走进数据库集群技术

讯链路级的冗余具有容错功能
▲ 软件级冗余：由于现代操作系统和数据库引
擎的高度并发性，由竞争条件、死锁、以及时间 相关引发的错误占据了非正常停机服务的绝大多 数原因。采用多个冗余的运行数据库进程能屏蔽 瞬时和永久的软件错误。基于数据库引擎的集群 系统都用多个处理器来实现一个逻辑数据库，它 们只能提供部分软件冗余，因为每一瞬间每个处 理器执行的都是不同的任务。
（传统意义上，硬件越贵，性能越高，但往往事与愿违。想通过追加和升级 硬件设备来改善硬件级的冗余，要进行详细的需求分析和论证 ）
▲ 通讯链路级冗余：冗余的通讯链路可以
屏蔽瞬时和永久的通讯链路级的错误。 ● 基于数据库引擎的集群系统有两种结构： 共享磁盘和独立磁盘。RAC, MSCS 可以认为是共 享磁盘的集群系统。UDB和ASE 是独立磁盘的集 群系统。共享磁盘集群系统的通讯的冗余度最小。
技术前沿：
走近数据库集群技术
Database cluster technology
计科院03级 1班 潘金沙 40312021
集群技术是使用特定的连接方式，将价 格相对较低的硬件设备结合起来，能提供 高性能相当的任务处理能力。 用来保存计算最终结果的数据库是整个 信息系统的重要组成部分，技术也相对成 熟。然而，对于所有数据库而言，除了记 录正确的处理结果之外，也面临着一些挑 战：如何提高处理速度，数据可用性、数 据安全性和数据集可扩性。
系统为了提高磁盘访问速度，建立一个虚拟 的涵盖所有数据“大”数据库，而不用去考虑数 据的实际物理磁盘存放位置。
▲ 分散数据的存放：利用多个物理服务器来存放
数据集的不同部分，使得不同的服务器进行并行计算 成为可能。 系统通过化整为零的策略，将数据表格分散到 多个服务器或者每个服务器分管几个内容不同的表格， 这样做的目的在于通过多服务器间并行运算以提高访 问速度。
四、主流产品

在数据库集群产品方面，其中主要包括基于 数据库引擎的集群技术的Oracle RAC、 Microsoft MSCS、IBM DB2 UDB、Sybase ASE，以及基于数据库网关（中间件）的集 群技术的ICX-UDS等产品。

SQL Server 2005是微软的下一代数据管 理和分析解决方案，给企业级应用数据和分 析程序带来更好的安全性、稳定性和可靠性， 更易于创建、部署和管理。它凭借针对故障 转移群集机制的支持能力，得以增强的多实 例支持能力以及分析服务对象与数据备份及 恢复能力，分析服务的可用性得到了提高。 它提供了诸如表分区、快照隔离、64位支持 等方面的高级可伸缩性功能，使用户能轻松 构建和部署关键应用。表和索引的分区功能 显著增强了对大型数据库的查询性能。
五、性能指标 (集群系统的细节技术指标:8个 )
处理速度
※ 磁盘技术——所有集群系统都能很好地
应用磁盘技术，但是由于DM，FM会对磁盘 系统带来传输速度的负面影响，因此这方面 它们相对欠缺。
※ 数据分割——所有基于数据库引擎的集
群系统都有很好数据分割能力。
※ SMP——所有基于数据库引擎的集群系

ICX 网关和负载均衡器配置示意图
小结

理想的数据库集群应具备的特点 1、提高速度——只通过简单地增加数据库服务 器就能相对提高数据库处理速度。 2、数据同步——在任何时刻需要有多个随时可 用的实时同步数据服务。最好有多个异地的同步数 据服务。 3、安全保证——除了密码保护之外，我们最好 能控制企业内部对数据库的非法访问。 4、 可扩展性——应保证我们能任意增大数据集 而没有对可用性产生负面影响。
＊ 同步主动复制数据集：要求所有并发事务处
理在所有数据库服务器上同时完成。直接好处就 是解决了队列管理问题，同时通过负载均衡实现 更高性能和可用性。RAC, UDB, MSCS 和 ASE是 用完全串行化并结合两阶段提交协议来实现的， 设计目标就是为了获得一份可用于快速灾难恢复 的数据集。
主动更新数据集是目前比较先进的数据冗余 方法。专业人员还可以进行更底层的技术细节比 较。底层技术的差异直接影响着一些重要指标。
改善软件设计来提高冗余性能和屏蔽软件级错误是每 个技术开发商的梦想。传统的集群系统只能提供部分软 件冗余。
▲ 数据冗余：
1） 被动更新数据集：所有目前的数据复制 技术(同步或异步)，例如磁盘镜像、数据库文件复 制以及数据库厂商自带的数据库备份工具都只能产 生被动复制数据集。它一般只用于灾难恢复。
大多数应用都是采用被动更新数据集的方法。 这种方法容灾能力差，资源占用多，已面临淘汰和 革新。

2、可用性 （4种方法）
▲ 硬件级冗余：让多处理机同时执行同样的任
务用以屏蔽瞬时和永久的硬件错误。有两种实现方 法：构造特殊的冗余处理机和使用多个独立的数据 库服务器。 ●基于数据库的集群系统都是用多个独立的数据 库服务器来实现一个逻辑数据库，在任意瞬间，每 台处理器运行的都是不同的任务。这种系统可以屏 蔽单个或多个服务器的损坏，但是因为没有处理的 冗余度，每次恢复的时间比较长。
对于统计报表和数据挖掘类应用，可以通 过复制和只读去获得更快的处理速度。还能 指定更多的只读来负载均衡。ICX 网关的容 错可以通过备份网关来达到。加载一个非同 步的数据库可以造出不影响主服务机群的近 于实时的数据源。 ICX的最大优点是在数据库集群技术面临 的挑战上有了新的探索，此项基于中间件的 数据库集群技术为获得具有高可扩性的高性 能数据库提供了一条切实可行的途径，同时 能灵活地适应未来的技术变化。
应用透明度
因为在错误回复和分区方面对应用程序 不透明以及它们对应用程序都有些特殊的要 求，基于数据库引擎的RAC、MSCS、UDB、 ASE和ICX在这方面都有待提高的地方。而 DM、FM和RAID它们对应用程序可以说是完 全透明的。
六、实例

ICX-UDS ——ICX-UDS不受基于数据库引擎 的集群技术限制，可以支持不同的数据库。 它类似通常的代理服务器。把ICX放置在 关键的网络路径上，监听数据库系统流量。 ICX网关将自动过滤出无状态的查询访问， 并将负载均衡到所有服务器上。在这里，网 关就象一个在线“编译器”，它将所有对数 据库的更新操作发送到所有数据库上执行， 而将无状态的查询操作只发送到其中某一数 据库服务器上。


可靠性——是指系统牢固程度。
二、数据库集群技术的两类体系

1、基于数据库引擎的集群技术 （共享磁盘或非共享磁盘）

2、基于数据库网关（中间件）的集群技术（不共享
磁盘）
三、数据库集群的关键技术

1、提高处理速度（4种方法）
▲ 提高磁盘速度：主要思想是提高磁盘的
并发度。尽管实现方法各不相同，但是它们最后 的目的都是提供一个逻辑数据库的存储映象。
统的SMP性能指标都比较接近。
※ 负载均衡——一般的数据库引擎的集群
系统由于使用了备份的数据集，因此只能支 持有限的负载均衡。这一指标不同产品之间 有差异。
数据可用性
※ 处理器和软件冗余——只有部分集群
系统支持该功能。
※ 通讯链路冗余——一般来说，共享磁
盘的集群系统通讯链路冗余指标较低，独立 磁盘的集群系统指标较高。
▲ 对称多处理器系统： 利用多处理机硬件技术
来提高数据库的处理速度。 所有基于数据库引擎的集群都支持这个技术。将 多CPU处理器进行合理调度，来同时处理不同的访 问要求，但这种技术在数据库上的应用的实际收益是 很有限的。
▲ 交易处理负载均衡：在保持数据集内容
同步的前提下，将只读操作分布到多个独立的服务 器上运行。因为绝大多数的数据库操作是浏览和查 询，如果我们能拥有多个内容同步的数据库服务器， 交易负载均衡就具有最大的潜力（可以远远大于上 面叙述的最多达四个处理器的对称多处理器系统） 来提高数据库的处理速度，同时会具有非常高的数 据可用性。 负载平衡算是一项“老”技术了。但将性能提 高到最大也是集群设计所追求的终极目标。传统意 义上，利用备份数据进行交易负载均衡只适用于一 些非常有限的应用。
3、提高安全和数据集可扩性的技术
在提高数据库安全性和数据集可扩性这两 方面，可以创新的空间是很小的。数据库最常 见的安全办法是口令保护，要么是分布式的， 要么是集中式的。在数据库前面增加防火墙会 增加额外的延迟，因此，尽管许多安全侵犯事 件是来自于公司内部，但是数据库防火墙还是 很少被采用。如果数据库集群技术是基于中间 件技术实现的，就有可能在不增加额外延迟的 情况下，在数据经过的路径上实现防火墙功能。 数据库数据集的可扩性只能通过将数据分布到 多个独立的物理服务器上来实现。
数据冗余：
※ 主动异步复制——除了磁盘和文件镜
像外，其他集群系统支持该功能。 ※ 主动同步复制——所有集群系统支持 该功能，细节指标略有不同。 ※ 被动异步复制——所有集群系统该性 能指标都比较接近。 ※ 被动同步更新——所有集群系统该性 能指标都比较接近。
通过广域网的复制技术：
※的口令保护基本上保证 了数据的安全。
※ 数据库防火墙——大多数数据库集群
系统得数据库防火墙很少被采用，而ICX则 采用在数据经过的路径上实现防火墙功能。
数据集的可扩性
※ 数据分区——所有基于数据库引擎的
集群系统都具备数据分区以保证数据集的可 扩展。
※ 数据分区的可用性——所有集群系统该
※ 远程被动同步复制——DM和FM支持这
种类型的复制，因为这种复制方式只在距离 很近的时候才能使用（使用双模光纤，半径 五英里）。同样地，因为DM和FM对集群是 透明的, 所有的集群系统都可以利用它们提供 的功能, 如果部署的话，所有的集群系统都是 类似的。
安全性
※ 口令——这是所有集群系统的基本性

集群——是一组通过协同工作方式运行同一套应用程序并
针对客户端及应用程序提供单一系统映像的独立计算机。 集群技术的目标在于通过多层网络结构进一步提高伸缩能 力、可用性与可靠性。