Oracle 第21章：实时应用集群（RAC）

Oracle Real Application Clusters (RAC) 是一种允许多个实例同时访问同一数据库的技术，从而提供高可用性和可扩展性。在RAC环境中，每个节点都运行一个Oracle实例，这些实例通过共享磁盘系统连接到相同的物理数据库。这种配置使得即使某个节点发生故障，其他节点也可以继续处理请求，确保系统的连续运行。

RAC 架构介绍

基本组件

1. 实例 - 每个RAC节点上运行的Oracle实例。
2. 共享磁盘 - 所有RAC节点共享的存储，用于存放数据文件、控制文件、重做日志等。
3. Clusterware - 负责管理和协调集群中的各个节点，确保节点间的通信以及故障检测和恢复。
4. OCR (Oracle Cluster Registry) - 存储关于集群配置的信息，包括网络配置、节点成员信息等。
5. Voting Disk - 用于确定哪些节点是集群的一部分，帮助解决“脑裂”(split-brain)情况。

工作原理

• 当用户请求到达时，它会被分配给一个活动的节点。
• 如果当前节点发生故障，请求将自动重新路由到另一个健康的节点。
• 数据的一致性通过多版本并发控制(MVCC)和全局缓存服务(GCS)来保证，确保所有节点看到的数据视图是一致的。

配置与管理RAC环境

安装与配置

1. 安装Oracle Clusterware

   • 在所有计划成为RAC节点的服务器上安装Oracle Clusterware。
   • 使用cluvfy工具验证硬件和软件要求是否满足。

2. 创建ASM实例

   • 使用Oracle Automatic Storage Management (ASM) 创建并管理共享磁盘。

3. 安装Oracle数据库软件

   • 在所有节点上安装相同版本的Oracle数据库软件。

4. 配置数据库实例

   • 使用dbca (Database Configuration Assistant) 创建RAC数据库，并配置多个实例。

5. 配置监听器

   • 设置监听器以接受来自客户端的连接，并将它们分发到适当的实例。

管理任务

• 监控性能 - 使用Oracle Enterprise Manager或SQL*Plus执行常规性能监控。
• 备份与恢复 - 利用RMAN (Recovery Manager) 对RAC数据库进行备份和恢复操作。
• 维护作业 - 如添加或删除节点、升级软件等。

案例分析

假设我们有一个电子商务网站，需要支持大量并发访问且不能有长时间的停机。我们决定使用Oracle RAC来提高系统的可用性和性能。

1. 需求分析 - 确定业务高峰期的预期负载，评估所需的硬件资源。
2. 环境搭建 - 选择合适的服务器和存储解决方案，安装Oracle Clusterware和数据库软件。
3. 性能优化 - 根据实际测试结果调整参数设置，比如增加缓存大小、优化查询等。
4. 灾难恢复计划 - 设计详细的灾难恢复方案，定期演练确保其有效性。

代码示例

下面是一个简单的脚本示例，用于检查RAC环境的状态：

-- 查询当前RAC环境中的实例状态
SELECT inst_id, instance_name, status FROM gv$instance;

-- 显示每个实例上的会话数
SELECT inst_id, COUNT(*) FROM gv$session GROUP BY inst_id;

-- 检查ASM磁盘组的状态
SELECT name, state, total_mb, free_mb FROM v$asm_diskgroup;

以上就是对Oracle RAC的基本介绍、配置与管理方法，以及一个简化的案例分析。希望这能为你理解RAC提供一些帮助。如果有更具体的问题或需要进一步的帮助，请随时提问。

接下来我们将深入探讨RAC的具体配置步骤和一些高级管理技巧，包括如何添加新节点、执行在线维护、以及一些常见的故障排除方法。

高级配置与管理

添加新节点

1. 准备新节点

   • 安装操作系统和必要的软件包。
   • 配置网络和主机名解析。
   • 确保新节点与现有节点之间的网络通信正常。

2. 安装Oracle Clusterware

   • 在新节点上安装Oracle Clusterware。
   • 使用cluvfy工具验证新节点的配置。

3. 加入集群

   • 使用ocrconfig工具将新节点添加到OCR中。
   • 使用crsctl命令将新节点加入集群。

4. 安装Oracle数据库软件

   • 在新节点上安装与现有节点相同版本的Oracle数据库软件。

5. 配置数据库实例

   • 使用srvctl命令在新节点上创建新的数据库实例。

   srvctl add instance -d <dbname> -i <instance_name> -n <node_name>
   

6. 启动新实例

   srvctl start instance -d <dbname> -i <instance_name>
   

执行在线维护

1. 在线添加表空间

   • 在任何节点上执行以下SQL命令：

   ALTER TABLESPACE users ADD DATAFILE '/u01/app/oracle/oradata/<dbname>/users02.dbf' SIZE 100M AUTOEXTEND ON NEXT 10M MAXSIZE 500M;
   

2. 在线增加表空间大小

   • 在任何节点上执行以下SQL命令：

   ALTER DATABASE DATAFILE '/u01/app/oracle/oradata/<dbname>/users01.dbf' RESIZE 200M;
   

3. 在线备份

   • 使用RMAN进行在线备份：

   rman target /
   BACKUP DATABASE PLUS ARCHIVELOG DELETE INPUT;
   

故障排除

1. 检查集群状态

   • 使用crsctl命令检查集群状态：

   crsctl check cluster
   

2. 检查实例状态

   • 使用srvctl命令检查实例状态：

   srvctl status database -d <dbname>
   

3. 查看警报日志

   • 查看每个实例的警报日志文件：

   cd $ORACLE_BASE/diag/rdbms/<dbname>/<instance_name>/trace
   cat alert_<instance_name>.log
   

4. 查看OCR日志

   • 查看OCR日志文件：

   cd $ORACLE_HOME/log/`hostname`/client
   cat ocrcheck.log
   

5. 查看Voting Disk状态

   • 使用crsctl命令检查Voting Disk状态：

   crsctl query css votedisk
   

实战案例

假设我们的电子商务网站在业务高峰期遇到了性能瓶颈，我们需要进行以下操作来优化系统：

1. 性能监控

   • 使用AWR报告分析性能瓶颈：

   sqlplus / as sysdba
   @?/rdbms/admin/awrrpt.sql
   

2. 调整参数

   • 根据AWR报告的建议调整相关参数，例如增加PGA内存：

   ALTER SYSTEM SET pga_aggregate_target=2G SCOPE=BOTH;
   

3. 优化查询

   • 分析慢查询并优化SQL语句，使用索引和分区技术提高查询效率。

4. 负载均衡

   • 使用Oracle TNS Listener和负载均衡策略，确保客户端请求均匀分布到各个节点。

总结

通过上述步骤，我们可以有效地配置和管理Oracle RAC环境，确保系统的高可用性和性能。

高级管理和优化技巧

容量规划

1. 评估当前负载

   • 使用AWR报告和Statspack分析当前的系统负载。
   • 监控CPU、内存、I/O和网络使用情况。

2. 预测未来负载

   • 根据业务增长趋势，预测未来的负载需求。
   • 使用历史数据进行负载建模和预测。

3. 扩展资源

   • 根据预测结果，考虑增加节点、扩大存储或升级硬件。
   • 使用Oracle Grid Infrastructure管理存储和计算资源的扩展。

性能调优

1. SQL调优

   • 使用SQL Tuning Advisor识别和优化慢查询。
   • 通过添加索引、重构查询和使用绑定变量来提高查询性能。

2. 内存管理

   • 调整SGA和PGA的大小，确保有足够的内存资源。
   • 使用Automatic Memory Management (AMM) 自动管理内存。

3. I/O优化

   • 使用Oracle ASM进行存储管理，确保I/O均衡。
   • 配置RAID级别和条带化以提高I/O性能。

4. 并行处理

   • 启用并行查询和DML操作，提高大数据量处理的效率。
   • 使用并行度参数（如PARALLEL_DEGREE_POLICY）进行调优。

安全配置

1. 用户和权限管理

   • 使用Oracle Database Vault进行细粒度的权限控制。
   • 定期审查用户权限，确保最小权限原则。

2. 网络加密

   • 配置SSL/TLS加密，保护数据传输的安全性。
   • 使用Oracle Advanced Security Option (ASO) 进行端到端加密。

3. 审计和日志记录

   • 启用审计功能，记录关键操作和访问。
   • 使用Oracle Audit Vault and Database Firewall (AVDF) 进行集中审计和分析。

自动化运维

1. 脚本自动化

   • 编写Shell脚本和SQL脚本，自动化日常维护任务。
   • 使用Cron或Oracle Job Scheduler定期执行脚本。

2. 监控和报警

   • 使用Oracle Enterprise Manager (OEM) 或第三方工具（如Nagios、Zabbix）进行实时监控。
   • 配置报警规则，及时发现和处理问题。

3. 备份和恢复自动化

   • 使用RMAN脚本自动化备份和恢复过程。
   • 配置备份策略，确保数据的安全性和完整性。

实战案例：性能调优

假设我们的电子商务网站在高峰时段遇到严重的性能瓶颈，特别是某些复杂的查询导致响应时间过长。我们需要进行以下步骤来优化性能：

1. 收集性能数据

   • 使用AWR报告和Statspack收集性能数据。
   • 识别慢查询和高负载的操作。

2. 分析SQL性能

   • 使用SQL Tuning Advisor分析慢查询。

   EXEC DBMS_SQLTUNE.DROP_TUNING_TASK('my_tuning_task');
   EXEC DBMS_SQLTUNE.CREATE_TUNING_TASK(sql_id => 'abc123', task_name => 'my_tuning_task', description => 'Tune this query');
   EXEC DBMS_SQLTUNE.EXECUTE_TUNING_TASK(task_name => 'my_tuning_task');
   SELECT DBMS_SQLTUNE.REPORT_TUNING_TASK('my_tuning_task') AS report FROM dual;
   

3. 优化查询

   • 根据SQL Tuning Advisor的建议，添加索引、重构查询或使用绑定变量。

   CREATE INDEX idx_order_date ON orders(order_date);
   

4. 调整内存参数

   • 根据AWR报告的建议，调整SGA和PGA的大小。

   ALTER SYSTEM SET sga_target=4G SCOPE=BOTH;
   ALTER SYSTEM SET pga_aggregate_target=2G SCOPE=BOTH;
   

5. 启用并行处理

   • 对于大数据量的查询和DML操作，启用并行处理。

   ALTER SESSION ENABLE PARALLEL DML;
   ALTER TABLE large_table PARALLEL 4;
   

总结

通过上述高级管理和优化技巧，我们可以进一步提升Oracle RAC环境的性能和安全性，确保系统的稳定性和可靠性。希望这些内容对你有所帮助。如果你有任何具体问题或需要进一步的帮助，请随时告诉我！