基于SQL Server Alwayson技術的負載均衡研究

黎其宇

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基于SQL Server Alwayson技術的負載均衡研究

黎其宇

民航中南空管局通信網絡中心，廣東 廣州 510405

在主流關系型數據庫中，Oracle有RAC群集，MySQL有HAProxy等多個負載均衡方案。雖然SQL Server 2012隆重推出了Alwayson高可用性技術，但始終沒有實現真正意義上的負載均衡。因此，從Alwayson技術出發，基本實現了只讀負載。

Alwayson高可用性；負載均衡；TDS協議

在這個大數據時代，需要處理的內容越來越多，我們需要更高性能的讀寫IO來實現我們的業務需求。

1 Alwayson技術介紹

Alwayson是SQL Server新增的一個高可用性和災難恢復解決方案。在Alwayson之前，SQL Server已有的高可用性方案，如數據庫鏡像、日志傳送和故障轉移群集均有各自的局限性。[1]而Alwayson則是提取了數據庫鏡像和故障轉移群集的優點，并且有更簡化的高可用性部署。

圖1 Windows Server故障轉移群集

如圖1所示，Alwayson高可用性組允許將一組數據庫同步到最多4個副本節點，在最新的SQL Server 2014則支持8個副本節點。每組可用性數據庫都由一個“可用性副本”承載。有兩種類型的可用性副本，分別為“主副本”和“輔助副本”。[2]前者用于承載主數據庫，后者則承載一組輔助數據庫并作為可用性組的潛在故障轉移目標。主副本使主數據庫可用于客戶端的讀寫連接。此外，它在稱為“數據同步”的過程中使用，在數據庫級別進行同步。主副本將每個主數據庫的事務日志記錄發送到每個輔助數據庫，然后將它們應用到相應的輔助數據庫。主數據庫與每個連接的輔助數據庫獨立進行數據同步。

2 該技術的負載均衡分析

Always高可用性組可以支持簡單第一副本的負載均衡，但有較多的限制。

首先要將某“可用性組”的屬性設置為：可讀輔助副本“僅讀意向”。

圖2 可用性副本

然后通過執行sql腳本，建立read指針。在當前的primary上為每個sqlserver instance建立[instance name=>instance tcp url]的對應關系。再執行相應sql腳本，建立primary 與read only db的關系。在當前的primary上為各個primary建立對應的read only url 列表（有優先級概念）。最終訪問偵聽器IP則可以實現主節點和第一輔助節點的讀寫分離，而且不是均衡分配。這個負載是有限制的，要求客戶端請求必須增加“ApplicationIntent=ReadOnly”連接串。為了實現這樣的負載，程序需先判斷出請求是否為只讀，必須修改大量的程序代碼，不利于實際應用。

Alwayson可用性組的監聽器Listener是可以配置只讀副本的負載，但只連接到可用的第一副本，并沒有把只讀IO均衡地分配到輔助副本上。

3 使用會話代理技術實現只讀負載

當 SQL Server 數據庫引擎與應用程序通信時，它將使用稱為“表格格式數據流”（TDS）數據包的 Microsoft 通信格式來格式化通信數據。服務器為每個網絡協議創建一個稱為“TDS 端點”的 SQL Server 對象。在服務器中，TDS 端點是在 SQL Server 安裝過程中由 SQL Server 安裝的。

TDS是一種協議，一系列描述兩個計算機間如何傳輸數據的規則。[3]像別的協議一樣，它定義了傳輸信息的類型和他們傳輸的順序，描述了數據如何流動。表格數據流協議是建立在TCP/IP Net-Library之上的，包含在TCP數據段內。TDS用1433端口進行數據庫通信。

TDS協議位于TCP的數據段內，結構為：IP，TCP，TDS頭，TDS的DATA段。在知道了TDS協議的數據結構后，使用中間人會話代理的方式，建立一個中間節點服務器（暫稱為Master），捕捉客戶端發送過來的TDS數據包。當捕捉到TDS請求數據包，截取里面的請求內容。如果是只讀請求的話，將該數據包的主要內容不修改，修改源地址為Master的IP，修改目標地址為只讀副本，實現轉發到Alwayson的只讀副本（暫稱為Slave）。這里面有兩個細節，第一，如果請求內容沒有包括Alter、Update、Insert以及Delete等關鍵字，則認為是只讀請求；第二，如果有多個Slave，則存在Slave選擇的問題，那么我們可以采取遍歷Slave的分配方式，初步平衡各個只讀副本的壓力，這個均衡算法可以進一步優化。

Master同時還要監聽Slave返回的響應數據包，用修改源地址和目標地址的方式轉發響應數據包。至此完成客戶端訪問Slave的只讀請求轉發。

同樣地，客戶端要訪問非只讀請求時，Master則將這個TDS數據包轉發到主節點（暫稱主Slave），以此實現只寫或讀寫請求的路由。

4 結語

綜上所述，Alwayson技術主打的亮點是數據的高可用性，并沒有實現真正意義的負載均衡。通過Alwayson的監聽器，實現了主節點與第一輔助節點的讀寫分離，要使用此功能需修改程序，使之適應訪問字符串的。

為了讓數據庫服務器實現更好的負載均衡，可以通過中間數據包代理的方式，實現只讀請求的負載。中間數據包代理的方式要求深入研究TDS的通信機制。

[1]宋沄劍.SQL Server 2012中的AlwaysOn嘗試[EB/OL].[2012-03-20].http://www.cnblogs.com/CareySon/archive/2012/03/20/2407719.html.

[2]McKay.Sql server Always On 讀寫分離配置方法[EB/OL].[2014-04-22].http://www.cnblogs.com/aarond/p/3679915.html.

TP311.13

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1009-6434（2016）04-0015-01