详解RAC并发逻辑、硬件架构、软件架构拓扑与原理解析

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

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。