Oracle RAC架构揭秘：高可用的核心机制

原创于 2025-09-08 22:18:38 发布 · 1.6k 阅读

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

Oracle RAC（Real Application Clusters） 的架构和工作机制的核心设计、高可用实现及关键技术原理：

RAC 是一种共享存储的多节点并行数据库架构，允许多个 Oracle 实例同时访问同一数据库，实现负载均衡和故障无缝切换。

组件	作用
多个数据库实例	每个节点运行独立的 Oracle 实例（包含 SGA、PGA 等内存结构）。
共享存储	所有节点通过SAN/NAS访问同一份数据库文件（数据文件、控制文件、在线日志）。
高速互联网络	节点间通过专用网络（如InfiniBand）通信，用于缓存同步和锁管理（Cache Fusion）。
集群管理软件	Oracle Clusterware（OCR、Voting Disk）管理节点状态和资源协调。

缓存融合（Cache Fusion）：
- 当节点A需要读取数据块时：
  - 若该块在节点B内存中，GCS 通过高速网络直接从节点B内存复制到节点A内存（避免磁盘I/O）。
  - 若数据块未被缓存，由持有者节点从磁盘读取并传输。
- 数据块状态管理：
  GCS 跟踪每个数据块在集群中的位置及状态（如 Exclusive、Shared）。

节点故障切换（Transparent Application Failover, TAF）：
客户端连接中断时，自动重连到存活节点，未提交事务回滚，已提交操作持续生效。
服务连续性（Service Continuity）：
通过 Fast Application Notification (FAN) 实时通知应用故障事件，触发快速重连。

类型	机制
客户端负载均衡	应用通过 TNS 连接字符串随机分发请求到不同节点。
服务端负载均衡	监听器（Listener）根据节点负载动态分配连接请求（需配置`LOAD_BALANCE=ON`）。

必须组件：
- OCR（Oracle Cluster Registry）：存储集群配置（节点、服务等信息）。
- Voting Disk：仲裁磁盘，解决节点分裂（Split-Brain）问题（需奇数个）。
- ASM（Automatic Storage Management）：Oracle 专用存储管理器，提供条带化、镜像等能力（推荐使用）。

数据文件管理：
将物理磁盘组抽象为逻辑卷，自动均衡 I/O 负载。
冗余机制：
- External Redundancy：依赖存储阵列冗余。
- Normal/High Redundancy：ASM 镜像数据块到不同磁盘组（类似 RAID 1/10）。

故障类型	RAC 响应机制
节点宕机	存活节点接管故障节点的 GCS/GES 资源，缓存中脏数据由存活节点写盘（Recovery）。
网络分裂	Voting Disk 仲裁多数派节点存活，隔离少数派节点（防止脑裂）。
存储链路中断	若多个节点无法访问共享存储，集群重启；若部分节点可访问，服务继续运行。

挑战	原因
写入扩展瓶颈	全局锁竞争（GES）和缓存融合网络开销可能限制写入性能。
存储单点风险	共享存储故障将导致整个集群不可用（需配合存储高可用如 RAID/ASM Mirroring）。
复杂度与成本	需专用硬件（高速网络、SAN）、License 昂贵，运维复杂。

Oracle RAC 的核心价值在于企业级高可用和计算层横向扩展，其通过 Cache Fusion 和 GES/GCS 实现多节点内存协同，但共享存储架构也带来成本与复杂性挑战。

适用场景：金融、电信等需要极高可用性且预算充足的 OLTP 系统。
替代方案：
- 预算有限场景可考虑 MySQL InnoDB Cluster（基于 Group Replication）或 PostgreSQL Patroni + HAProxy。
- 云原生环境推荐云厂商托管方案（如 Amazon RDS Multi-AZ）。