1.3.3 数据库共享存储集群
本小节主要介绍数据库共享存储集群的概念、架构设计和特性。
1．概念
数据库共享存储集群（Data Shared Cluster，DSC），允许多个数据库实例同时访问、操作同一数据库，即是一个多实例、单数据库的系统，具有高可用性、高性能、负载均衡等特性。用户可以登录集群中的任意一个数据库实例获得完整的数据库服务。此外，DSC支持故障自动切换和故障自动重加入，也就是某一个数据库实例发生故障后，仍然可以提供数据库服务。
DSC得以实现的重要基础就是共享存储，支持的共享存储有两种：裸设备和自动存储管理（Auto Storage Management，ASM）。这两种存储的区别在于后者在前者的基础上，也就是ASM文件系统。
2．架构设计
数据库共享存储集群主要由数据库和数据库实例、共享存储、本地存储、通信网络、集群同步服务（Cluster Synchronization Services，CCS）组成。下面以部署了ASM文件系统的DSC为例，展示DSC系统架构，如图1-3所示。
（1）数据库和数据库实例。
数据库是一个文件集合（包括数据文件、临时文件、重做日志文件和控制文件等），保存在物理磁盘或文件系统中。
数据库实例就是一组操作系统进程（或者是一个多线程的进程）和一些内存。通过数据库实例可以操作数据库。一般情况下，访问、修改数据库都是通过数据库实例来完成的。
（2）共享存储。
DSC中，为了实现多个实例同时访问、修改数据，要求将数据文件、控制文件、重做日志文件保存在共享存储中。DSC支持使用裸设备或ASM文件系统作为共享存储。
配置DSC所需的DM集群注册表（DM Clusterware Registry，DCR）、表决磁盘（VOTD Disk，VTD）也必须保存在共享存储上（目前仅支持裸设备存放DCR和VOTD Disk）。
图1-3 DSC的系统架构
（3）本地存储。
DSC中，本地存储用来保存配置文件（记录数据库实例配置信息的dm.ini、dmarch.ini、dmmal.ini）、本地归档日志和远程归档日志。
（4）通信网络。
DSC中，通信网络分为内部网络和公共网络两个部分。在实际应用中，一般还存在服务器到共享存储的网络。内部网络用于数据库实例之间交换信息和数据。公共网络用于对外提供数据库服务，用户使用公共网络地址登录DSC，访问数据库。
（5）集群控制。
集群控制是集群的重要组成部分。CSS就是一款集群控制软件，专门负责监控集群中各个节点的运行状态。CSS的主要功能包括管理集群的启动和关闭、处理控制节点故障，以及管理节点重加入流程。
（6）重做日志。
重做（Redo）日志是记录改变物理操作的日志。
3．特性
DSC的主要特性包括高可用性、高吞吐量和负载均衡。
（1）高可用性：只要集群中有一个活动节点，就能正常提供数据库服务。
DSC提供了一种数据库可用性极高的解决方案。当出现系统故障、硬件故障，或者人为操作失误时，CSS检测故障，并自动将故障节点踢出集群，保障数据库服务的正常提供。
故障节点的用户连接会自动切换到活动节点，这些连接上的未提交事务将被回滚，已提交事务不受影响；活动节点的用户连接不受影响，正在执行的操作将被挂起一段时间，在故障处理完成后，继续执行。
当CSS检测到故障节点恢复时，自动启动节点重加入流程，将恢复的故障节点重新加入DSC，将集群恢复到正常的运行状态。因此，通过部署DSC，可以在一定程度上避免由软、硬件故障引起的非计划停机情况的发生，减少这些意外给客户带来的损失。
与同样使用共享存储的双机热备系统相比，DSC具有更快的故障处理速度。双机热备系统故障切换时，需要重做完整的Redo 日志，所有数据都需要重新从磁盘加载，而DSC处理故障时，只需要重做故障节点的Redo日志，并且大部分数据页已经包含在处理节点的 Buffer 缓冲区中，不需要重新从磁盘加载。
（2）高吞吐量：多个节点同时提供数据库服务，有效提升集群的整体事务处理能力。
DSC中包含多个数据库实例，数据库实例访问独立的处理器、内存，数据库实例之间通过缓存交换技术提升共享数据的访问速度，且每个数据库实例都可以接收并处理用户的各种数据库请求。
与单节点数据库管理系统相比，DSC可以充分利用多台物理机器的处理能力，支撑更多的用户连接请求，提供更高的吞吐量。与双机热备系统相比，DSC不存在始终保持备用状态的节点，不会造成硬件资源的浪费。
（3）负载均衡：用户的连接请求被平均分配到集群中的各个节点，确保各个节点的负载大致平衡。
用户通过配置数据库负载均衡组件来访问DSC，可以实现节点间的自动负载均衡，用户的数据库连接请求会被自动、平均地分配到 DSC 中的各个节点，并且连接服务名支持JDBC、DPI、ODBC、DCI、.Net Provider等各种数据库接口。