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        Oracle ODAX5-2整體數據庫平臺建議方案

        良好的系統體系結構和規劃是IT項目建設成功的基礎,它能夠滿足項目建設近期和長遠目標的全部內容,并對技術平臺和應用系統進行合理的劃分和部署。

        隨著系統上線后業務數據的不斷裝載和增加,數據量和訪問量也會越來越大所以IT系統設計初期,必須充分考慮數據庫系統建設過程中的關鍵技術因素,保證項目的成功實施和系統的穩定運行,盡量避免低性能及宕機事件的發生

        可以說,數據庫系統在保證IT系統的性能、穩定性和擴展性等方面,起著至關重要的作用。而目前使用傳統方式來構建數據庫容易出現以下問題:

        數據庫系統的軟、硬件架構復雜,前期部署和后期運維成本高昂,需要專業數據庫工程師;

        數據庫系統的各部件由不同供應商提供,很難在交付時即實現數據庫的最佳性能和可用性;

        需要采購多套硬件設備,占用十幾U甚至更多機房空間,能耗較高,導致機房租用/建設成本及用電成本較高;

        多家供應商提供軟、硬件,一旦出現故障,很難在初期定位故障點,無法通過一家供應商解決問題;

        軟件費用高昂,除數據庫需按CPU購買外,還需考慮操作系統甚至虛擬化軟件的費用。

        Oracle推出的數據庫機Oracle Database Appliance,很好地解決了上述難題:

        簡化:簡化部署、配置、調優、打補丁、診斷、維護,實現一鍵式操作——大幅降低數據庫平臺搭建成本與運維成本;

        性能:實現同類最佳性能(交付時已完全調優)與高可用特性(硬件全冗余、軟件高可用)——更高性能、可靠性和穩定性;

        運營:比傳統方案節省50%機架空間、降低60%能耗——節能環保降低運營費用;

        服務:同一供應商提供所有軟硬件與服務——節約溝通成本、提升解決問題效率;

        軟件:數據庫軟件費用可“按需擴容”、操作系統與虛擬化軟件無需購買——降低軟件投入成本;

        硬件:配置固態硬盤,采用直連存儲架構,理想的磁盤組配置——更快的日志寫入,消除 SAN/NAS 瓶頸,顯著提升數據庫性能;

        虛擬:支持虛擬化架構,實現數據庫與應用一體化部署——降低硬件投入成本、簡化IT管理。

        1.1 數據庫系統建議方案

        建議采用最新一代的數據庫機產品Oracle Database Appliance X5-2)實現數據環境。

         

        Oracle新一代數據庫一體機ODA

        Oralce數據庫一體機是一個由硬件和軟件組成的 Oracle 集成式系統,該系統包含兩臺 x86 服務器和一個存儲架,兩個服務器節點實現RAC集群。ODA簡化了高可用性數據庫解決方案的部署、維護和支持,因而能夠為用戶節省時間和金錢。它使用全球應用最廣的最新一代數據庫 Oracle Database 12c / 11g以及 Oracle Real Applications Clusters (Oracle RAC) 來構建,為用戶提供了一個集軟件、服務器、存儲和網絡于一體的完全集成的系統,為各種自定義和打包的 OLTP 負載及數據倉儲負載提供高可用性數據庫服務。同時,Oracle 數據庫機 X5-2 提供基于 Oracle VM 部署虛擬化平臺的選擇。支持虛擬化可為該全面且完全集成的數據庫解決方案增加更多的靈活性。

        ODA突出特點之簡單——小身材,大能量,一臺機器完成系統實施。

        傳統自建項目:

         

        服務器,

        操作系統,

        虛擬化軟件,

        數據庫軟件,

        集群軟件,

        數據庫備份軟件,

        光纖存儲HBA卡,

        光纖存儲交換機,

        光纖存儲

         

         

        Oracle Database Appliance (以上內容全部包括)

         

        ODA突出特點之易用——

        易于實施、管理和維護

        ? 插上電源,連上網絡,全程圖形化安裝界面,初級工程師即可完成部署

        ? 一鍵式安裝所有軟件,1.5小時即可創建一個高可用的集群數據庫投入生產

        ? 一鍵式為所有軟件成員(數據庫、集群、操作系統、存儲管理等)升級/打補丁

        易于診斷與技術支持

        ? 自動服務請求能力會自動產生更換部件的請求

        ? 故障發生時會自動收集并匯集相關日志和歷史信息供技術支持分析

        對系統進行維護并確保所有相關軟件元素均安裝了最新補丁,這通常是管理員面對的最費時、最容易出錯的任務之一。Oracle 數據庫機 X5-2 及其專門設計的軟件簡化了對軟件體系的所有元素——固件、操作系統、集群件、存儲管理器和數據庫軟件的修補工作。

         

         

        1.0.1 完全冗余的集成系統

        提供對應用系統7x24小時的訪問并防止數據庫意外停機對許多企業來說都是一個挑戰。Oracle數據庫機X5-2 的設計就是為了實現簡單性、減少風險因素和不確定因素,從而幫助用戶為他們的數據庫提供高可用性。

        Oracle數據庫機X5-2的硬件包含兩臺 Oracle Linux 服務器和一臺2U存儲。每臺服務器均有兩個十 Intel Xeon 處理器、256 GB 內存(可擴展,最大768GB) 10 Gb 以太網 (10GbE) 外部網絡連接。這兩臺服務器通過冗余的 InfiniBand 互連實現集群節點間通信,并共享高性能的直連 SAS 存儲。該數據庫機配有 64 TB 磁盤存儲容量。這些存儲采用了雙重鏡像或三重鏡像,可分別提供 32 TB  21.3 TB 的彈性可用數據庫存儲。它還專門為數據庫重做日志配備了四個 200 GB SSD固態盤,為用戶頻繁訪問的熱數據配備了四個 400GB SSD固態盤,大大提升了性能。該數據庫機在設計時還考慮到了任務關鍵性需求,采用了可熱插拔的冗余組件。 Oracle 數據庫機 X5-2 采用 Oracle 數據庫企業版,用戶可運行 Oracle Real Application Clusters (Oracle RAC)  Oracle RAC One Node 來實現雙活單活數據庫服務器故障切換。

        1.0.2 可選的存儲擴展

        Oracle 數據庫機 X5-2 提供了靈活的存儲容量擴展功能,最多可將容量增加一倍。通過可選的存儲擴展柜,該數據庫機的總存儲容量可擴展至 128 TB。在雙重鏡像或三重鏡像數據冗余情況下,總可用數據庫存儲可分別增加至 64 TB  42.6 TB

        此外,該數據庫機還支持外部擴展,可使用外部 NFS 存儲進行聯機備份、數據暫存或存儲其他數據庫文件。

        1.0.3 易于部署、管理和支持

        為方便用戶部署和管理他們的數據庫,Oracle 數據庫機 X5-2 配備了 Appliance Manager軟件,簡化了數據庫服務器的供應、打補丁和診斷。Appliance Manager 不但可以極大簡化部署過程,而且還可以確保數據庫配置符合 Oracle 的最佳實踐。它還通過使用Oracle 專門為該數據庫機設計且經過 Oracle 測試的補丁包一鍵完成對整個數據庫機(包括所有固件和軟件)的打補丁操作,極大簡化了維護工作。它內置的診斷功能還能監視系統和檢測組件故障、配置問題以及與最佳實踐的偏差。如果需要聯系 Oracle支持部門,Appliance Manager 可把所有相關的日志文件和環境數據收集到一個壓縮文件中。此外,Oracle 數據庫機 X5-2 自動服務請求 (ASR) 特性可以自動向 Oracle 支持部門提交服務請求,從而幫助加快問題的解決。

        1.0.4 “按需擴容”許可模式

        Oracle 數據庫機 X5-2 為用戶提供獨特的按需擴容軟件許可模式,使用戶無需升級硬件即可快速地從 2 個處理器內核擴展至 72 個處理器內核。用戶在部署系統和購買許可時可以從 2 個處理器內核起步,以后再按需擴展,最多可擴展到 72 個處理器內核。余下的處理器內核可分配給虛擬化環境中自建的虛擬機系統。

        這就可以讓用戶既能提供業務用戶所需的性能和高可用性,又可以使購買軟件的支出與業務增長保持同步。

        1.2 使用1ODA構建整體數據庫平臺

        此次項目中,建議使用1ODA來構建高可靠的整體數據庫平臺;建議在ODA上部署Oracle企業版數據庫(Oracle Database Enterprise Edition);建議選用Oracle真正應用集群軟件(Oracle Real Application Cluster)構建并行的高可用數據庫系統

        1.0 Oracle企業版數據庫

        Oracle數據庫產品于1979年正式發行,經過三十多年的發展和技術沉淀,是關系型數據庫市場上的最主流數據庫產品。根據Gartner 等第三方中立機構統計,2012Oracle數據庫占關系型數據庫市場的48.3%,是第二名IBM的兩倍多,是第三名微軟的近三倍,接近于所有其他廠商數據庫占有率的總和。

        現成品的Oracle 11g數據庫解決方案是建立在“業界最佳實踐”部件上的集成解決方案。這些解決方案融合了數據、分析信息、業務規則、層次結構和報告方法。所有這些產品部件都是基于一個集成框架而設計的,它涵蓋了Oracle數據庫對數據庫平臺的全部業務需求,是一個完整的企業級數據庫解決方案。

        保證系統可伸縮性、可用性與可管理性

        Oracle數據庫的MAA(最大可用架構)解決方案可以保證Oracle數據庫建設與使用過程中系統有良好的可用性和可伸縮性,當系統架構發生變化時或系統發生錯誤時,都可以即時提供極高的性能和完善的糾錯功能。例如,我們可以利用Oracle數據庫企業版的RMAN工具,在線進行快速的數據增量備份(只備份變化的數據塊),在出現問題時也可以進行快速的(介質)恢復,甚至只修復幾個數據塊即可,不必恢復整個數據文件或全庫。

        對于業務上的或者后臺維護中出現的誤操作,還可以借助Oracle的閃回功能進行更快的數據恢復,例如恢復一張表只需要幾秒鐘。除了閃回查詢,Oracle還支持表、數據庫、事務等各級別的數據閃回。另外,還可以使用全面回憶來快速查找和恢復歷史數據。

        當系統發生節點錯誤時可以實時的由備用節點來響應用戶查詢而用戶在使用過程中完全感覺不到節點的切換。

        當數據量與業務需求不斷增加的情況下,Oracle數據庫解決方案可以在不改變應用與不進行停機的情況下,方便的增加響應節點以提高系統效率,也可以在不停機的情況下增加系統存儲。

        Oracle提供圖形化的Web交互界面,幫助工程師,特別是缺少Oracle數據庫管理經驗的工程師或管理人員,方便快捷地維護Oracle數據庫,包括系統監控、分析、診斷與調優等。

        保證系統資源優化

        Oracle數據庫解決方案可以幫助Oracle數據庫項目建設與使用過程中最大化利用系統資源,當不同訪問類型(如每天定期裝載的ETL過程、OLAP訪問、批量的報表生成、即席查詢等)進行訪問數據庫時,可以幫助用戶自動規劃資源使用,在不同時間不同條件下系統都可以根據優先級為系統提供最高的性能。如在夜間將ETL過程與OLAP訪問的資源使用級別設為最高,而早上時可以讓系統批量生成的效率最快,在領導查詢與關鍵業務查詢時始終保持最高的效率等等。

        企業信息生命周期管理

        Oracle數據庫解決方案可以很好的幫助用戶解決海量歷史數據的問題,數據集市的數據增量很快,有大量的歷史數據查詢,Oracle解決方案可以根據時間與使用效率將較老的歷史數據自動放入可壓縮的歷史分區,而保持新鮮與常用數據的快速響應。Oracle解決方案可以在不更改應用的前提下,快速的將數據分區并進行壓縮,對用戶來講完全感覺不到不常用的歷史數據已被放在壓縮的歷史分區內,當需要使用的時候還是可以利用原有的查詢取得數據而不用更改數據,并且可以保證現有數據的可管理性。

        保護系統投資

        Oracle根據不同應用系統的規模,設計了不同的數據管理解決方案,例如Oracle RAC技術可使用多臺廉價的服務器代替多CPU、高性能的硬件從而降低了用戶前期的硬件投資,即使將來隨著系統升級,只需要在現有的集群環境下增加數據節點即可,充分利用現在數據庫投資。

        Oracle全面數據庫解決方案可以提供強大的系統可伸縮性、可用性與可管理性,在數據不斷增加下可以保持系統響應效率并提供長時間歷史數據的查詢,在目前系統資源下提供完善的資源分配與管理,在信息安全方面提供多方面的數據保護與審計,并且可以與各子系統之間數據進行全面的整合。總之,Oracle解決方案可以充分滿足目前系統需求,并可以支撐未來系統的更新與發展。

        1.1 Oracle高可用性方案(RAC)

        Oracle數據庫常用的高可用性技術有兩種:雙機熱備份和并行服務器(Real Application Cluster)。這兩種方式采用的機制不同,實現的效果也不同。以下從實現技術、實現效果及投資等方面分別這兩種集群方案。

        1.1. 

        1.2. 

        1.3. 

        1.1.1 雙機熱備方案

         

        雙機熱備方式示意圖

        如上圖所示,在雙機熱備份方式下,數據庫系統平時只能在一臺服務器(例如服務器A) 上運行,另一臺服務器無法直接訪問數據庫,自然也無法進行負載分擔。當服務器A由于故障失效時,由相應的操作系統軟件控制,將服務器A管理的存儲設備(如硬盤)轉交給服務器B控制,同時在服務器B上啟動另一個數據庫進程,管理數據庫。這種切換并啟動新的數據庫核心的過程一般需要幾十秒到幾分鐘。

        這種方式的主要缺點在于:

        由于需要重新啟動數據庫核心進程,無法保證數據庫系統連續不間斷地運行

        在系統切換的過程中,客戶端與服務器之間的數據庫連接會中斷,需要重新進行數據庫的連接和登錄工作

        由于數據庫系統只能在一臺服務器上運行,另一臺服務器無法分擔系統的負載,實際上造成了客戶投資的浪費。在有些系統中,為了解決雙機負載分擔的問題,將應用系統人為分割為兩個數據庫系統,分別在兩臺服務器上運行。這種方式在一定程度上解決了負載分擔的問題,但給系統管理、統計分析等業務處理帶來了很多額外的復雜性

        1.1.2 Oracle數據庫集群RAC(Real Application Cluster)方案

         

        Oracle數據庫集群(RAC)方案示意圖

         

        Oracle數據庫集群(RAC)方式下,兩臺服務器上各自運行一個數據庫核心進程,但共同管理、操作一個數據庫。客戶端無論連接到哪個服務器都可以在數據庫中進行操作。當服務器A由于故障失效時,數據庫系統本身并未停止工作,連接在服務器B上的客戶端還可以繼續進行正常工作。同時,服務器B上也不需要再啟動新的數據庫服務器進程,因此也沒有“切換時間”。

        對于一些特殊應用中嚴格要求前端應用不能中斷的情況,Oracle并行服務器還提供了一種“預連接(pre-connect)”方式,以這種方式連接的客戶端當服務器端發生故障時,客戶端與數據庫服務器的連接不會中斷,會被Oracle并行服務器軟件自動轉接到還在正常工作的其它服務器上,不需要重新輸入用戶名及口令。

        與雙機熱備份方式相比,Oracle Real Application Cluster 并行服務器方式有以下優點:

        各服務器共享一個數據庫,在正常運行時可以進行負載分擔,數據庫系統性能相比雙機熱備方案有大幅度提升,且無需考慮應用數據的人為分割。

        并行服務器方式對應用完全透明,在應用程序設計和開發的過程中也不需要進行特殊編程,簡化了開發的復雜程度,同時今后系統擴展也無需修改應用程序。

        不需要重新啟動數據庫核心進程,縮短了故障造成的停機時間。

        不需要額外的第三方集群軟件

        1.1.3 Oracle RAC集群部署方案概述

         

        RAC的技術核心:高速緩存合并(Cache Fusion)技術。RAC體系架構統一管理集群中所有節點的高速緩存,利用各個節點間緩存相互通信(共享緩存)來這減少了昂貴的磁盤I/O(輸入/輸出)。一般來說,磁盤I/O操作是影響性能的最大問題。舉例說明:節點1如果想讀取Employee表的記錄,它首先查找自己內存中是否有此記錄,如果沒有,Oracle也不會向以前那樣直接從硬盤的數據庫中提取,而是繼續查找構成RAC的其它節點的高速緩存。如果其它節點有,它就可以直接從其它節點的高速緩存中讀取,從而避免了昂貴的磁盤I/O操作。而如果所有節點都沒有此數據,它才會去到數據庫中讀取,而它讀取到的數據又為所有節點所共享,以后其它節點有此需求就可以直接從這個節點的高速緩存中讀取。這種方法有效地擴展了數據庫高速緩存總量并減少了磁盤I/O ,從而大幅度地提高數據庫操作的速度。

        自動負載均衡

        客戶端程序每次申請連接到數據庫服務端時,Oracle的偵聽器(listener)在所有服務中找到負載最小的實例,重定向客戶連接到此實例。每次連接都是這樣進行,從而保持服務器各個節點負載很均衡,而避免集群內的服務器負載不均。

        高可用性:透明應用故障恢復(Transparent Application Failover

        這一集群體系結構的另一個主要優勢是多個節點內建的容錯性能。由于物理節點單獨運行,因此其中一個或多個節點的故障將不會影響到集群內其它節點。故障切換可在網格內任一節點上進行。即使在最惡劣的情況下,包括只有一個節點沒有停止工作,Oracle Real Application Clusters仍將能夠提供數據庫服務。這一體系結構允許將一組節點聯網或與網絡斷開,以進行維護,而同時其它節點能夠繼續提供數據庫服務。RAC 借助 Oracle 應用服務器,為連接池故障切換提供了內置的集成特性。借助這一特性,應用可立即了解發生的故障,而無需等待數十分鐘直到發生 TCP 超時故障。鑒于此,應用將可以立即采取相應的恢復措施;同時網格負載均衡將重新分配負載。

        Oracle RAC的部署效益

        具有Cache Fusion體系結構的Oracle Real Application Clusters為資金管理系統的運行提供了以下好處:

        高性能的計算資源供應:OracleRAC技術通過集群中的服務器并行處理,提高集群整體性能。OracleCache Fusion技術可實現集群節點內存信息的動態共享,提高了集群的整體性能。

        較之傳統集群體系結構更好的高可用性解決方案:該體系結構為客戶提供了幾乎連續的數據訪問,使硬件和軟件故障導致的業務中斷最小化。系統具備對多個節點失敗的容錯能力,使部件失敗屏蔽開最終用戶。

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