ORACLE集群概念与原理

第一章集群的概念和发展1集群的概念1.1集群相关术语定义1.1.1服务硬件服务硬件是指提供计算服务的硬件，比如PC机、PC服务器。

1.1.2服务实体服务实体通常指服务软体和服务硬体。

1.1.3节点（node）运行Heartbeat进程的一个独立主机称为节点，节点是HA的核心组成部分，每个节点上运行着操作系统和Heartbeat软件服务。

在Heartbeat集群中，节点有主次之分，分别称为主节点和备用/备份节点，每个节点拥有一个唯一的主机名，并且拥有属于自己的一组资源，例如磁盘、文件系统、网络地址和应用服务等。

主节点上一般运行着一个或者多个应用服务，而备用节点一般处于监控状态。

1.1.4资源（resource）资源是一个节点可以控制的实体，当节点发生故障时，这些资源能够被其他节点接管。

在Heartbeat中，可以当做资源的实体如下：(一)磁盘分区、文件系统(二)IP地址(三)应用程序服务(四)共享存储1.1.5事件（event）事件也就是集群中可能发生的事情，例如节点系统故障、网络连通故障、网卡故障和应用程序故障等。

这些事件都会导致节点的资源发生转移，HA的测试也是基于这些事件进行的。

1.2什么是集群简单的说，集群（cluster）就是一组计算机，它们作为一个整体向用户提供一组网络资源，这些单个的计算机系统就是集群的节点（node）。

一个理想的集群是，用户从来不会意识到集群系统底层的节点，在他们看来，集群是一个系统，而非多个计算机系统；并且集群系统的管理员可以随意的增加和删改集群系统的节点。

与单一服务实体相比较，集群提供了以下两个关键的特性。

(一)可扩展性。

集群的性能不限于单一的服务实体，新的服务实体可以动态的加入到集群，从而增强集群的性能。

(二)高可用性。

集群通过服务实体冗余使客户端免于轻易遭遇到“out of service”警告。

当一台节点服务器发生故障的时候，这台服务器上所运行的应用程序将在另一节点服务器上被自动接管。

消除单点故障对于增强数据可用性、可达性和可靠性是非常重要的。

为了具有可扩展性和高可用性的特点，集群必须具备以下两大能力。

(一)负载均衡。

负载均衡能把任务比较均匀的分布到集群环境下的计算和网络资源，以便提高数据吞吐量。

(二)错误恢复。

如果集群中的某一台服务器由于故障或者维护需要而无法使用，资源和应用程序将转移到可用的集群节点上。

这种由于某个节点中的资源不能工作，另一个可用节点中的资源能够透明的接管并继续完成任务的过程叫做错误恢复。

负载均衡和错误恢复都要求各服务实体中有执行同一任务的资源存在，而且对于同一任务的各个资源来说，执行任务所需的信息视图（信息上下文）必须是相同的。

分布式与集群的联系与区别如下：(一)分布式是指将不同的业务分布在不同的地方。

(二)而集群指的是将几台服务器集中在一起，实现同一业务。

(三)分布式的每一个节点，都可以做集群，而集群并不一定就是分布式的。

比如互联网上访问的人多了，就可以做一个集群，前面放一个响应服务器，后面几台服务器完成同一业务，如果有业务访问的时候，响应服务器看哪台服务器的负载不是很重，就将任务交给哪台去完成。

而分布式，从狭义上理解，也与集群差不多，但是它的组织比较松散，不像集群，有一定组织性，一台服务器宕了，其他的服务器可以顶上来。

分布式的每一个节点，都完成不同的业务，一个节点宕了，这个业务就不可访问了。

1.3集群技术实现集群无必要有以下两大技术：●集群地址集群由多个服务实体组成，集群客户端通过访问集群的集群地址获取集群内部各服务实体的功能。

具有单一集群地址（也叫单一影像）是集群的一个基本特征。

维护集群地址的设置称为负载均衡器。

负载均衡器内部负责管理各个服务实体的加入和退出，外部负责集群地址向内部服务实体地址的转换。

有的负载均衡器实现真正的负载均衡算法，有的只支持任务的转换。

只实现任务转换的负载均衡器适用于支持ACTIVE-STANDBY的集群环境，在那里，集群中只有一个服务实体工作，当正在工作的服务实体发生故障的时候，负载均衡器把后来的任务转向另外一个服务实体。

●内部通信为了能协同工作，实现负载均衡和错误恢复，集群各实体之间必须时常通信，比如负载均衡器对服务实体心跳测试信息、服务实体间任务执行上下文信息的通信。

具有同一个集群地址使得客户端能访问集群提供的计算服务，一个集群地址下隐藏了各个服务实体的内部地址，使得客户要求的计算服务能在各个服务实体之间分布。

内部通信是集群能够正常运转的基础，它使集群具有负载均衡和错误恢复的能力。

1.4集群分类集群主要分成三大类：●高可用集群（High Availability Cluster）。

常见的就是两个节点做成的HA集群，它还有很多通俗的不科学的名称，比如“双机热备”、“双机互备”、“双机”。

高可用集群保障用户应用程序持续对外提供服务的能力（注意高可用集群不是用来保护业务数据的，而是确保用户的业务程序对外不间断提供服务，把因软件、硬件、人为造成的故障对业务的影响降低到最小程度）。

●负载均衡集群/负载均衡系统（Load Balance Cluster）集群中所有的节点都处于活动状态，他们分摊系统的工作负载。

一般Web服务器集群、数据库集群和应用服务器集群都属于这种类型。

负载均衡集群一般用于相应网络请求的网页服务器和数据库服务器。

这种集群可以在接到请求时，检查接受请求较少、不繁忙的服务器，并把请求转到这些服务器上。

从检查其他服务器状态这一点上看，负载均衡和容错集群很接近，不同之处是数量上更多。

●科学计算集群（High Performance Computing Cluster）/高性能计算（High Performance Computing）集群。

简称HPC集群，这类集群致力于提供单个计算机所不能提供的强大的计算能力。

高性能计算，可以把它分成若干可以并行的子任务，而且各个子任务彼此之间没有什么关联。

这种类型的应用的一个共同特征是在海量数据上搜索某些模式，所以把这类计算称为高吞吐计算。

2操作系统集群从单一处理机主机到多节点皆可构成高可用性之集群，可混用，且跨越系统大小及性能等级，将各种网络适配卡和磁盘子系统融合在一起来，以满足用户的应用程序、网络等方面的需求。

操作系统集群因不同的处理需求可以构成三种不同的模式：并行模式、互备模式、主备模式。

(一)同时访问模式（并行模式）适用在所有处理机必须在相同的工作负载及在相同的时间共享相同的数据之环境。

(二)相互备援模式则是集群中的各个节点分别承担应用和任务，并且各个节点之间相互备援。

(三)热待机模式则为一节点备援任何集群上的另一节点。

无论选择哪一种备援模式，集群所提供的数据访问及备援方案都将应用程序的执行及增长性在避免不正常死机状况下做了最优化处理。

3存储集群作为一项被广泛应用的技术，集群可提供按任何比例增加服务器或者存储资源的性能、容量、可靠性及可用性，突破了单机设备的种种限制。

传统的存储系统由于受到其物理组成（如磁盘驱动器的数量、所连接服务器的数量、内存大小和控制器性能）的限制，会造成很多功能上的局限（如支持文件系统的数量、快照或者复制的数量等）。

一旦遇到存储系统的瓶颈，就会不断的促使用户升级到更大的存储系统并添加更多的管理工具。

3.1集群中可调整的特性●性能（带宽、IOPS——每秒输入输出次数等）可提高到满足大型顺序读或写操作，或者是对时间敏感（Time-Sensitive）的随机读写面向事务型处理。

●可用性——消除单点故障、透明故障的转移（Failover），提高自我修复（Self-Heading）能力。

●存储容量和服务的连接访问（FC、以太网和InfiniBand接口）。

●可访问性（Accessibility）——包含块级（iSCSI、FC和InfiniBand）或者NAS（NFS、CIFS或者其他私有文件系统）和数据共享。

●基于开放或者私有的硬件和软件，使用紧密或者松散的互联技术来实现完全不共享、部分共享或完全共享架构（Shared Nothing、Shared Something or Shared Everything Architectures）。

通过下表可以看到很多不同类型的集群存储方案，其中包括集群和并行文件系统、集群文件服务器、集群NAS、集群iSCSI和FC存储等。

大多数的集群实现方式都满足了容量和可用性的需求。

一些集群存储方案也支持通过控制吞吐量和I/O操作方式来对性能进行调整，以达到简化和使用、管理的目的。

表格：集群存储的众多特征和例子件级）、可用性或者使用的难易程度几方面来考核。

集群存储并非就是那些高不可攀的、联合HPC（高性能计算）环境一起使用的大型顺序带宽（Sequential Bandwidth）或者并行文件系统代名词。

多用途的集群系统支持传统的商业应用，如电子邮件、数据库和在线事务处理（OLTP）等。

3.2满足不同应用性能和服务的需求清除单点故障对于增强数据可用性、可达性和可靠性是非常重要的。

集群方案可以有效防止单点故障的发生，其N+1冗余特性，以及部件的热插拔特性和自我诊断能力可保证在错误造成麻烦前就将其发现、隔离并排除。

还有一种具有X+1冗余架构的存储系统一直处于灰色地带，人们对其是否属于集群还存在争议。

在N+1冗余架构模式中，存在两个或者更多个（N个）主要I/O节点或控制器，也就是所谓的NAS头和备用或故障转移节点，例如EMC的Celerra NSX和Pillar Axiom。

是厂商的命名体系才使得这种N+1模式显得十分混乱，如将包含有双控制器的RAID阵列或者双NAS头的方案称作提高可用性的集群。

一个集群就是一个Gird（网格）么?这取决于对Gird的定义，把Gird看做是一项服务、架构，还是基于硬件或软件的、跨越距离的其他能力。

对于怎样才算服务器和存储环境组成了一个Gird或者集群这件事情，存在着很多不同的厂商和行业定义和意见。

各种集群存储方案中的不同之处包括以下几个方面。

1.节点彼此之间如何连接（松散的或紧密的连接，开放或者私有）。

2.节点间的I/O性能和负载平衡。

3.适当的硬件、开发和现有产品（off-the-shelf）或支持第三方服务器或者存储。

4.文件共享，包含集群文件系统软件，基于主机的代理或者驱动。

5.本地或者远程的镜像或者复制，及时点（Point-in-time）复制或者快照。

6.具备虚拟化的存储块增长，实现自动负载均衡。

7.性能自适应顺序读写或者随机访问。

8.分布式锁管理（Distributed Lock Management）和集群特性一致。

理解集群存储间的不同的含义、类型和实现方式，将帮助用户挑选最合适的方案。

集群存储非常适合那些持续增长的所有规模的不同环境，实现即时供应（Just-in-time）存储，避免破快性升级和增加管理的复杂性。