Oracle RAC资源管理算法与Cache-Fusion实现浅析

Oracle RAC（Real Application Clusters）是Oracle公司推出的一种数据库集群技术，它能够使多个数据库服务器共同工作，共享访问同一数据库存储，同时提供高可用性和可扩展性。Cache-Fusion是RAC中的一种机制，用于处理缓存中数据块的一致性问题，当多个实例同时需要操作同一个数据块时，Cache-Fusion能够保证数据块的最终一致性。 RAC资源管理算法是RAC为了有效地管理资源分配而设计的一种机制。它通过Master节点来控制资源的分配，确保资源利用的合理性和系统的稳定性。在RAC中，资源主要分为PCM（Parallel Cache Management）资源和Non-PCM资源。PCM资源涉及到数据块和重做日志块，而Non-PCM资源包括表、数据文件、系统更改号(SCN)、事务等需要全局同步的资源。 RAC的脑裂检测是为了确保集群中各个实例之间保持同步，避免出现集群分裂成几个独立的小集群，造成数据不一致的情况。脑裂检测分为操作系统层面和Oracle层面两个层次。操作系统层面通过每秒向Voting Disk写入计数来检测实例间通讯是否正常。Oracle层面通过Network Heartbeat和File-based Heartbeat来检测实例间的连通性。如果集群的多数节点失去了对Voting Disk的控制权，或者无法通过心跳检测到其他节点的存在，集群将进入脑裂状态，此时系统会采取措施进行恢复。 RAC资源分配算法通过物理节点和逻辑节点的概念来实现资源的映射和调度。物理节点实际上就是运行中的数据库实例，而逻辑节点是对物理节点在RAC内部的索引方式。逻辑节点本身是一个hash链表结构，链表中的每一项保存的是对应的物理节点号。资源到逻辑节点的映射通过hash算法来完成，计算出资源应映射到的逻辑节点。 在RAC中，资源是通过Master节点进行管理的。Master节点相当于资源调度的中心，当集群中的一个节点需要访问某一资源时，首先需要访问此资源的Master节点，以此判断资源是否可以获得以及是否正被其他节点独占访问。Non-PCM资源在所有RAC节点中平均分配，而PCM资源则根据节点的数据缓冲池（databuffer）大小不同而有所区别，即缓冲池越大的节点，管理的PCM资源也越多。 RAC通讯机制是集群内各个节点之间进行交互的方式，包括网络心跳和文件心跳两种方式。网络心跳由LMON（Lock Monitor）进程负责，而文件心跳则由CKPT（Checkpoint）进程负责，它每3秒更新一次Control File中的信息。 Cache-Fusion的实现主要涉及三种锁状态：R/R（Read/Read），W/R（Write/Read），W/W（Write/Write）。R/R指的是两个节点都在读取同一个数据块，不会产生冲突。W/R指的是一个节点在写入数据块，而另一个节点在读取，需要进行数据块的合并。W/W指的是两个节点都在尝试写入同一个数据块，此时需要通过Cache-Fusion技术来解决数据块的一致性问题，确保最终写入的数据是准确且一致的。 Cache-Fusion恢复是当出现节点间通信故障时，RAC集群如何通过Cache-Fusion技术恢复数据一致性的过程。RAC集群通过Cache-Fusion能够有效地同步缓存中的数据块，即使在多个实例中缓存了相同的数据块，也能保证这些数据块的内容最终是一致的，从而保证了数据的准确性和可用性。 总结来说，Oracle RAC通过其资源管理算法和Cache-Fusion机制，确保了在一个集群环境中，多个数据库实例能够高效且一致地访问和操作共享存储中的数据，同时在发生节点故障或脑裂的情况下，通过有效的资源调度和数据块同步机制，保证数据库的高可用性和数据的一致性。这些机制使得Oracle RAC特别适合于需要高吞吐量和高容错能力的关键业务应用场景。