数据库缓存融合分析

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概念

    简单地说，缓存融合就是把Oracle RAC数据库中所有数据库缓存作为一个共享的数据库缓存，并被RAC中的所有节点共享。它是实现RAC的基本技术。

    缓存融合主要有如下四个功能：

  （1） 提供扩展性的传输。

  （2） 在实例间传输数据库的映射。

  （3） 跟踪资源的当前位置和状态。

  （4） 在每个实例的SGA的目录结构中保存资源信息。

    图中描述了两节点RAC数据库的运行情况。每个节点都运行一个数据库实例，每个实例包含一组Oracle进程和用于缓存的系统全局区（SGA）。除了这些集群中的每个节点都还运行着一组特殊的进程：全局缓存服务进程（Global Cache Service ，GCS）和全局队列服务进程（Global Enqueue Service，GES），GES主要负责维护字典缓存和库缓存内的一致性，GCS主要负责协调不同实例间对数据块的访问，它们通过Global Resource Directory（GRD）来维护和记录每个数据块的状态，使其在群集中的各个节点之间同步和串行处理对数据的访问。同时，每个数据区块又隶属于某一个节点，对于这个数据区块来说，这个节点称为主节点（Master）。为了在服务器之间均衡工作负载，群集中所有服务器都可以成为部分数据块的主节点，GCS 是oracle 用来实施缓存融合的机制。

缓存融合工作原理

    我们知道，Oracle RAC是采用共享磁盘方式实现数据库的群集。群集环境中所有节点共享且并发地对磁盘上的数据库进行更新，另外还要额外地需要同其它节点进行同步和串行机制，以避免两个或多个节点同时更新同一数据页上的记录，那么Oracle RAC是如何利用缓存融合处理数据同步的？下面通过几种情况模拟分析下缓存的同步原理。

   （1） 节点A读取一个全新的数据块，该数据块没有被任何节点读入

     ①节点A的请求发给GCS，GCS把这个请求转发给这个数据块的主节点，这里假定是节点B。因为这个数据块没有在任何节点的内存中，GCS标记这个数据块状态为S（shared，共享状态），并记录到GRD中。

     ②接着B告诉节点A状态修改了，准备工作都完成了。然后节点A记录共享状态在自己的实例中，并读入该数据块。这时，节点A持有了该数据块，并在GRD中进行记录，标记持有该数据块。此时，整个过程发生了一次IO操作。

  （2） 节点C要修改刚才节点A读入的数据块，这里假定节点A刚才读入的数据块SCN是100。

    ①节点C找到该数据块的主节点，也就是节点B，要求能加一个X标记（exclusive，独占状态），表明要修改数据。但是这个数据块可能已经存在于多个节点的实例中，每个实例都有个S标记。

    ②GCS会告诉所有持有该数据块的实例，把状态S标记转换为N标记（null，空状态）。

    ③最后一个从S标记转换为N标记的实例把数据块发送到需要对其进行修改的节点如节点C上。

    ④这时节点C的实例就可以对该数据块加上X标记，并通知该数据块的主节点，也就是节点B的GCS，GCS将最新的标记与位置记录到GRD，并关闭以前节点的资源记录。这时节点C就可以修改该数据块了，假定把SCN从100修改成了101，这个时候磁盘上的数据块SCN还是100，整个过程是通过内部互联进行数据交换，没有磁盘IO产生。

   （3） 节点D也要修改该数据块

    ①与节点C修改该数据块类似，节点D也会找到该数据块的主节点，也就是节点B，要求加一个X（exclusive，独占状态）的锁，表示要修改该数据块。 

    ②这时GCS会告诉上一次修改成功的节点C，放弃它加上的X标记，因为别的节点也要修改这个数据块。

    ③节点C会确保这个数据块的改变，已经记入联机日志中，然后转换X标记为N标记，并把这个数据块拷贝到节点D。

    ④节点D加上X标记，并通知该数据块的主节点，也就是节点B的GCS，GCS将最新的标记与位置揭露到GRD，并关闭以前节点上的资源记录。这时节点D就可以修改该数据块了，假定把该数据块的SCN从101又修改成102，但是磁盘的数据块上的SCN还是100。可以发现RAC在这个过程中，也没有任何磁盘操作，同样是通过内部互联来完成的。

    （4） 节点A要重新读取该数据块

     ①节点A还是一样，首先找到该数据块的主节点，也就是节点B，希望能读取最新的数据块，也就是SCN为102的内容。

     ②GCS根据GRD得知最新的数据块在节点D上，于是GCS通知节点D。节点D需要确保刚才修改过的数据块已经记录在联机日志中，如果已经确定记录过，则把原来的X标记转换为S标记。

     ③节点D拷贝数据块到节点A的实例，这时节点A获得该数据块，并获得S标记。

     ④最后再告诉该数据块的主节点，也就是节点B，GCS记录最新的标记与位置到GRD，这个时候，节点A与节点D同时持有S标记的相同的数据块，数据块的SCN为102，但是磁盘中的数据块SCN还是100，最后如果发生写操作，只要最新的一个节点发生写操作即可，所以该数据块虽然在不同节点、不同实例中发生了多次改变，最终却只有一次写IO操作。

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