云Oracle是基于腾讯云TStack的Oracle云化解决方案，采用开放的“X86服务器+高速以太网络+分布式软件定义存储”架构，使得Oracle运行在更加开放、可靠、易扩展、易整合的软硬件系统上，同时提供便捷的资源交付能力和管理能力，降低软硬件成本和运维成本，让用户更专注于业务发展。
▲图1 典型的IOE架构
在传统IOE架构中，Oracle运行在Unix小型机、光纤交换网络、磁盘阵列等专用软硬件设备上，这些设备提供了强大的运算 / IO能力，和高带宽低延迟的网络，使得Oracle可以支撑大吞吐量、高并发的关键业务。但在数据量日益增长、业务变化越来越快、要求“计算能力如水和电一般自由吞吐”的云时代，这种复杂专用、成本昂贵、难以伸缩的“高冷”架构，越来越难以适应企业应用的迅速发展，这也是云化Oracle的大背景。
腾讯云TStack运营着全球最大的企业私有云集群，拥有强大的X86服务器和云存储的计算、存储资源池。能否利用TStack的计算、网络和存储能力，将Oracle运行在X86服务器，IP网络，云存储的“云化”架构上，去掉IOE架构中的I和E呢？
Ⅰ 云Oracle第一步：接入TStack
▲ 图2 单实例云Oracle on TStack
万事开头难，为了尽可能减少复杂性，我们首先选用Oracle单实例版本进行云化：
1. 从TStack计算资源池中创建VM，上面安装单实例Oracle软件和Ceph客户端；
2. 从TStack存储资源池中创建Ceph云盘（pool & image），使用Ceph的块设备接口挂载给VM，作为OS块设备。
3. 计算节点Oracle使用ASM将块设备组成Oracle文件系统。
Ceph的块存储特性，使得计算节点Oracle看到的（IP方式挂载的）块设备，与通过光纤网络、磁盘阵列挂载的并没有不同，因此能正常进行IO操作。通过与TStack团队合作，我们实现了单实例云Oracle的在线申请和交付，数据库部署时间由传统方式的“几天到几周”缩短到半小时以内。
与传统IOE架构相比，云Oracle获得了以下优势：
⒈开放性：
云Oracle采用开放、开源的软硬件（x86服务器、以太网络、Ceph等），取代了传统方案中专用的软硬件设备（小型机、光纤网络、磁盘阵列等），适合在数据中心云化环境中大规模部署。
⒉灵活性：
▪VM可按需创建并扩展；
▪云盘可在线扩、缩容，不影响数据库可用性；
▪Ceph集群可支持多套数据库（计算节点）接入；
▪云盘以IP方式挂载，不受地域限制。
⒊可靠性：
▪Ceph集群去中心化，无单点故障；
▪数据多副本，存放在不同存储节点；
▪硬件故障恢复后Ceph自动修复数据，无需人工干预。
⒋易部署维护：
▪自助申请、自动交付；
▪无专用硬件，维护简单。
⒌低成本：
▪单位容量成本（元/TB）是EMC高端存储的1/10；
▪整套成本是EMC存储方案的1/5。
单实例云Oracle证明了Oracle运行在Tstack上的可行性，并带来了“云化”架构的众多优点，但第一版的云Oracle也面临着两大明显挑战：
1. 高可用性
单实例云Oracle每个数据库只有一个实例，一旦这个实例不可用，则整个数据库无法对外提供服务。这对于关键业务系统是不可接受的。
2. 性能
云Oracle刚在TStack环境上部署时，TPM（通过tpcc标准测试工具测得的每分钟处理事务数）性能指标只能达到10w，与EMC宣称的可支持几百万TPM差距很大，只能用于对性能要求不高的开发、测试环境。
针对这两个问题，我们对云Oracle进行了高可用架构和性能优化。
Ⅱ 云Oracle第二步：高可用增强 & 性能优化
利用Ceph云盘“可同时挂载给多个计算节点”的特性，我们实现了云Oracle的“HA双机热备”和“集群高可用”两个高可用方案。
▲ 图3 云Oracle双机热备方案
HA双机热备是在单实例云Oracle的基础上，再增加一个HA实例，HA实例只安装数据库软件，平时不挂载Ceph云盘。主实例和HA实例共享云存储，当主实例发生故障时，可通过监控服务器上的切换程序，一键切换至HA备机，切换时间在分钟级。
HA双机热备方案为单实例云Oracle提供了一定的可用性保护，缺点是平时有一台计算节点（HA实例）闲置，有一定的资源浪费。
▲ 图4 云Oracle集群高可用方案
其实Oracle数据库有自己的集群高可用版本 – RAC （Real Application Cluster），RAC使得数据库存储集中的情况下，拥有多个同时工作的数据库实例。在RAC集群架构中，多个实例不仅可以分担负载，还可以在仅剩一个实例可用时，依然可以对外提供服务（用户几乎无感知），实现整个数据库的高可用。
传统的RAC是基于IOE架构的（如图1），通过解决“云储存共享挂载”、”虚拟机私有网卡绑定”等问题，我们成功地在基于TStack的虚拟化环境、IP网络、云存储条件下部署和运行Oracle RAC，实现了云Oracle的“集群高可用”方案，并通过高可用场景测试，确保符合RAC的高可用场景。下面是我们构造的高可用测试案例和测试结果：
| 类别 | 测试场景 | 测试结果 |
|---|---|---|
| 高可用（DB实例） | ▪正常关闭一个DB实例▪异常关闭一个DB实例 | 一个DB实例不可用后，数据库可用性不受影响（所有应用连接在1分钟内自动Failover到另一个DB实例上，应用无需重新连接） |
| 高可用（主机） | ▪ 一台计算节点主机断电 | 一台计算节点离线后，数据库可用性不受影响（所有应用连接在1分钟内自动Failover到另一个DB实例上，应用无需重新连接） |
| 高可用（存储） | ▪ 一台存储节点主机断电 | 一台存储节点离线后，数据库可用性不受影响（Ceph集群数据多副本，一台主机宕掉后集群可继续提供服务） |
| 高可用（网络） | ▪ 私有网络网卡失效▪一台计算节点公有网卡失效 | 一台计算节点的私有网络或公有网络失效后，数据库可用性不受影响。（RAC集群重组，踢掉网络失效的节点，1分钟以内处理能力恢复，应用无需重新连接） |
| 数据库功能 | ▪创建表空间、数据文件、用户和schema▪在线添加删除云盘（ASM磁盘） | 与云存储相关的DB功能均正常，符合预期 |
在性能优化方面，我们采用硬件升级、Ceph优化、数据库优化等手段，结合Oracle数据库的IO特点，经过大量的迭代尝试，使TPM（每秒处理事务数）测试结果从10w提升至137w，已经可以满足大多数企业应用需要。
▪硬件升级：CPU（E5-2670取代E5-2630），网络（万兆以太网取代千兆以太网），存储（nvme ssd硬盘取代普通ssd硬盘）
▪Ceph优化：K（kraken）版取代J（Jewel）、H（Hammer）版本、随机写多线程优化、条带大小调整
▪数据库优化：数据和日志Ceph集群分离、ASM条带化、数据库参数调优
Ⅲ 云Oracle第三步：实践检验
是骡子是马，还要拉出来溜溜。虽然通过了高可用性和性能测试，但基于全新云化架构的TStack Oracle能否经受得住大并发的关键业务考验，才是我们最关心的。
在最近的WX客户项目中，TStack云Oracle经历了上线以来的第一次“大考”。
下面是WX项目的特点和对数据库的要求：
| WX项目的特点 | 对数据库的要求 |
|---|---|
| 关键业务业务独立，与现有业务耦合少 | 高可用尽可能独立部署，迁移时间可控 |
| 数据量大，增长快（数据量600GB，增速4GB/天） | 存储容量大单位容量成本低可灵活扩容 |
| 读多写少，读IO繁忙（读写IO比例60：1） | 读IO性能好读写分离 |
由于历史原因，WX项目数据库部署在使用EMC存储的4节点Oracle RAC上（后面简称EMC库），春节期间，由于业务单量暴增（日单量从3w增至10w），数据量增长达到3GB/天，EMC库很快出现了容量、性能不足以支撑的迹象，需要快速进行扩容或数据库迁移，而EMC存储扩容成本很高。
在进行容量评估后，确定已有的一套双节点集群高可用云Oracle（后面简称TStack云库）可以支撑WX业务，且云Oracle的高可用、灵活扩展、存储成本低等特性很适合WX项目。于2017.11.18日将WX模块迁移至TStack云库，采用Oracle数据泵备份/恢复方式进行迁移，70GB数据实际用时2小时左右。
迁移后第二天，收集对比了TOP SQL在EMC库和TStack云库上的实际执行时间，迁移后，相同SQL在云库上的执行时间缩短90%以上。
迁移后，TStack云库经历了18年春节前的WX业务放量（日单量从10w增长至45w），虽然IO负载有显著增加，但没有出现性能问题，IO响应时间表现良好。
业务峰值时云盘读IO吞吐量达到1GB/秒，几乎用满计算节点万兆网带宽，SSD云盘响应时间在7ms以内（读延迟5ms，写延迟3ms），表现良好。
总结：与TPM性能压测时关注写的性能不同，WX实际业务的IO压力在读（读写IO比例60：1，大表全表扫描占用云存储的网络带宽）。云Oracle的万兆网络和SSD云硬盘，使得单个计算节点可以支撑1GB/秒的读IO吞吐量，可满足大多数企业应用要求。
后续的运营优化：
虽然WX业务放量并没有导致云库的性能问题，但业务侧一些SQL效率较低，导致很多大表全表扫描，数据库读IO负载较高。
通过监控AWR性能报告，3月对云库运行时间长、IO占用高的TOP SQL进行了集中的SQL优化，优化后，TOP SQL执行时间下降70%以上，数据库物理读IO下降95%，基本解决了读IO较高的问题。
3月对WX新上线的报表、预警模块进行了读写分离部署，部署到云库的只读灾备库：
云灾备库是独立的计算+存储节点（单实例方式），通过Active Dataguard与主库实时同步。主库故障时，备库可切换为主库运行，平时备库可以用只读方式打开，供查询应用使用，减轻主库的负担。
截至目前，腾讯云TStack云Oracle已稳定运行一年多，可用性100%，性能经受住了WX等高并发关键业务的检验。相信随着承载业务量的增加，云Oracle的灵活易扩展、性价比高、运维简单等优势会进一步得以体现。
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