基于Oracle RAC實現油田地質信息系統高可用性

石晉

[摘 要] 隨著遼河油田地質信息系統在勘探開發研究中應用的不斷深入，高瀏覽量和訪問量對系統的后臺數據庫提出了較高的要求。文章在Oracle RAC技術基礎上，實施構建了油田地質信息高可用性數據庫系統，并通過內存管理及負載均衡提升系統運行效率。

[關鍵詞] Oracle RAC；高可用性；油田地質；內存管理；負載均衡

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 07. 082

[中圖分類號] P628 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2016）07- 0179- 04

0 引 言

遼河油田地質信息系統自2006年運行以來，作為面向全油田提供服務的數據處理門戶網站，依托瀏覽查詢、數據加載、數據審核等業務系統、歷史資料庫與臨時管理庫等眾多資源收集所需信息，通過一體化的底層數據模型以及多種編程技術的應用，形成涵蓋井位坐標、井屬性、井斜、有效厚度、分層、解釋表、測井、錄井、試油等13類油田生產數據、能夠實現數據、表格、報表、圖件一體化應用的綜合信息系統。油田地質信息系統的特點是覆蓋面廣，數據量大，信息種類多，高瀏覽量和訪問量對數據庫系統有較高的要求，要求能實現大量用戶并發訪問的同時保障其24×7的可用性、可靠性、故障快速恢復。保證數據庫的高可用性，直接影響遼河油田勘探開發研究水平。

1 ORACLE RAC技術

Oracle RAC（RAC：Real Application Cluster），即Oracle實時應用集群，是Oracle 數據庫的一種高可用解決方案，以網格計算思想而產生的[1]。在RAC環境中，Oracle運行于兩個或多個計算機節點上，各節點部署集群組件、數據庫監聽、數據實例、數據庫服務等，而數據文件則部署在獨立存儲中，被各節點共享使用[2]。節點中的數據庫實例通過高速緩存合并機制（Cache Fushion）進行數據同步。

Oracle數據庫集群具有負載均衡（Load Balance）和透明應用故障切換（Failover）兩大特征。負載均衡是把數據訪問請求分配到集群中的各節點中，從而提高數據庫系統的整體吞吐能力；透明應用故障切換提供24×7提供不間斷的數據訪問，當一個節點出現故障時，連接在該節點上的終端用戶會被自動重新連接到其余正常的數據庫節點上，無需手工連接，該切換對客戶端的數據訪問是透明的[3-4]。

應用服務的運行離不開數據，共享數據的集中存儲和數據量的不斷增長，必然要求數據庫必須具備較高的運行性能和穩定性。在傳統的單機環境中，通常是將數據庫配置在一臺服務器上，存在著潛在的不穩定威脅，主要表現在數據丟失的危險性，負載不能動態平衡，無法實現故障時的容錯和無斷點恢復等。而采用Oracle RAC集群技術，動態的進行負載均衡，可提高訪問數據庫的效率，提高數據中心的可靠性和抗災難性，為信息系統提供一個高效、可靠的數據平臺。

2 實施方案

2.1 環境規劃

（1）數據庫服務器。采用4臺Oracle SPARCT4-4服務器：4×SPARC T4 八核 3.0G Hz 處理器、512 G內存、4×600 GB 10 K rpm SAS 磁盤，擁有出色的單線程和多線程吞吐性能，提供適合于大型數據庫以及地質繪圖的綜合應用服務。

（2）軟件平臺。操作系統采用Solaris 10，數據庫軟件采用Oracle 11g及Oracle 11g RAC相關組件。

（3）存儲服務器。使用2臺HDS VSP存儲陣列，具有強大的可橫向、縱向及深度的擴展功能，為共享存儲虛擬化的多個應用提供安全的多用戶環境。Oracle RAC集群是完全共享式的體系架構，因此存儲機制采用ORACLE自帶的自動存儲管理（ASM），兼顧磁盤間大量的IO快速讀寫及聯機磁盤的動態平衡。每臺HDS均劃分出25個250 G的LDEV，組成ASM的+DATA卷組，用于存放數據庫數據；3個1 GB的LDEV，組成asm的+OCRVT卷組，用于存放控制文件、參數文件、聯機日志文件等；其中一臺HDS劃分出15個250 GB的LDEV，組成ASM的+ARCH卷組，用于存放Oracle數據庫的自動歸檔文件；這些卷組均作為共享磁盤，分配給4臺數據庫服務器。

（4）網絡。采用2臺Brocade 5100交換機，搭建SAN存儲網絡，避免單點故障，保障SAN環境的安全可靠性；采用2臺Infiniband交換機實現私有網絡，保障私有網絡的可靠性與失敗切換。

2.2 部署實施

2.2.1 架構設計

考慮到地質信息系統對底層數據庫性能的要求以及對高峰負載的處理，選擇采用4臺Oracle RAC架構為用戶提供數據查詢與保存服務，作為數據庫服務器，每臺主機配備2塊網卡：一塊網卡用于公共網絡上的客戶程序通信，另一塊用于集群通信。同時為了保證數據庫運行的安全性、穩定性與可靠性，在此架構設計過程中，全面考慮了服務器、網絡、存儲的冗余，最終實現了高可用數據庫集群系統。系統的架構如圖1所示。

與以往雙機熱備環境不同的是，集群系統的4個節點可以同時為用戶提供服務，解決了同時只能1臺數據庫服務器為用戶提供服務的問題；4個節點服務器通過2臺控制交換機與“心跳線”相互監測對方的運行狀態，包括操作系統的運行、網絡通信和應用運行情況等，一旦發現1臺主機的運行出現問題，故障機上的應用就會立即停止，其上的應用及資源就會被轉移至另外3臺數據庫節點中的一臺，解決了高可用問題。考慮到RAC的緩存融合需要，采用Infiniband交換機作為節點間的互連通信設備，這4臺數據庫服務器向用戶提供的數據是完全相同的，不會因為用戶連接到不同節點而出現數據不一致的情況，同時也避免因為某節點故障而導致存活節點上用于互連的網卡被禁用。

在網絡設計上采用全冗余架構，數據庫內網采用雙線連接到2臺內網核心交換機。當網絡中一條鏈路出現故障時，服務器的流量會自動切換到另外一條網絡鏈路，保證用戶的正常使用。集群存儲采用FC-SAN的架構，使用作為主存儲，每臺數據庫服務器都是用兩塊HBA卡和FC數據交換機相連，FC交換機和HDS存儲相連。這些FC鏈路都是采用雙線連接，當一條鏈路出現故障時，系統仍然能夠正常穩定運行。

2.2.2 具體實施

根據以上部署方案，簡要介紹一下4節點集群系統的安裝及配置過程。

（1）按照系統架構圖搭建系統硬件平臺，安裝Solaris 10操作系統，連接光纖存儲；

（2）組裝存儲設備，創建數據體系共享邏輯卷組，向其中添加設備；

（3）進行安裝前環境檢查，配置系統參數、環境變量及oracle用戶環境；

（4）安裝集群系統Grid軟件、Oracle 11g軟件， 創建ASM磁盤組；

（5）創建數據庫，手動開啟歸檔并對數據庫參數進行設置。

2.3 內存管理

集群系統是由4節點組成，每節點實例都有自己的內存區域，分為系統全局區SGA（System Global Area）和程序全局區PGA（Program Global Area）。SGA是每個數據庫主要的緩存區域，PGA由進程在本地分配用于保護與用戶進程相關的內存段。在11g中，oracle內存管理引入了自動內存管理AMM（AutomaitcMemory Managerment），通過修改參數MEMORY_TARGET及MEMORY_MAX_TARGET實現，將SGA和PGA都納入了自動管理的范疇。設置并啟動AMM后，Oracle將自行決定SGA和PGA的分配和使用，可極大的簡化DBA對于內存的調整和管理工作。

# su - oracle

■ sqlplus /nolog

SQL> conn / as sysdba

SQL> alter system set memory_target=4096m scope=spfilesid='*'

SQL> alter system set memory_max_target=4096m scope=spfilesid='*'

MEMORY_TARGET參數指定的是在自動管理時可以使用的共享內存大小，不能超過MEMORY_MAX_TARGET參數設置的大小。如果沒有設置，默認等于MEMORY_TARGET的值，通過指明scope=spfile這個條件來實現數據庫在下次啟動后讓改變生效的目的。

2.4 負載均衡

在Oracle RAC體系中，負載均衡（Load Balance）是指對用戶連接進行管理，使他們從事的工作平均分布在Oracle RAC節點或集群數據庫實例之間[5]。共有兩種類型的連接負載均衡，客戶端負載均衡和服務器端負載均衡。客戶端負載均衡是在客戶端連接定義文件tnsnames.ora中通過設置參數LOAD_BALANCE=ON來實現，默認為ON，因此除非是希望關閉，否則不需要這一引用。

服務器端負載均衡主要由服務器監聽器（Listener）來實現。當收到新的連接請求時，監聽器將判斷每個數據庫實例（Instance）的工作負載，并選擇一個最輕負載的實例進行連接；數據庫進程pmon會將每個實例的工作負載情況通知監聽器，以便監聽器能夠掌握各數據庫實例的負載情況。只有在數據庫實例初始化參數LOCAL_LISTENER和REMOTE_LISTENER中指定的監聽器才能夠接受這些負載數據，可采用命令SQL>show parameter listener進行查看。從Oracle 11g開始，Oracle自動為LOCAL_LISTENER數據庫參數設定值，因此不需要手動設置這個參數。對于REMOTE_LISTENER，必須保證這一參數的值為rac-scan：1521，如果不正確，可以嘗試利用以下命令修改：

SQL> alter system set remote_listener= 'rac-scan：1521' scope=bothsid='*'；

這一命令要在每個節點上單獨執行，注意區分HOST的名字及sid的值；

通過上述配置，可以實現4個節點間負載的動態均衡，保證負載在集群的各個節點中均衡分發，使用戶的作業能夠以最快的速度被數據庫服務器處理。

3 實施效果

應用本文部署的Oracle 11g RAC集群系統后，我們對訪問地質信息系統的客戶端數量與服務器響應時間進行了統計，結果見圖2。如圖2所示，集群系統下，地質信息系統的響應時間明顯短于傳統的單機系統，而且，隨訪問系統的客戶端數量遞增，這種差距便越發顯著。這是由于在傳統的單機模式下，所有的作業在服務器端按串行方式逐個執行，客戶端等待時間長，服務器負載高；而集群模式下所有的作業會按照各個節點負載的多少均衡分發并行執行，因此客戶端延遲小，能夠做到負載均衡。本文中所應用的4節點Oracle 11g RAC系統能夠在最大的程度上發揮這種優勢。

此外，集群系統的處理速度比照傳統的單機系統也有顯著的提升。如圖3所示，當利用地質信息系統進行指定層位的井位分布圖繪制時，隨著井數的增加，集群系統所需的處理時間增長趨勢遠低于傳統單機系統。當客戶端需要繪制一張2000口井的井位分布圖，傳統系統模式需要70秒，集群模式下則只需19秒，節省約2/3的時間。

4 結 語

應用本文部署的Oracle 11g RAC集群系統，充分利用了服務器資源，能夠顯著降低服務器訪問負載，使地質信息系統的運行效率得到大幅度提升。目前，該架構實施1年以來，已穩定運行與本數據中心，良好的實現了24×7小時無間斷服務，能夠做到負載科學協調、自動分配、數據處理方式按照并行完成，實現很高的資源利用率等諸多優點。為精確的地質圖件繪制與地震解釋等地質研究提供良好的數據服務，同時為各項地質業務應用提供了一個高效、可靠的數據平臺。

主要參考文獻

[1]閆黎.基于Oracle RAC的數據庫架構分析與企業應用[J].計算機系統應用，2013，22（11）：200-203.

[2]劉憲軍.Oracle Rac 11g實戰指南[M].北京：機械工業出版社，2011.

[3]柳培林.集群技術在采油廠數據中心的應用研究[J].中國管理信息化，2012，15（2）：60-61.