点状态,如果能在规定时间内收到回应,就认为对方状态正常

2) 通过控制文件的磁盘心跳(Controlfile Heartbeat): 每个节点的CKPT进程每隔3秒更新一次控制文件一个数据块,这个数据块叫作Checkpoint Progress Record,控制文件是共享的,所以实例间可以相互检查对方是否及时更新来判断。

2.2.5 DIAG

DIAG 进程监控实例的健康状态,并在实例出现运行错误时手机诊断数据记录到alert.log 文件

2.2.6 GSD

这个进程负责懂客户端工具,比如srvctl 接收用户命令,为用户提供管理接口。

     2.3 文件

Oracle 文件包括二进制执行文件,参数文件(pfilespfile),密码文件,控制文件,数据文件,联机日志,归档日志,备份文件。

2.3.1 spfile

这个参数文件需要被所有节点访问,需要放在共享存储上

 

        2.3.2 Redo Thread

RAC 环境下有多个实例,每个实例都需要有自己的一套Redo log 文件来记录日志。这套Redo Log 就叫作一个Redo Thread,其实单实例下也是Redo Thread,只是Thread 这个词很少被提及,每个实例一套Redo Thread的设计就是为了避免资源竞争造成性能瓶颈。

Redo Thread有两种,一种是Private 的,创建语法: alter database add logfile .. Thread n; 另一种是public,创建语法:alter database add logfile...; RAC 中每个实例都要设置thread 参数,该参数默认值为0. 如果设置了这个参数,则实例启动时,会使用等于该ThreadPrivate Redo Thread。如果没有设置这个参数,则使用缺省值0,启动实例后选择使用Public Redo Thread,并且实例会用独占的方式使用该Redo Thread

RAC 中每个实例都需要一个Redo Thread,每个Redo Log Thread至少需要两个Redo Log Group,每个Log Group 成员大小应该相等,每组最好有2个以上成员,这些成员应放在不同的磁盘上,以避免单点失败。

要注意的是,在RAC 环境下,Redo Log Group是在整个数据库级别进行编号的,比如实例1123三个日志组,那么实例2的日志组就应该从4开始编号,不能在使用123这三个编号。

RAC 环境下,所有实例的联机日志必须放在共享存储上,因为如果某个节点异常关闭,剩下的节点要进行Crash Recovery, 执行Crash Recovery的这个节点必须能够访问到故障节点的连接日志,只有把联机日志放在共享存储上才能满足这个要求。

2.3.3 Archived Log

RAC中的每个实例都会产生自己的归档日志,归档日志只有在执行Media Recovery时才会用到,所以归档日志不必放在共享存储上,每个实例可以在本地存放归档日志。但是如果在单个实例上进行备份归档日志或者进行Media Recovery操作,又要求在这个节点必须能够访问到所有实例的归档日志,在RAC 环境下,配置归档日志可以有多种选择。

1)使用NFS

这种方式实际是归档到共享存储,比如2个节点,每个节点都有2个目录,Arch1Arch2分别对应实例1和实例2的日志。每个实例只配置一个归档位置,归档到本地,然后通过NFS 把对方的目录挂到本地。

2)实例间归档(CIA: Cross Instance Archive

这种方式是上一种方式的变种,也是比较常见的一种配置方法。两个节点都创建2个目录Arch1Arch2 分别对应实例1和实例2产生的归档日志。 每个实例都配置两个归档位置。位置1对应本地归档目录,位置2对应另一个实例。

3)使用ASM

这种方式也是归档到共享存储,只是通过Oracle 提供的ASM,把上面的复杂性隐藏了,但原理都一样。

2.3.4 Undo Tablespace

Redo Log 一样,在RAC 环境下,每个实例都需要有一个单独的回滚表空间,这个是通过参数SID.undo_tablespace 来配置的。

2.4 SCN(System Change Number)

SCN 是Oracle 用来跟踪数据库内部变化发生的先后顺序的机制,可以把它想象成一个高精度的时钟,每个Redo日志条目,Undo Data BlockData Block 都会有SCN 号。 OracleConsistent-Read, Current-Read, Multiversion-Block都是依赖SCN 实现。

RAC中,有GCS 负责全局维护SCN的产生,缺省用的是Lamport SCN生成算法,该算法大致原理是: 在所有节点间的通信内容中都携带SCN, 每个节点把接收到的SCN和本机的SCN对比,如果本机的SCN 小,则调整本机的SCN和接收的一致,如果节点间通信不多,还会主动地定期相互通报。 故即使节点处于Idle 状态,还是会有一些Redo log 产生。 还有一个广播算法(Broadcast),这个算法是在每个Commit操作之后,节点要想其他节点广播SCN,虽然这种方式会对系统造成一定的负载,但是确保每个节点在Commit之后都能立即查看到SCN.

这两种算法各有优缺点,Lamport虽然负载小,但是节点间会有延迟,广播虽然有负载,但是没有延迟。 Oracle 10g RAC 缺省选用的是BroadCast 算法,可以从alert.log 日志中看到相关信息:

Picked broadcast on commit scheme to generate SCNS

RedoLog Checkpoint 和 SCN关系

http://space.itpub.net/?uid-15880878-action-viewspace-itemid-722997

   2.5 Cache Fusion, GCS, GES 关系

Cache Fusion(内存融合)是通过高速的Private Interconnect,在实例间进行数据块传递,它是RAC 最核心的工作机制,它把所有实例的SGA虚拟成一个大的SGA区。每当不同的实例请求相同的数据块时,这个数据块就通过Private Interconnect 在实例间进行传递。

整个Cache Fusion 有两个服务组成:GCS GES。 GCS 负责数据库在实例间的传递,GES 负责锁管理

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