Oracle RAC：集群架构让数据库「横向扩展」

你有没有遇到过这种情况：

单库性能瓶颈，升级硬件也无济于事。

应用想连接集群，但数据库只有单机。

Oracle RAC，就是来解决这个问题的。

今天，认识 Oracle 的集群数据库架构。

RAC 是什么？

RAC（Real Application Clusters，真实应用集群）允许多个 Oracle 实例同时访问同一个数据库，提供横向扩展能力和高可用性。

Oracle RAC 架构：

        应用服务器
            │
            ▼
    ┌───────────────────┐
    │    客户端连接      │
    └───────────────────┘
            │
     ┌──────┴──────┐
     ▼              ▼
┌─────────┐    ┌─────────┐
│ Node 1  │    │ Node 2  │
│ Instance│    │ Instance│
│   SGA   │    │   SGA   │
│   PGA   │    │   PGA   │
└────┬────┘    └────┬────┘
     │              │
     └──────┬───────┘
            ▼
    ┌───────────────────┐
    │   共享存储         │
    │ (ASM / NFS / OCFS)│
    └───────────────────┘
            │
            ▼
    ┌───────────────────┐
    │   单一数据库        │
    │  (Data Files,     │
    │   Control Files,   │
    │   Redo Logs)      │
    └───────────────────┘

RAC 的核心优势

优势	说明
高可用性	单节点故障不影响服务
横向扩展	增加节点提升性能
负载均衡	多节点分担请求
高性能	多核 CPU 并行处理

RAC 组件

集群组件

组件	说明
OCR（Oracle Cluster Registry）	存储集群配置信息
Voting Disk	存储节点成员信息，用于节点心跳
Clusterware	Oracle 集群管理软件
VIP（Virtual IP）	虚拟 IP，屏蔽节点故障

数据库组件

组件	说明
实例	每个节点一个实例
SGA	共享内存区域
PGA	进程私有内存
Cache Fusion	节点间缓存同步

Cache Fusion

什么是 Cache Fusion？

Cache Fusion 是 RAC 最核心的技术，实现节点间内存数据的直接传输：

Cache Fusion 原理：

Node 1 需要 Node 2 缓存中的数据块
         ↓
Node 1 通过高速互联向 Node 2 请求数据块
         ↓
Node 2 将数据块直接发送给 Node 1
         ↓
Node 1 获得数据块，无需磁盘 I/O

缓存一致性

sql

-- 查看全局缓存服务统计
SELECT * FROM v$sysstat WHERE name LIKE '%cache fusion%';

-- 查看数据块传输统计
SELECT * FROM gv$gcscf_master_view;

-- 查看当前持有缓存资源的节点
SELECT * FROM gv$instance_feed;

客户端连接配置

TNS 连接串配置

sql

-- RAC 连接配置（负载均衡）
ORCL_RAC =
  (DESCRIPTION =
    (LOAD_BALANCE = yes)         -- 启用负载均衡
    (ADDRESS_LIST =
      (ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = rac01-vip)(PORT = 1521))
      (ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = rac02-vip)(PORT = 1521))
    )
    (CONNECT_DATA =
      (SERVER = DEDICATED)
      (SERVICE_NAME = orcl)
      (FAILOVER_MODE = (TYPE = SELECT)(METHOD = BASIC)(RETRIES = 20)(DELAY = 15))  -- TAO 故障切换
    )
  )

SCAN（Single Client Access Name）

Oracle 11gR2+ 提供 SCAN，简化客户端配置：

sql

-- SCAN 配置（在 DNS 中配置）
-- scan-cluster-scan.us.oracle.com -> 3 个 SCAN VIP

-- 客户端只需配置 SCAN
ORCL_RAC =
  (DESCRIPTION =
    (ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = scan-cluster-scan)(PORT = 1521))
    (CONNECT_DATA =
      (SERVICE_NAME = orcl)
    )
  )

负载均衡

连接级负载均衡

sql

-- 服务级负载均衡配置
BEGIN
    DBMS_SERVICE.MODIFY_SERVICE(
        service_name => 'orcl',
        goal => DBMS_SERVICE.GOAL_THROUGHPUT,  -- 吞吐量优先
        clb_goal => DBMS_SERVICE.CLB_GOAL_SHORT  -- 连接时间短优先
    );
END;
/

-- 查看服务配置
SELECT service_id, name, clb_goal, goal 
FROM dba_services;

运行时负载均衡

sql

-- 查看连接分布
SELECT inst_id, COUNT(*) AS connections
FROM gv$session
WHERE username IS NOT NULL
GROUP BY inst_id;

-- 查看 SQL 执行分布
SELECT inst_id, SUM(executions) AS total_executions
FROM gv$sql
GROUP BY inst_id;

RAC 存储

共享存储要求

存储类型	要求
Data Files	共享存储，所有节点可访问
Control Files	共享存储，多路复用
Redo Logs	共享存储，本地归档
OCR/Voting	OCRFS 或裸设备

ASM（Automatic Storage Management）

sql

-- 查看 ASM 磁盘组
SELECT group_number, name, type, total_mb, free_mb
FROM v$asm_diskgroup;

-- 查看 ASM 磁盘
SELECT disk_number, name, path, total_mb, free_mb
FROM v$asm_disk;

-- 创建 ASM 磁盘组
CREATE DISKGROUP data EXTERNAL REDUNDANCY
DISK '/dev/oracleasm/disks/DISK1',
     '/dev/oracleasm/disks/DISK2';

RAC 高可用机制

节点故障检测

sql

-- 查看集群节点状态
SELECT inst_id, instance_name, host_name, status
FROM gv$instance;

-- 查看 CSS（Cluster Synchronization Services）
SELECT * FROM v$css_stats;

VIP 故障切换

VIP 故障切换流程：

Node 1 故障
    ↓
CSS 检测到 Node 1 不可用
    ↓
Node 2 上的 Node 1 VIP 开始提供服务
    ↓
客户端请求自动路由到 Node 2
    ↓
应用无感知，继续服务

RAC 监控

关键视图

sql

-- 查看全局缓存统计
SELECT * FROM gv$cache_transfer;

-- 查看全局锁统计
SELECT * FROM gv$locks;

-- 查看实例间通信
SELECT * FROM gv$instance_cache_transfer;

-- 查看全局资源
SELECT * FROM gv$global_lock;

性能诊断

sql

-- 查看 Cache Fusion 效率
SELECT name, value
FROM v$sysstat
WHERE name LIKE 'gc%' OR name LIKE 'global cache%';

-- 查看全局_enqueue 统计
SELECT * FROM gv$enqueue_stat;

-- 查看当前活动的全局事务
SELECT * FROM gv$global_transaction;

RAC 安装与配置

安装前准备

bash

# 1. 配置共享存储
# 2. 配置互信（SSH）
ssh-keygen -t rsa
ssh-copy-id oracle@node2

# 3. 配置内核参数
# /etc/sysctl.conf

# 4. 配置用户资源限制
# /etc/security/limits.conf

# 5. 安装 Clusterware
./runInstaller

# 6. 安装 RAC 数据库
dbca

常见问题处理

sql

-- 节点无法加入集群
crsctl check cluster -all
crsctl start crs

-- OCR 损坏
ocrconfig -showfile
ocrcheck

-- Voting Disk 损坏
crsctl query css votedisk

面试高频问题

Q1: RAC 和 Data Guard 的区别？

RAC 通过多节点共享存储实现高可用和负载均衡；Data Guard 通过主备库同步实现灾备。两者可以结合使用。

Q2: 什么是 Cache Fusion？

Cache Fusion 是 RAC 的核心技术，实现节点间缓存数据的直接传输，无需磁盘 I/O，提高集群性能。

Q3: RAC 对存储的要求是什么？

必须使用共享存储（ASM、OCFS、NFS 等），所有节点必须能访问相同的数据文件、控制文件和日志文件。

总结

RAC 是 Oracle 的集群解决方案：

特性	说明
多实例	多个节点同时访问一个数据库
共享存储	所有节点共享数据文件
Cache Fusion	节点间缓存直接传输
负载均衡	多节点分担请求
高可用	节点故障自动切换

RAC 让数据库具备了横向扩展能力。

下一步

Oracle RAC 高可用：VIP、故障切换
Oracle ASM：自动存储管理

Oracle RAC：集群架构让数据库「横向扩展」 ​

RAC 是什么？ ​

RAC 的核心优势 ​

RAC 组件 ​

集群组件 ​

数据库组件 ​

Cache Fusion ​

什么是 Cache Fusion？ ​

缓存一致性 ​

客户端连接配置 ​

TNS 连接串配置 ​

SCAN（Single Client Access Name） ​

负载均衡 ​

连接级负载均衡 ​

运行时负载均衡 ​

RAC 存储 ​

共享存储要求 ​

ASM（Automatic Storage Management） ​

RAC 高可用机制 ​

节点故障检测 ​

VIP 故障切换 ​

RAC 监控 ​

关键视图 ​

性能诊断 ​

RAC 安装与配置 ​

安装前准备 ​

常见问题处理 ​

面试高频问题 ​

Q1: RAC 和 Data Guard 的区别？ ​

Q2: 什么是 Cache Fusion？ ​

Q3: RAC 对存储的要求是什么？ ​

总结 ​

下一步 ​