王駿翔

(中海網(wǎng)絡科技股份有限公司，上海 200135)

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基于Oracle12c DBaaS構(gòu)建云計算數(shù)據(jù)服務體系

王駿翔

(中海網(wǎng)絡科技股份有限公司，上海 200135)

摘要:為使企業(yè)能在信息系統(tǒng)劇增、數(shù)據(jù)孤島難以管理和服務器資源大量浪費的環(huán)境下降低成本、提高數(shù)據(jù)存儲效率、加快應用開發(fā)速度、提高信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引入適用的云計算技術(shù)。詳細闡述構(gòu)建企業(yè)級云計算數(shù)據(jù)服務平臺的建設思路，并通過實際工程案例系統(tǒng)地介紹某大型集團企業(yè)如何利用Oracle 12c多租戶架構(gòu)來構(gòu)建具有高可用性(High Availability, HA)和強擴展性的數(shù)據(jù)服務體系。

關鍵詞:云計算；服務器虛擬化；DBaaS數(shù)據(jù)服務；PaaS云平臺；Oracle 12c

0引言

目前，隨著大型集團企業(yè)的信息系統(tǒng)建設不斷發(fā)展，服務器運算能力不足和數(shù)據(jù)服務配置重復等問題越來越多，由此帶來了極大的企業(yè)數(shù)據(jù)安全隱患和系統(tǒng)架構(gòu)混亂等問題。常見的數(shù)據(jù)混亂有一套系統(tǒng)使用多個數(shù)據(jù)源、多套系統(tǒng)共用1個數(shù)據(jù)源、基礎數(shù)據(jù)重復管理混亂等，這些都是阻礙企業(yè)信息系統(tǒng)長遠發(fā)展的不利因素。

傳統(tǒng)企業(yè)級的數(shù)據(jù)庫服務底層一般是由國際商業(yè)機器公司小型機、X86服務器及虛擬化平臺上的VM構(gòu)建而成。對于大型集團企業(yè)而言，直屬或下屬的各類業(yè)務系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)數(shù)量通常較多且相對零散，由此承擔業(yè)務數(shù)據(jù)存儲及交易的數(shù)據(jù)庫服務器隨之與日俱增，這樣日積月累就形成了企業(yè)內(nèi)部的一個個數(shù)據(jù)孤島。某大型集團企業(yè)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)服務層架構(gòu)見圖1。

圖1　某集團企業(yè)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)服務層架構(gòu)

伴隨著云計算的發(fā)展，人們對租賃式數(shù)據(jù)服務的關注度越來越高。通過科學的整合現(xiàn)有企業(yè)內(nèi)的一個個數(shù)據(jù)孤島并以自服務的方式提供給用戶使用，可為我們帶來：

(1)大幅度整合了硬件服務器的資源規(guī)劃，包括OLTP和OLAP系統(tǒng)；

(2)大幅度縮短了計劃和意外停機時間；

(3)在高可用性和性能之間不必再取舍權(quán)衡；

(4)極大地提高了運營效率，為自動化運維服務打下了基礎；

(5)解決了虛擬化層數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性和支持性問題；

(6)提升了企業(yè)數(shù)據(jù)服務平臺的自服務能力。

1DBaaS數(shù)據(jù)服務的需求與價值

1.1　DBaaS數(shù)據(jù)服務的發(fā)展趨勢

在企業(yè)信息系統(tǒng)建設不斷發(fā)展、硬件設備老化接近使用年限等因素影響下，目前某大型集團企業(yè)利用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了內(nèi)部私有云IaaS平臺的建設。云計算虛擬化技術(shù)給該企業(yè)帶來了服務器運算資源集中、應用開發(fā)速度加快、成本降低、信息系統(tǒng)穩(wěn)定性提高等顯著成效。

隨著IaaS基礎架構(gòu)層的服務器虛擬化技術(shù)不斷發(fā)展，如何對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務資源進行有效地整合和再利用逐漸引起該企業(yè)的關注，對此進行了相關技術(shù)研究。 同服務器虛擬化技術(shù)一樣，其也將給企業(yè)信息化帶來革命性改變。

1.2　DBaaS數(shù)據(jù)服務的企業(yè)價值和意義

在引入DBaaS數(shù)據(jù)服務之前，該企業(yè)運用的是傳統(tǒng)松散型數(shù)據(jù)庫架構(gòu)，缺點主要有：

(1)多元化平臺不利于統(tǒng)一管理；

(2)繁多的數(shù)據(jù)孤島不利于企業(yè)進行大規(guī)模信息系統(tǒng)建設；

(3)IBM和惠普(Hewlett-Packard，HP)等小型機的運維使用成本高昂；

(4)虛擬化平臺的數(shù)據(jù)庫穩(wěn)定性和磁盤I/O讀寫性能較低。

此外，無論是公有云還是私有云，客戶均把數(shù)據(jù)庫放在1個平臺上，通過將虛擬機“切”成小片的方式做到多用戶，安全和管理、系統(tǒng)開銷和性能損耗都是不容忽視的。

1.3　Oracle12c DBaaS數(shù)據(jù)服務的規(guī)劃

針對該企業(yè)的1個個信息數(shù)據(jù)孤島，合理整合資源并適時引入云計算多租戶模式數(shù)據(jù)服務體系，是構(gòu)建企業(yè)級統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務DBaaS平臺的有效手段，而采用Oracle 12c構(gòu)建DBaaS平臺是企業(yè)級信息化的優(yōu)先選擇。

利用Oracle 12c的多租戶架構(gòu)來構(gòu)建獨立的數(shù)據(jù)庫池化PaaS層能讓客戶共享操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫；同時，每個數(shù)據(jù)服務載體單獨承載，由Oracle Cloud Control統(tǒng)一管理，與以往的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)完全不同。

DBaaS數(shù)據(jù)服務層可通過Oracle RAC和Dataguard的高效無縫結(jié)合使整個平臺具有容災性強、易于擴展和靈活性強等特點。[1]傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫到DBaaS數(shù)據(jù)服務的轉(zhuǎn)型見圖2。

圖2　傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫到DBaaS數(shù)據(jù)服務的轉(zhuǎn)型

2DBaaS數(shù)據(jù)服務架構(gòu)的設計

設計合理的服務器資源池，按不同業(yè)務需求對該企業(yè)的各數(shù)據(jù)庫服務器資源進行分類，并將其納入不同的服務器資源池中；借助Oracle 12c的云計算多租戶(Multitenant Environment)服務架構(gòu)實現(xiàn)不同業(yè)務類型服務器資源的最大隔離，促進現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫服務器資源的合理、有效利用。[2]數(shù)據(jù)服務層架構(gòu)見圖3。

若該企業(yè)所有的數(shù)據(jù)庫服務統(tǒng)一納入DBaaS數(shù)據(jù)服務平臺，則預估企業(yè)原有的IaaS層虛擬化占比將提高30%~35%，重復的系統(tǒng)資源利用率將減少約20%。

圖3　DBaaS數(shù)據(jù)服務層架構(gòu)

2.1　數(shù)據(jù)服務資源池設計

根據(jù)該企業(yè)的IT資源及其下屬各公司的業(yè)務需求，將現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫服務器劃分為以下資源池：

(1) 測試系統(tǒng)資源池，為企業(yè)日常應用模塊的開發(fā)和上線測試提供數(shù)據(jù)庫服務支持；

(2) 生產(chǎn)系統(tǒng)資源池，為企業(yè)業(yè)務應用系統(tǒng)的日常運營提供數(shù)據(jù)庫服務支持。

同時，可通過對資源池(內(nèi)存、CPU和 存儲空間)進行統(tǒng)一控制，保證各業(yè)務系統(tǒng)間不會因負載問題而相互影響。

通過PDB實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，解決數(shù)據(jù)孤島的問題(見圖4)。

圖4　CDB與PDB的統(tǒng)一管理

在Oracle 12c出現(xiàn)之前，Oracle數(shù)據(jù)庫只能通過Schema進行用戶模式隔離，現(xiàn)在引入數(shù)據(jù)庫容器(Container DataBase, CDB)和可插拔式數(shù)據(jù)庫(Pluggable DataBase, PDB)，且在多租用戶環(huán)境中允許CDB承載多個PDB。PDB技術(shù)構(gòu)造的可組裝式數(shù)據(jù)庫可讓此前意義上的多個數(shù)據(jù)庫一起共享，真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)多租戶架構(gòu)。[3]

2.2　數(shù)據(jù)服務模板的設計

根據(jù)該企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，定制相應的測試和生產(chǎn)環(huán)境PDB模板，并根據(jù)系統(tǒng)壓力和負載情況規(guī)劃不同的數(shù)據(jù)庫類型(如RAC One Node和RAC)。

(1) 第一類為測試及小負荷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可通過RAC One Node方式部署，利用RAC Cluster的HA高可用性保證其業(yè)務數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行；

(2) 第二類為核心生產(chǎn)及高負荷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可通過多節(jié)點RAC方式部署，利用多節(jié)點的計算資源及RAC Cluster的HA高可用性保證其業(yè)務數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有高并發(fā)處理能力。

2.3　數(shù)據(jù)服務高可用設計

1) 通過RAC和Resource Manager實現(xiàn)大規(guī)模并發(fā)處理能力，解決資源分配問題。

在Oracle DBaaS服務層中，通過Oracle 12c RAC技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫服務底層的多點計算資源HA高可用冗余的設計；根據(jù)實際的業(yè)務系統(tǒng)負荷及資源控制，動態(tài)地增加計算節(jié)點資源；根據(jù)不同的PDB負荷，靈活、動態(tài)地調(diào)整資源，確保整個數(shù)據(jù)庫池穩(wěn)定、高效地運行。集群中PBD的靈活資源分配見圖5。

圖5　集群中PDB的靈活資源分配

(1) 利用Resource Manager可控制會話、并行執(zhí)行服務器、CPU及Exadata I/O；

(2) CDB中的大量資源(守護進程、SGA等)共享給每個 PDB；

(3) 可對每個 PDB 施加“上限”(也稱最高利用率限制)；

(4) 向CDB中插入新的PDB；

(5) 動態(tài)增加RAC中的節(jié)點數(shù)，并插入PDB。

2) 通過Active Dataguard實現(xiàn)高冗余數(shù)據(jù)保護能力。

在Oracle DBaaS服務層中，通過對核心業(yè)務系統(tǒng)進行Oracle Active Dataguard的部署，將數(shù)據(jù)服務池中的Plugging DB實時復制到災備環(huán)境，以保證數(shù)據(jù)服務存儲資源安全、可靠。DBaaS數(shù)據(jù)服務層容災架構(gòu)見圖6。

圖6　DBaaS數(shù)據(jù)服務層容災架構(gòu)

3DBaaS數(shù)據(jù)服務的部署與實現(xiàn)

與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫硬件架構(gòu)有所不同，DBaaS數(shù)據(jù)服務平臺主要用于解決企業(yè)級的數(shù)據(jù)孤島問題、提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務管理、提高數(shù)據(jù)利用率及實現(xiàn)高負荷的讀寫交互性能。由此，在搭建底層硬件平臺時，數(shù)據(jù)存儲的I/O性能、計算節(jié)點的高可用性和內(nèi)部交互速率的穩(wěn)定性就變得尤為重要。

經(jīng)過技術(shù)參數(shù)比對和實際性能測試，可通過網(wǎng)絡交互層和數(shù)據(jù)存儲層解決以上硬件問題。

3.1　通過部署Infiniband交換機解決RAC數(shù)據(jù)群集的內(nèi)部交互 [4]問題

采用Intel架構(gòu)處理器的輸入/輸出性能會受到PCI或PCI-X總線的限制，總線的吞吐能力是由總線時鐘(如33.3 MHz，66.6 MHz以及133.3 MHz)和總線寬度(32位或64位)決定的。在最常見的配置中，PCI總線速度被限制在500 MB/s，而PCI-X總線速度被限制在1 GB/s。這種速度上的限制制約了服務器和存儲設備、網(wǎng)絡節(jié)點及其他服務器通信的能力。

InfiniBand主要是針對服務器端高速互聯(lián)問題設計的，提供了超高的帶寬和極低的延遲。相較于以10 GB為主的以太網(wǎng)及以16 GB為主的光纖網(wǎng)，InfiniBand能提供40~120 GB/s的帶寬， 大幅提升了數(shù)據(jù)交換的性能。

圖7　網(wǎng)絡層架構(gòu)

3.2　通過部署高性能SSD磁盤和Oracle ASM解決數(shù)據(jù)庫I/O讀寫交互問題

3.2.1高性能固態(tài)SSD磁盤

傳統(tǒng)的企業(yè)級硬盤的IOPS(Input/Output Operations Per Second)在150~200，吞吐率在200 MB/s以內(nèi)。而固態(tài)硬盤(Solld State Drives, SSD)可輕易地做到20 000以上的IOPS及500 MB/s以上的吞吐，大幅提升了存儲性能， 成為目前提升存儲性能的重要手段，且更加省電。經(jīng)測試，各種存儲介質(zhì)的性能指標比見表1。

表1　各種存儲介質(zhì)的性能指標比

3.2.2Oracle ASM共享存儲管理

自動存儲管理( Automatic Storage Management，ASM)是Oracle提供的卷管理器，主要服務于RAC群集環(huán)境中的共享文件系統(tǒng)，提供了與平臺無關的文件系統(tǒng)、邏輯卷管理及軟磁盤陣列(Redundant Arrays of Independent Disks, RAID)服務。ASM可支持條帶化和磁盤鏡像，從而實現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫被加載的情況下添加或移除磁盤及自動平衡I/O以刪除“熱點”。

ASM可確保主盤區(qū)及其鏡像副本不會駐留在相同的故障組中，磁盤組的冗余可有雙向鏡像文件(至少需要兩個故障組)的普通冗余(默認冗余)和使用三向鏡像(至少需要3個故障組)提供較高保護程度的高冗余2種形式。

在DBaaS數(shù)據(jù)服務池底層，將選用三向鏡像(高度冗余技術(shù))來提高性能和數(shù)據(jù)的安全。在Oracle ASM底層將最少需要3塊磁盤(3個failure group)，有效磁盤空間是所有磁盤設備空間之和的1/3。雖然存儲硬件的代價有所增高，但數(shù)據(jù)安全的冗余級別也大大地得到了保護。三向鏡像(高冗余存儲)數(shù)據(jù)塊寫入方式見圖8。

圖8　三向鏡像(高冗余存儲)數(shù)據(jù)塊寫入方式

3.3　通過Plug-In方式遷移傳統(tǒng)零散數(shù)據(jù)庫至DBaaS服務

在Oracle 12c的平臺中可通過傳輸表空間、Datapump全庫導入和升級Plug-In等3種方式遷入。此次遷移中，該企業(yè)選用了較為快速和穩(wěn)妥的升級Plug-In方式完成，Oracle 10.2.0.5升級至12.1.0.1的詳細步驟為：

SQL>ORACLE_HOME/perl/bin/perl catctl.pl -n 3 catupgrd.sql

SQL>alter database open read only;

SQL>exec DBMS_PDB.DESCRIBE(‘/tmp/pdbl.xml’)

SQL>shutdown immediate;

SQL:CDB12C>create pluggable database PDB using ‘/tmp/pdbl.xml’) nocopy tempfile reuse;

sqlplus “sys/oracle@PDB1 as sysdba”

SQL:PDB1>startup

SQL:PDB1>@?/rdbms/admin/nocdb_to_pdb.sql

4結(jié)語

現(xiàn)今，越來越多的企業(yè)須面對服務器虛擬化資源整合原有數(shù)據(jù)層服務模式轉(zhuǎn)型的局面。在此背景下，在企業(yè)私有云平臺中構(gòu)建一個適用于企業(yè)自身的數(shù)據(jù)服務體系變得尤為重要。

通過云計算DBaaS 數(shù)據(jù)服務技術(shù)實現(xiàn)大型企業(yè)數(shù)據(jù)庫的資源整合是較為高效、穩(wěn)妥和高冗余的建設方案。該企業(yè)在進行DBaaS數(shù)據(jù)服務平臺建設前后的技術(shù)指標對比見表2。

表2　企業(yè)在進行DBaaS數(shù)據(jù)服務平臺建設前后的技術(shù)指標對比

由表2可知，不僅整體DBaaS數(shù)據(jù)服務的性能得以提升，而且給整個架構(gòu)體系模式帶來了質(zhì)的飛躍。未來所有數(shù)據(jù)服務需求都可在該DBaaS平臺上進行統(tǒng)一的資源開設、管理和回收，能極大地降低企業(yè)運維成本和數(shù)據(jù)服務資源的生命周期管理。

參考文獻：

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[2]Rodero-Merino L, Vaquero L M, Caron E,etal. Building safe PaaS clouds: A Survey on Security in Multitenant Software Platforms ☆[J]. Computers & Security, 2012, 31(1):96-108.

[3]Freeman R. Oracle Database 12c New Features[J]. McGraw-Hill Professional, 2014, 10(6).

[4]Authors U. Oracle 03 Enterprise Manager Ops Center Adding InfiniBand Switches 12c Release 1 (12.1.1.0.0)[J]. Informationweek, 2012.

Design and Implementation of Cloud Computing DBaaS Platform Based on Oracle12c

WangJunxiang

(China Shipping Network Technology Co.,Ltd ,Shanghai 200135，China)

Abstract:The cloud computing DBaaS is introduced to cope with the ever growing information system and the mass of isolated information islands, which have been obstructing the informatization of large group enterprises. The way of constructing enterprise cloud computing DBaaS is explained in detail. The experience of a large Group enterprise in building a data service system is presented. The system, constructed on the basis of 12C Oracle multitenant architecture, proves to be of high availability and scalability.

Key words:cloud computing; server virtualization; DBaaS Platform; paas platform; oracle 12c

中圖分類號：TP311.52

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5949(2015)04-071-06

作者簡介：王駿翔(1987—)，男，上海市人，主要從事系統(tǒng)運維工作。

收稿日期：2015-03-01