黎其宇

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基于SQL Server Alwayson技術(shù)的負載均衡研究

黎其宇

民航中南空管局通信網(wǎng)絡(luò)中心，廣東 廣州 510405

在主流關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，Oracle有RAC群集，MySQL有HAProxy等多個負載均衡方案。雖然SQL Server 2012隆重推出了Alwayson高可用性技術(shù)，但始終沒有實現(xiàn)真正意義上的負載均衡。因此，從Alwayson技術(shù)出發(fā)，基本實現(xiàn)了只讀負載。

Alwayson高可用性；負載均衡；TDS協(xié)議

在這個大數(shù)據(jù)時代，需要處理的內(nèi)容越來越多，我們需要更高性能的讀寫IO來實現(xiàn)我們的業(yè)務(wù)需求。

1 Alwayson技術(shù)介紹

Alwayson是SQL Server新增的一個高可用性和災(zāi)難恢復(fù)解決方案。在Alwayson之前，SQL Server已有的高可用性方案，如數(shù)據(jù)庫鏡像、日志傳送和故障轉(zhuǎn)移群集均有各自的局限性。[1]而Alwayson則是提取了數(shù)據(jù)庫鏡像和故障轉(zhuǎn)移群集的優(yōu)點，并且有更簡化的高可用性部署。

圖1 Windows Server故障轉(zhuǎn)移群集

如圖1所示，Alwayson高可用性組允許將一組數(shù)據(jù)庫同步到最多4個副本節(jié)點，在最新的SQL Server 2014則支持8個副本節(jié)點。每組可用性數(shù)據(jù)庫都由一個“可用性副本”承載。有兩種類型的可用性副本，分別為“主副本”和“輔助副本”。[2]前者用于承載主數(shù)據(jù)庫，后者則承載一組輔助數(shù)據(jù)庫并作為可用性組的潛在故障轉(zhuǎn)移目標。主副本使主數(shù)據(jù)庫可用于客戶端的讀寫連接。此外，它在稱為“數(shù)據(jù)同步”的過程中使用，在數(shù)據(jù)庫級別進行同步。主副本將每個主數(shù)據(jù)庫的事務(wù)日志記錄發(fā)送到每個輔助數(shù)據(jù)庫，然后將它們應(yīng)用到相應(yīng)的輔助數(shù)據(jù)庫。主數(shù)據(jù)庫與每個連接的輔助數(shù)據(jù)庫獨立進行數(shù)據(jù)同步。

2 該技術(shù)的負載均衡分析

Always高可用性組可以支持簡單第一副本的負載均衡，但有較多的限制。

首先要將某“可用性組”的屬性設(shè)置為：可讀輔助副本“僅讀意向”。

圖2 可用性副本

然后通過執(zhí)行sql腳本，建立read指針。在當(dāng)前的primary上為每個sqlserver instance建立[instance name=>instance tcp url]的對應(yīng)關(guān)系。再執(zhí)行相應(yīng)sql腳本，建立primary 與read only db的關(guān)系。在當(dāng)前的primary上為各個primary建立對應(yīng)的read only url 列表（有優(yōu)先級概念）。最終訪問偵聽器IP則可以實現(xiàn)主節(jié)點和第一輔助節(jié)點的讀寫分離，而且不是均衡分配。這個負載是有限制的，要求客戶端請求必須增加“ApplicationIntent=ReadOnly”連接串。為了實現(xiàn)這樣的負載，程序需先判斷出請求是否為只讀，必須修改大量的程序代碼，不利于實際應(yīng)用。

Alwayson可用性組的監(jiān)聽器Listener是可以配置只讀副本的負載，但只連接到可用的第一副本，并沒有把只讀IO均衡地分配到輔助副本上。

3 使用會話代理技術(shù)實現(xiàn)只讀負載

當(dāng) SQL Server 數(shù)據(jù)庫引擎與應(yīng)用程序通信時，它將使用稱為“表格格式數(shù)據(jù)流”（TDS）數(shù)據(jù)包的 Microsoft 通信格式來格式化通信數(shù)據(jù)。服務(wù)器為每個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議創(chuàng)建一個稱為“TDS 端點”的 SQL Server 對象。在服務(wù)器中，TDS 端點是在 SQL Server 安裝過程中由 SQL Server 安裝的。

TDS是一種協(xié)議，一系列描述兩個計算機間如何傳輸數(shù)據(jù)的規(guī)則。[3]像別的協(xié)議一樣，它定義了傳輸信息的類型和他們傳輸?shù)捻樞?，描述了?shù)據(jù)如何流動。表格數(shù)據(jù)流協(xié)議是建立在TCP/IP Net-Library之上的，包含在TCP數(shù)據(jù)段內(nèi)。TDS用1433端口進行數(shù)據(jù)庫通信。

TDS協(xié)議位于TCP的數(shù)據(jù)段內(nèi)，結(jié)構(gòu)為：IP，TCP，TDS頭，TDS的DATA段。在知道了TDS協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，使用中間人會話代理的方式，建立一個中間節(jié)點服務(wù)器（暫稱為Master），捕捉客戶端發(fā)送過來的TDS數(shù)據(jù)包。當(dāng)捕捉到TDS請求數(shù)據(jù)包，截取里面的請求內(nèi)容。如果是只讀請求的話，將該數(shù)據(jù)包的主要內(nèi)容不修改，修改源地址為Master的IP，修改目標地址為只讀副本，實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)到Alwayson的只讀副本（暫稱為Slave）。這里面有兩個細節(jié)，第一，如果請求內(nèi)容沒有包括Alter、Update、Insert以及Delete等關(guān)鍵字，則認為是只讀請求；第二，如果有多個Slave，則存在Slave選擇的問題，那么我們可以采取遍歷Slave的分配方式，初步平衡各個只讀副本的壓力，這個均衡算法可以進一步優(yōu)化。

Master同時還要監(jiān)聽Slave返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，用修改源地址和目標地址的方式轉(zhuǎn)發(fā)響應(yīng)數(shù)據(jù)包。至此完成客戶端訪問Slave的只讀請求轉(zhuǎn)發(fā)。

同樣地，客戶端要訪問非只讀請求時，Master則將這個TDS數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到主節(jié)點（暫稱主Slave），以此實現(xiàn)只寫或讀寫請求的路由。

4 結(jié)語

綜上所述，Alwayson技術(shù)主打的亮點是數(shù)據(jù)的高可用性，并沒有實現(xiàn)真正意義的負載均衡。通過Alwayson的監(jiān)聽器，實現(xiàn)了主節(jié)點與第一輔助節(jié)點的讀寫分離，要使用此功能需修改程序，使之適應(yīng)訪問字符串的。

為了讓數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實現(xiàn)更好的負載均衡，可以通過中間數(shù)據(jù)包代理的方式，實現(xiàn)只讀請求的負載。中間數(shù)據(jù)包代理的方式要求深入研究TDS的通信機制。

[1]宋沄劍.SQL Server 2012中的AlwaysOn嘗試[EB/OL].[2012-03-20].http://www.cnblogs.com/CareySon/archive/2012/03/20/2407719.html.

[2]McKay.Sql server Always On 讀寫分離配置方法[EB/OL].[2014-04-22].http://www.cnblogs.com/aarond/p/3679915.html.

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1009-6434（2016）04-0015-01