基于RAC架構的公安考訓中心云計算數據庫資源池設計

劉曉巍，張乃杰

（南京市建筑設計研究院有限責任公司）

1 引言

車管所考訓云總體架構設計遵循面向業務需求的設計思路，以云計算和大數據技術為關鍵支撐，包含桌面辦公、智慧駕考等應用。整個系統以服務業務應用為根本目標，構建統一的考訓云IT基礎設施資源池，為車管所的考訓等應用系統提供敏捷、可靠、安全、彈性的IT基礎設施服務。考訓云是車管所云數據中心提供的IT服務的總稱，包括支持行業大量應用的云計算服務、大數據服務、海量云存儲服務等。

RAC全 稱 Real Application Clusters，是Oracle數據庫高可用技術的一種，也是Oracle數據庫支持網格計算環境的核心技術之一。從10g版本開始Oracle推出了Oracle Clusterware 集群軟件，使得RAC不再依賴于第三方廠商得集群軟件實現多節點并發的集群數據庫。

車管所考訓云系統采用云化架構，數據庫資源池采用Oracle RAC集群的方式部署可有效支持與現有云計算中心對接，支持云桌面辦公及大數據分析等。

2 關鍵業務數據庫層解決方案

車管所考訓中心未來數據量過于龐大，大數據多樣化格式，大數據價值密度低，存儲和處理成本高。現有所謂的技術模型已經很難滿足大數據處理和分析的要求，作為數據的處理流程環節，計算，存儲，網絡，數據庫等都會成為新的瓶頸，所以需要建設新的大數據平臺來匹配。這里就數據庫資源池的架構做一探討。

Oracle RAC可提供多節點并發的數據庫應用，并通過監聽客戶端和服務器端實現負載均衡，把用戶連接分配到不同的節點上執行。

圖1 一組Oracle RAC數據庫服務器集群

如圖1所示，一組Oracle RAC數據庫服務器組成一個集群，他們之間通過高速內網相互聯，共享緩存。用戶通過外部網絡連接到數據庫集群，當數據庫服務器有單點故障時，上層用戶不會受到任何影響。數據庫集群共享下層的SAN存儲。

Oracle Extended RAC在Oracle RAC技術基礎上提供了一種跨數據中心的雙活集群架構，當考訓基地數據中心故障時，公安局市局數據中心存活的節點可自動接管業務，接管過程對上層業務透明，用戶無感知。

基于Oracle Extended RAC，構建雙活數據中心來并行承擔相同業務，提高數據中心的整體服務能力和系統資源利用率成為可能。在這種場景下，考訓中心和市局兩個數據中心互為備份，當單數據中心故障時，業務可以能自動切換到另一數據中心，業務不中斷。

Oracle Extended RAC的核心是共享存儲子系統，通過共享訪問數據文件、重做日志文件、控制文件和參數文件的方式，確保各節點都能進行讀寫操作，且在單個節點出現故障時，剩余節點能夠自動接管并恢復數據庫。

雙活架構數據中心方案采用共享卷技術，將跨數據中心的存儲空間以共享方式提供給上層應用訪問，滿足Oracle RAC共享存儲需求，使得兩個數據中心的節點可構成一個跨數據中心Oracle Extended RAC集群。

Oracle Extended RAC集群配合Oracle監聽器技術，可實現客戶端在數據中心間業務雙活訪問和負載均衡；配合Oracle透明應用程序故障轉移（TAF）技術，當服務器或單數據中心故障時，使客戶端能夠在新的連接中繼續工作，防止業務中斷。

構建以Oracle Extended RAC為數據平臺的雙活數據中心，底層以虛擬化智能存儲和智能光傳送平臺為基礎，解決了傳統災備中心不能承載業務和自動業務切換的問題，為應用系統提供最高的業務連續性保障，確保業務系統發生設備故障、甚至單數據中心故障時，業務無感知自動切換，實現RPO（Recovery Point Objective）和 RTO（Recovery Time Objective）都為零。

3 數據庫組網架構

如圖2所示，數據庫層：部署跨數據中心的Oracle RAC extend，實現跨數據中心的數據庫集群，提供數據庫層的異地雙活。在車管所考訓中心的生產中心部署2個Oracle節點，在市局托管機房部署1個Oracle節點，形成2+1的Oracle RAC extend。同時把原生產中心的數據保護從節點放到市局托管機房，和2+1的 Oracle RAC extend集群采用Data Guard技術實現二級數據保護。

圖2 Oracle RAC集群組網架構圖

仲裁設備主要處理異地數據級聯，當兩個數據機房的鏈接斷開之后，兩邊的主機都只能訪問本地存儲，而不知道對方狀態。此時如果沒有第三方仲裁設備，兩邊的RAC主機都會退出集群，從而導致業務中斷。

基于Oracle Extended RAC的雙活數據中心架構，在雙中心距離小于40km的情況下，其事務處理能力基本無影響，且雙活的特性可以支撐單數據中心故障時，業務無縫自動切換，數據零丟失。

而數據倉庫集成是從不同數據庫中提取數據后將它們集成并存儲到一個集中的數據庫中，然后再對集成的數據庫進行智能的多重、復合和交叉檢索[3]。數據倉庫集成強調的不是檢索的轉換，而是實際數據源的轉換集成。因此，相比之下數據倉庫集成系統減少了對網絡數據實時訪問性能的依賴，有效地消除了如網絡瓶頸、低響應時間和突發的數據源不可用等問題。同時，由于數據倉庫的特殊特征，數據倉庫集成也方便構建面向特定主題的數據庫，提高數據檢索速度，并實現對決策支持的檢索。目前采用數據倉庫方法的系統有GUS[4]，BioMolQuest[5]，InterPro[6]等。

作為數據平臺上實現的雙活架構，該方案不依賴于具體的應用，可方便的擴展到所有支持遠程集群的應用系統。

4 業務型數據庫架構

對于業務型數據庫，建議采用傳統的物理服務器架構來進行支持。一方面是由于物理數據庫業務一般對系統和平臺的限制，并非所有的數據庫都可以移植到像虛擬化這樣的計算平臺上，另一方面，由于數據庫對IO的高要求，對于虛擬化的環境并不能提供充足的IO支撐，另外，數據庫系統的安全性要求很高，采用虛擬化技術雖然可以提高系統的靈活性，但是同物理設備上的其他系統會對數據庫系統產生一定的影響，提高系統的安全風險。

所以綜合以上三方面的原因，數據庫系統在云計算中心將采用物理設備集群的方式來部署。為了使數據庫實現高可用，滿足高并發、高負載均衡的需求，數據庫節點采用數據庫集群搭建，車管所數據庫資源池采用RAC實時應用集群，能夠實現多節點之間負載均衡，同時多個節點共享一套存儲系統，能有效防止數據庫單點故障；最后，數據庫集群架構具備動態添加數據庫節點的功能，具有良好的擴展性。

5 數據庫安全

Oracle RAC數據庫安全問題主要包括數據安全及數據庫系統防入侵。

數據安全是指當數據庫的數據存儲媒體被異常破壞或當用戶誤操作時，數據信息不會丟失。數據庫系統防入侵方面應盡可能找出潛在的各類漏洞并進行修復，防止非法用戶利用漏洞侵入數據庫系統。

Oracle數據庫的數據保護主要是對數據庫進行備份。目前主流三種備份和恢復手段：物理備份、邏輯備份及Oracle恢復管理器。當服務器發生故障時，可以利用之前對數據庫的備份進行數據庫恢復，以恢復被破壞的數據庫文件或控制文件。同時，數據庫管理員利用Oracle數據庫系統的審計功能，實時監視和記錄所選擇用戶的活動情況。

數據庫系統防入侵主要從用戶安全管理、權限管理、角色管理及配置管理四個方面考慮。

6 結束語

以基于RAC架構的考訓中心云計算數據庫資源池，其亮點和優勢如下。

1）高可用性

兩中心數據實時鏡像同步，任一數據中心故障，另一數據中心可自動接管業務，實現RPO=0、RTO=0。結合存儲虛擬化層的快照技術，可防止人為誤操作導致的數據錯誤或者丟失，保護數據完整性。

2）靈活數據訪問

兩數據中心存儲、網絡和應用各層級都以雙活的方式對外提供服務，業務就近訪問，自動負載均衡，為用戶提供更加靈活的數據訪問方式。

基于RAC架構的數據庫服務器是考訓云核心的系統，服務器關鍵特性包括了性能、可靠性、可用性、可服務性、可管理性，服務器的這些特性是業務系統的可靠穩定運行的保障。

[1]刁 申.Oracle Real Application Cluster(RAC)實施部署的研究[J].東北師范大學, 2012.

[2] 張元龍,廖曉群.關于Oracle RAC數據庫部署與管理的實踐[J].電腦知識與技術,2017,13(20).

[3] 李繼龍，李芳.淺談Oracle 11g數據庫性能調整和優化[J].科技視界,2014(17):68-69.