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  • 数据库的负载均衡

    千次阅读 2018-09-30 10:58:35
    实现数据库的负载均衡技术,首先要有一个可以控制连接数据库的控制端。在这里,它截断了 数据库和程序的直接连接,由所有的程序来访问这个中间层,然后再由中间层来访问数据库。这样, 我们就...

    负载均衡集群是由一组相互独立的计算机系统构成,通过常规网络或专用网络进行连接,由路 由器衔接在一起,各节点相互协作、共同负载、均衡压力,对客户端来说,整个群集可以视为一台 具有超高性能的独立服务器。

    1、 实现原理

    实现数据库的负载均衡技术,首先要有一个可以控制连接数据库的控制端。在这里,它截断了 数据库和程序的直接连接,由所有的程序来访问这个中间层,然后再由中间层来访问数据库。这样, 我们就可以具体控制访问某个数据库了,然后还可以根据数据库的当前负载采取有效的均衡策略, 来调整每次连接到哪个数据库。

    2、 实现多据库数据同步

    对于负载均衡,最重要的就是所有服务器的数据都是实时同步的。这是一个集群所必需的,因 为,如果数不据实时、不同步,那么用户从一台服务器读出的数据,就有别于从另一台服务器读出 的数据,这是不能允许的。所以必须实现数据库的数据同步。这样,在查询的时候就可以有多个资 源,实现均衡。比较常用的方法是 Moebius for SQL Server 集群,Moebius for SQL Server 集群 采用将核心程序驻留在每个机器的数据库中的办法,这个核心程序称为 Moebius for SQL Server 中间件,主要作用是监测数据库内数据的变化并将变化的数据同步到其他数据库中。数据同步完成 后客户端才会得到响应,同步过程是并发完成的,所以同步到多个数据库和同步到一个数据库的时 间基本相等;另外同步的过程是在事务的环境下完成的,保证了多份数据在任何时刻数据的一致性。 正因为 Moebius 中间件宿主在数据库中的创新,让中间件不但能知道数据的变化,而且知道引起 数据变化的 SQL 语句,根据 SQL 语句的类型智能的采取不同的数据同步的策略以保证数据同步成 本的最小化。数据条数很少,数据内容也不大,则直接同步数据。

    数据条数很少,但是里面包含大数据类型, 比如文本,二进制数据等,则先对数据进行压缩然后再同步,从而减少网络带宽的占用和传输所用 的时间。

    数据条数很多,此时中间件会拿到造成数据变化的 SQL 语句, 然后对 SQL 语句进行解析,分 析其执行计划和执行成本,并选择是同步数据还是同步 SQL 语句到其他的数据库中。此种情况应用 在对表结构进行调整或者批量更改数据的时候非常有用

    3、 优缺点

    优点:

    1) 扩展性强:当系统要更高数据库处理速度时,只要简单地增加数据库服务器就 可以得到扩展。

    2) 可维护性:当某节点发生故障时,系统会自动检测故障并转移故障节点的应用,保证数据库的持 续工作

    3) 安全性:因为数据会同步的多台服务器上,可以实现数据集的冗余,通过多份数据来保证安全性。 另外它成功地将数据库放到了内网之中,更好地保护了数据库的安全性。

    4) 易用性:对应用来说完全透明,集群暴露出来的就是一个 IP

    缺点:

    a) 不能够按照 Web 服务器的处理能力分配负载。

    b) 负载均衡器(控制端)故障,会导致整个数据库系统瘫痪。

     

     

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  • 数据库性能及容灾一体化解决方案:双重负载均衡、读写分离,彻底解决数据库性能问题;数据库双活集群,彻底解决数据库系统的高可靠性及高可用性问题,做到故障时候数据零丢失,服务停止。

    双重负载均衡读写分离及双活集群

    ---数据库性能和容灾一体化解决方案


    说明:

    1. 第一重负载均衡读写分离:节点DB-A和DB-B之间负载均衡和读写分离,数据同步方式为同步模式。

    2. 第二重负载均衡读写分离:节点DB-C执行报表、OLAP查询等,数据同步方式为异步模式。

    3. 双活集群:两节点DB-A和DB-B构成双活集群(故障时数据零丢失、服务不停止)。

    4. 兼容性:客户端代码零修改,和原本单机数据库访问保持二进制兼容。


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  • SQL Server数据库实现负载均衡

    万次阅读 2017-02-10 15:12:29
    SQL Server数据库负载方案

    SQL Server数据库负载方案

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    微软官方方案:
    1、通过分库分表、分库磁盘IO、Share-Disk架构
    2、AlwaysOn
    第三方软件服务:
    1、DBTwin
    2、负载均衡产品Moebius For SQL Server
    3、数据库路由器软件ICX(提供MS SQL Server数据库服务器的集群功能,可以实现数据库服务器的并行处理、负载均衡和热备份、实时切换。 
    硬件负载方案
    1、F5 +数据池

    简介

        当今世界是一个信息化的世界,我们的生活中无论是生活、工作、学习都离不开信息系统的支撑。而信息系统的背后用于保存和处理最终结果的地方就是数据库。因此数据库系统就变得尤为重要,这意味着如果数据库如果面临问题,则意味着整个应用系统也会面临挑战,从而带来严重的损失和后果。

        如今“大数据”这个词已经变得非常流行,虽然这个概念如何落地不得而知。但可以确定的是,随着物联网、移动应用的兴起,数据量相比过去会有几何级的提升,因此数据库所需要解决的问题不再仅仅是记录程序正确的处理结果,还需要解决如下挑战:

    • 当数据库性能遇到问题时,是否能够横向扩展,通过添加服务器的方式达到更高的吞吐量,从而充分利用现有的硬件实现更好的投资回报率。
    • 是否拥有实时同步的副本,当数据库面临灾难时,可以短时间内通过故障转移的方式保证数据库的可用性。此外,当数据丢失或损坏时,能否通过所谓的实时副本(热备)实现数据的零损失。
    • 数据库的横向扩展是否对应用程序透明,如果数据库的横向扩展需要应用程序端进行大量修改,则所带来的后果不仅仅是高昂的开发成本,同时也会带来很多潜在和非潜在的风险。

        面对上述挑战一个显而易见的办法是将多个服务器组成一组集群,这样一来就可以充分利用每一台服务器的资源并将客户端负载分发到不同服务器上,随着应用程序负载的增加,只需要将新的服务器添加到集群即可。

    ====  ====  ====  ====  ====

        Internet的规模每一百天就会增长一倍,客户希望获得7天×24小时的不间断可用性及较快的系统反应时间,而不愿屡次看到某个站点“Server Too Busy”及频繁的系统故障。

        随着业务量的提高,以及访问量和数据流量的快速增长,网络各个核心部分的处理性能和计算强度也相应增大,使得单一设备根本无法承担。在此情况下,如果扔掉现有设备去做大量的硬件升级,必将造成现有资源的浪费,而且下一次业务量的提升,又将导致再一次硬件升级的高额成本投入。于是,负载均衡机制应运而生。

        对于负载均衡,笔者经常接触的当属Oracle的负载均衡机制。下面,我们先简单了解Oracle的负载均衡的实现方案。

        Real Application Clusters是双机并行服务器(8i及以前版本称作Oracle Parallel Server,OPS),用来在集群环境下实现多机共享数据库,以保证应用的高可用性,同时可以自动实现并行处理及均分负载,还能实现数据库在故障时的排错和无断点恢复。它可以自动进行负载平衡、故障修复和规划停机时间,以支持高可用性应用程序。若并行服务器中某节点失效,透明的应用程序容错能够把用户自动转接到另一节点上继续运行,应用程序在用户没有察觉的情况下继续执行。这使周期性和非周期性发生故障的系统增大了连续可用性。进程的失效可以完全透明地转移到另一节点上去,通过适当地配置,可以指定所有查询都在客户端进行缓存,这样它们便可以在转移后的节点上重新设置。

        下面我们重点介绍Sql Server 2005是如何实现负载均衡的。

        Sql Server 2005的新特性

        端到端拓扑的事务性复制

        SQL Server 2005对端到端(P2P)拓扑结构上事务性的复制加强了支持。P2P的拓扑结构支持无限的发布服务器,它们彼此之间可以互相交换事务。
     
        P2P拓扑是SQL Server的一个巨大进步。现在,多端点服务器可以更改数据,并且向其他的发布者复制事务。这就是说,订阅服务器不再被限制在主要的报告环境中,可以通过事务性负载全球共享的方式将服务器分布开来。当用户的数量增加的时候,只要简单地向这个群体中添加服务器即可。

        除了将负载分布之外,这个拓扑结构还增加了可用性。如果任何一个点的服务器不可达,则池中其他服务器就会共享这个负载,因为每个服务器都有其他所有服务器上可获得的全部数据集合。

        数据库镜像和快照

        SQL Server 2005引入了数据库镜像的概念,来帮助获得高可用性。特别提醒的是,只要它正式发布了,数据库镜像就可以在SQL Server 2005上使用。然而,只有到SQL Server 2005 Service Pack 1才会支持镜像。

        数据库快照是SQL Server 2005中引入的另一项特性。快照是某一个时间点上的数据库的克隆。只要对镜像数据库进行了快照,就可以让用户查询快照。快照的生成通常只需要几秒钟,因为它实际上在这个过程中并没有拷贝任何数据。因此,要把负载分布到主服务器和备用服务器上,就可以将数据库做镜像,然后阶段性地对备份服务器进行快照。而且还可以使用快照在主服务器上进行报告。

        软件实现SQL Server 2005的负载均衡

        中间层

        实现数据库的负载均衡技术,首先要有一个可以控制连接数据库的控制端。在这里,它截断了数据库和程序的直接连接,由所有的程序来访问这个中间层,然后再由中间层来访问数据库。这样,我们就可以具体控制访问某个数据库了,然后还可以根据数据库的当前负载来调整每次连接到哪个数据库。好处在两个方面:首先,它成功地将数据库放到了内网之中,更好地保护了数据库的安全性。如果数据库也在公网上,1433端口是很容易被攻击的,所以要保护数据库与之的连接,就用到了中间层。它可以将数据库更加好地保护在内网。其次,连接数据库的所有连接都可以控制,更方便DBA对数据的管理,看哪些连接更耗费数据库资源,以便更好地优化代码。

        但是,也有两点要注意:第一,必须要做成Windows的服务程序。Windows发展到今天,如果以一个集成的大系统来讲,做成服务程序更加稳定,也更加安全,这样做即使用户不登录机器,也可以使用。第二,必须要使用多个中间层。从中间层的作用可以看出,它承接了数据库的所有连接,所以,一旦出了问题,就会导致整个系统瘫痪。所以做多个中间层是必要的,这样,如果一个坏了可以登录到另一个。

        实现多据库数据同步

        中间层有了,下一步的工作是设置构建数据库集群。对于负载均衡,最重要的就是所有服务器的数据都是同步的。这是一个集群所必需的,因为,如果数据不同步,那么用户从一台服务器读出的数据,就有别于从另一台服务器读出的数据,这是不能允许的。所以必须实现一个数据库的数据同步。这里设置一个用于写入的数据库,设置两个用于读出的数据库,因为据统计,一般来讲,70%的数据库操作为读操作。

        首先,在写入数据库上做一个发布服务器,主要基于SQL Server 2005的复制技术,将即将用到的表都选上。注意,在连接上要选用模拟用户,然后共享时选择sa用户,这样就可以将数据共享了。

        其次,在两个读服务器上做订阅服务,要注意同样的事项,这样一个“一写两读”的数据库集群就完成了。

        数据库的安全备份

        在一个大的系统中,系统的无故障性是很重要的,但是在刚才的系统下,如果用于写的服务器突然坏了,整个系统就会出现问题,所以,再做个备份是必要的。

        数据库镜像是SQL Server 2005大力推出的,它就是要实现数据库的安全转移,所以需要再单独拿出一台机器来做备份服务器,将完全镜像写入该服务器,这样,即使写入服务器坏了,它也可以自动转移到备份服务器上来,保证不影响用户。

        这实际上就相当于实现了对服务器的容灾管理,但是有一点需要注意,在这种镜像的体系中,必须要有一台服务器作为监视服务器,以便察看哪台服务器坏了,用以在机器出错之后迅速调整。

        回传数据库的状态

        数据库服务器均已配完,整体的机器集群架构已经构建,接下来的工作就是配置程序。

        首先,在读和写的服务器都放上一个监控程序,它同样必须是Windows的服务,这样更稳定;其次,它可以设定成每隔30秒或者一定时间,将服务器的CPU、内存、网卡流量和当前数据库状态等信息发送回来。在这里需要设置一个权值,用以衡量CPU、内存利用率等信息的各自比例。在这个系统中,建议以CPU利用率为准。

        中间层实现的负载均衡

        到此为止,所有的准备工作都已完成,包括数据库的建立和配置,中间层的位置,下面所作的就是用软件来实现这个负载均衡。

        首先,当一个用户有数据库请求时,先判断是读还是写,如果是写的话,就直接返回写入服务器,这样当写服务器写完数据以后,差不多可以在3秒内返回其他两台机器。

        其次,当遇到一个读的请求时,根据监控返回来的数据判断,根据刚才的权值返回一个当前最空闲的机器。需要注意的是,这时最好做一个记录器,用以保持一段时间的数值,可以让管理员自行设定,更好地做到几台数据库的压力平衡。

        最后,如果为主的写入服务器突然坏掉,程序可以自动把备份的服务器切换过来,用刚才的备份服务器当作写服务器,然后做一个报警系统,用以通知管理员。同样,当监控服务器发现其他两台读服务器坏掉时,也会自动通知管理员,来处理服务器的异常情况,这样就可以保证系统的稳定运行,而且易于管理和维护。

        总之,用软件和微软SQL Server 2005的一些新技术,可以很轻松地实现负载均衡,这样不但可以不用硬件来实现,方便管理员的操控,更有利于DBA管理数据库,及时发现问题。

    【参考文献】

    1、大数据时代下的SQL Server第三方负载均衡方案----Moebius测试 http://www.cnblogs.com/gaizai/p/3644510.html

    2、数据库集群技术漫谈 -http://www.cnblogs.com/CareySon/p/3627594.html



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  • F5助力eBay数据库服务器负载均衡

    千次阅读 2007-10-29 10:00:00
    美国eBay公司是世界上最大的网上交易平台。据统计,每天有涉及几千个分类的几百万件...为此,eBay采用了F5公司提供的数据库服务器负载均衡解决方案,不仅使数据库可用性达到99.9%,而且还实现了在线拓展、高安全和高可
     美国eBay公司是世界上最大的网上交易平台。据统计,每天有涉及几千个分类的几百万件商品在eBay上销售;eBay的年增长率达到50%。但是,和快速增长的业务相比,eBay的IT支撑系统的高可用性还相对滞后,其IT系统重构规划时还确认用户数据库有单点故障(SPOF)。为此,eBay采用了F5公司提供的数据库服务器负载均衡解决方案,不仅使数据库可用性达到99.9%,而且还实现了在线拓展、高安全和高可管理性,从而解决了eBay的用户数据库服务请求的压力,为其进一步的持续高速发展铺平了道路;该方案也为电子商务以及其他公共服务行业类的数据库服务器负载均衡,提供了一个不可多得的成功样板。
    

    需求及挑战

    问题还得从eBay的数据库系统说起,eBay拥有30套生产数据库,全部采用Oracle数据库,其中包括12 数据库支持 “live” 项目 (Sun 480/4500);1 个数据库支持存档项目(Sun 4800);4个数据库支持客户数据 (Sun 4800);2 个数据库支持 eBay的反馈系统 (Sun 480);1个 数据库支持非正常的 “cache” 数据 (Sun 4800);其他的数据库 (大部分 Sun 480 class)。同时,采用Hitachi SAN 建立存储架构,建立了两个远程备份数据库,并实施实时复制数据到远程数据库实现冗灾,同时每24小时实施针对数据块的数据备份。

    因此,通过eBay 数据库读写的比率分析,可以发现,eBay在数据库提供服务时,读和查询的操作达到530亿次,而数据库写和更新的操作达到2亿次。“读和查询”操作与“写和更新”的比率达到265:1。可见查询和数据库读的操作给数据库管理系统带来巨大的压力。而更为严峻的是,eBay年增长率达到50%,这意味着,来自读和查询的操作压力将持续增大,要保证数据库服务的响应能力和效率,稳定性和安全性,eBay 必须采用数据库服务器的负载均衡解决方案。

    但是,由于系统庞大,出于投资保护等考虑,Bay 对数据库服务器的负载均衡解决方案的需求有如下几个特点:不改变eBay的数据库体系结构;可用性目标达到99.9%;需承载eBay每年50%的高成长;简单管理等等。这意味着在不对系统大动干戈的同时,却革命性地提高其性能,其挑战不言而喻。

    解决方案

    针对eBay数据库服务器负载均衡的需求特点,eBay考虑了三种主要解决方案。1) 将数据库垂直分割,划分成多层数据库处理,减轻原来单层数据库处理数据而形成的瓶颈与可用性问题。但问题:这种方案很难部署,而且也没有从根本上解决单点故障问题。2)采用Oracle OPS/RAC机群解决方案。问题:要求给便数据库编程代码,非常难以管理与维护。3)采用F5 与SharePlex 联合解决方案。其优点是:简单管理,不需要改变整个体系结构。

    在最初,eBay采用Oracle OPS/RAC解决问题。但是后来经过充分论证和探讨,最终eBay采用了基于F5/SharePlex的解决方案。F5解决方案是应用类似OPS/RAC,但是却相对简单的f5的解决方案,不用改变数据库体系结构,管理和维护简单得多。F5解决方案得主要思路是,通过应用将数据库“读与查询”的操作与”写和更新”的操作导向到分开的 “逻辑” 数据库,这些数据库服务器都单独配备数据存储,而没有采用共享存储的方式!这样,F5 应用交换机动态的将所有的数据库”读与查询”请求导向到查询数据库服务器群中,并智能负载均衡到最佳的数据库服务器上。所有的”写和更新”请求都指向到一个单一的数据库服务器上,由SeharePlex动态实时将数据记录复制到”读与查询”数据库服务器群的数据库中。

    这样,一方面,数据库服务器群被F5应用交换机虚拟化和集群,变成了一个“池”;另一方面,“读与查询”的操作,可以根据需要,选择更高效率得数据库服务器,从而使“读与查询”的操作压力得到解决。同时,随着业务的增长,还可以随时根据客户业务的压力在线扩展新的服务器在这个群之中。由于根据以上分析,数据库读写的比例超过260倍,采用这样的方法,有效解决了数据库性能和高可用性要求。


    采用F5/Share Plex 解决方案示意图

    方案特点

    F5解决方案具有以下特点:1.运用分离读和写操作,使读和写操作进入分别的逻辑数据库 而不是共享磁盘2. f5 数据库服务器均衡可以使所有的读操作交叉分配到available hosts; 所有的写操作都指定到单一的database-of-record ; 3.应用类似OPS/RAC,但是却相对简单的f5的解决方案; 4.发挥f5产品灵敏的量测性和显著的增强可用性。

    采用F5的BIG-IP负载均衡器后,对于eBay应用系统有独到的优势:
    高可用性: BIGIP动态分配每一个流量请求到后台的四台Oracle 9i Database 数据库服务器,并动态检查各个服务器的健康状态,将下一个请求分配给最有效率的服务器,任何服务起死机时,BIGIP即刻将流量请求分配给其他的三台服务器,从而达到99.999%系统有效性。特别是针对Oracle 9i 数据库服务器,F5公司专门为Oracle 9i 数据库开发了专用的健康检查模块,通过调用F5专有的扩展应用校验(EAV)进程,F5能够随时得到Oracle 9i数据库的应用层服务能力而不是其他的负载均衡设备所采用的iCMP / TCP 层进行健康检查。

    高安全性: BIGIP支持地址翻译技术和安全地址翻译,这样一来客户不可能知道真正提供服务的服务器的IP地址与端口,从而保护数据库服务器不受到诸如SYN Flood 等DOS及DDOS进攻。

    高效率: 采用BIG-IP 负载均衡之后, BIG-IP可以智能寻找最佳状态的数据库服务器从而保证客户得到响应最快的数据库服务器以提供最佳的查询数据库服务!

    高可扩展性: BIGIP可以支持动态增加或删除其负载均衡的数据库服务器群组的任何数量的服务器,而不需要对前端或后台做任何改变从而使得系统扩展轻松方便,透明。

    高可管理性: BIGIP有专门的管理软件可以实时监控整个数据库服务器群组的流量状态,并分析发展趋势帮助客户及时根据流量增长增加服务器。

    客户价值

    F5解决方案具有低成本、低维修,以及保护投资,高效率的特点,并方便在线拓展,面向未来。在2001年第二季度,F5公司与Quest公司合作成功帮助客户实现了以上解决方案,初期布署了两台”读与查询”数据库服务器和一台”写和更新”数据库服务器。在2001年第三季度成功通过了99.9%高可用性。并真正实现了在线高可扩展性,在2002年增加另外两台读与查询”数据库服务器,并于2002年第三季度增加部署了冗灾备份的功能。

    F5提供的eBay数据库服务器负载均衡解决方案对行业也具有相当的借鉴意义。电子商务应用同样有着数据库查询的压力,如果能够有效将查询的压力分解到单独的服务器群来处理,将有效提高电子商务的应用效率。 对于电子商务类应用系统数据库扩展解决方案,只需要在Web Portal上将数据库请求分成两个不同模块,问题便迎刃而解。

    对于公众服务行业类的数据库服务器的负载均衡,如银行,电信,税务等系统,每月和每季度的都会有报表生成汇总,这些报表既包括用户的月结单数据信息,也需要产生总体业务的业绩报告。这样就必须对数据库系统进行检索和查询。如果这些业务工作与实际生产环境是一个数据库的情况下,将造成系统的巨大压力。采用F5类似方法,同样能够有效达到高可用性预告可扩展性能的需要!

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