请简述RAC软件存储原理 ？

参考回答

Oracle RAC（Real Application Clusters）软件存储原理通过使用共享存储和分布式数据库实例来实现高可用性和扩展性。RAC集群架构允许多个节点的Oracle实例共同访问共享存储中的数据，以提供负载均衡、数据冗余和故障转移的功能。其核心存储原理主要包括以下几个方面：

1. 共享存储架构：所有RAC节点共享同一个物理存储（如SAN或NAS）。数据库的所有数据文件、重做日志文件、控制文件等都存储在共享存储中，确保所有节点能够访问和修改这些文件。

2. 数据库实例和存储的关系：每个RAC节点上都运行一个独立的Oracle实例，每个实例有自己的内存结构和进程，但所有实例都访问相同的共享存储。这种共享存储架构使得数据能够在多个节点之间一致地共享。

3. 缓存融合（Cache Fusion）：为了确保多个节点上的数据库实例对共享存储中的数据的一致性，RAC使用缓存融合技术。在每个节点上都有独立的缓存（内存中的数据块），当一个节点修改数据时，其他节点的缓存会同步更新，以避免数据不一致。

4. 全局资源目录（GRD）：全局资源目录是Oracle RAC存储架构的核心组件之一。它用于管理集群中所有节点对共享资源（如数据块和锁）的访问。GRD协调各个节点的数据访问请求，以确保一致性。

5. 事务一致性与锁管理：RAC系统中，每个节点的Oracle实例需要通过全局锁管理来确保事务一致性。锁机制确保在分布式环境中，多个节点不会对同一数据块进行冲突的修改。

6. 故障恢复与高可用性：RAC的共享存储架构提供了容错能力，当某个节点发生故障时，其他节点仍然可以继续访问共享存储，并保证数据库的持续运行，避免单点故障。

详细讲解与拓展

1. 共享存储架构：

   • RAC节点通过共享存储设备（如SAN存储）访问相同的数据文件。所有RAC节点访问的数据库文件（数据文件、控制文件、重做日志文件等）都存储在这个共享存储中。通过共享存储，多个Oracle实例可以同时对数据进行处理和访问。
   • 存储必须是高可用的，因为RAC的性能和可用性依赖于存储系统的稳定性和可靠性。如果存储系统发生故障，整个集群的数据库将无法访问。
2. 数据库实例和存储的关系：
   • 每个RAC节点运行一个独立的数据库实例，并且每个实例都可以对共享存储中的数据进行操作。虽然每个节点有独立的内存结构，但它们通过共享存储和通信机制来确保数据的一致性。
   • 每个数据库实例维护自己的一份缓存（SGA，System Global Area），但是它们通过缓存融合（Cache Fusion）协议同步缓存中的数据块，确保节点间的一致性。
3. 缓存融合（Cache Fusion）：
   • 缓存融合是RAC存储原理中的关键技术，确保各节点缓存的数据块的一致性。在RAC中，每个实例的内存（缓存）中可能存储了相同的数据块。如果一个节点修改了某个数据块，其他节点的缓存也需要更新。缓存融合技术通过跨节点的通信，实时同步缓存的变化，确保数据一致性。
   • 举个例子，假设节点1修改了一个数据块的内容，这时节点2如果也需要访问该数据块，会通过Cache Fusion技术从节点1获取更新后的数据块。
4. 全局资源目录（GRD）：
   • 全局资源目录（Global Resource Directory）是RAC系统中用于管理资源访问的核心组件。GRD负责记录集群中各节点持有的锁信息，确保不同节点对共享资源的访问是协调的。通过GRD，RAC能够实现资源的锁定和解锁，避免多个节点同时访问同一个数据块而引发冲突。
   • GRD的工作原理类似于数据库中的锁管理系统，所有节点都可以查询GRD来确定资源的状态，并做出相应的操作。
5. 事务一致性与锁管理：
   • 在RAC环境下，事务的一致性和数据完整性依赖于锁机制。全局锁管理系统（Global Enqueue Service）负责跨节点管理数据块的锁，确保不同节点对相同数据块的访问不会产生冲突。通过全局锁，RAC能够确保事务的隔离性，并避免数据的不一致性。
   • 当一个节点获取到数据块的写锁时，其他节点会被阻塞，直到写锁被释放。此机制保证了在多节点环境下的事务一致性。
6. 故障恢复与高可用性：
   • RAC系统的高可用性得益于其共享存储架构和集群机制。当某个节点发生故障时，其他节点可以继续访问共享存储中的数据，并继续提供数据库服务，避免了单点故障。
   • 此外，RAC通过Oracle Clusterware（集群软件）和Oracle Data Guard等技术来提供故障转移和灾难恢复能力。集群中其他节点可以接管故障节点的工作，确保系统的持续运行。

拓展知识：

1. 存储类型和要求：
   • 在RAC架构中，存储是至关重要的。通常，RAC使用共享存储解决方案，如SAN（Storage Area Network）或NAS（Network Attached Storage）。这些存储解决方案支持多个节点同时访问相同的数据文件，并保证数据一致性和高性能。
   • 存储设备的性能（例如I/O吞吐量、延迟等）直接影响到RAC系统的性能。如果存储系统不够强大，可能会成为性能瓶颈，影响RAC系统的整体表现。
2. RAC与传统单节点数据库的区别：
   • 与传统的单节点数据库不同，RAC采用了多节点并行处理的架构，使得数据库能够在多个节点之间分配负载，从而提高了性能和可用性。每个节点都独立处理查询请求，但所有节点共同访问同一个数据库文件，确保数据的一致性。
   • 在单节点数据库中，所有的操作都由一个节点处理，所有资源和数据存储也都集中在这个节点上，而RAC则通过集群方式分担负载，增强了系统的扩展性。
3. RAC的扩展性：
   • RAC系统可以通过增加更多的节点来扩展性能。每当业务负载增加时，可以通过扩展RAC节点来平衡负载，从而提高系统的处理能力和吞吐量。
   • 此外，RAC还提供了故障隔离能力，某个节点的故障不会影响整个数据库集群的运行。

总结：RAC软件存储原理通过共享存储架构和多个数据库实例的协同工作来实现高可用性和扩展性。RAC使用缓存融合技术保证数据一致性，通过全局资源目录和锁管理确保事务的一致性，同时提供容错和故障恢复能力。通过共享存储和分布式处理，RAC提供了比传统单节点数据库更高的性能和可靠性。