第５期 ２０１５年１Ｏ月 微处理机 Ｎｏ．５ ０ｃｔ．．２０１５ ＭＩＣＲ０ＰＲＯＣＥＳＳＯＲＳ ・微机应用・ 数据库集群中内存使用率研究 李刚，鱼佳欣，郭道通，李文君 （中国洛阳电子装备试验中心，济源４５９０００） 摘 要：数据库集群中各节点均配有内存，然而在运行过程中，有的节点存在大量的内存资源 闲置，不仅造成内存资源的极大浪费，而且严重降低了系统运行效率。为此，研究分别基于虚拟机、 共享存储和无共享结构，提出优化内存使用率的方法，并着重研究了“内存转移”机制，即如何将节 点上的空闲内存转移到需要内存的其他节点上。最后使用ｖｂ编写的“档案管理系统”远程连接平 台进行测试，通过对比实验数据验证“内存转移”在提高内存使用率方面的优越性，同时对系统的 高可用性给予实践证明。 关键词：数据库集群；故障转移；内存机制；高可用性；实现模式 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—２２７９．２０１５．０５．０１７ 中图分类号：ＴＰ３１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—２２７９（２０１５）０５—００６５—０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｍｅｍｏｒｙ Ｕｓａｇｅ Ｒａｔｅ ｉｎ Ｄａｔａｂａｓｅ Ｆａｉｌｏｖｅｒ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｌｉ Ｇａｎｇ，Ｙｕ Ｊｉａｘｉｎ，Ｇｕｏ Ｄａｏｔｏｎｇ，Ｌｉ Ｗｅｎｊｕｎ （Ｃｈｉｎａ Ｌｕｏｙａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｔｅｓｔ Ｃｅｔｅｎｒ，Ｊｉｙｕａｎ ４５９０００，Ｃｈｉａ）ｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｄａｔａｂａｓｅ ｆａｉｌｏｖｅｒ ｃｌｕｓｔｅｒ，ｅａｃｈ ｎｏｄｅ ｉｓ ｅｑｕｉｐｐｅｄ ｗｉｔｈ ｍｅｍｏｒｙ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ａ ｌｏｔ ｏｆ ｍｅｍｏｒｙ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｒｅ ｉｄｌｅ ｉｎ ｓｏｍｅ ｎｏｄｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ＳＯ ｔｈｅ ｍｅｍｏｒｙ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｒｅ ｗａｓｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｒｅａｓｏｎ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｍａｃｈｉｎｅ，ｓｈａｒｅｄ ｍｅｍｏｒｙ ａｎｄ ｕｎｓｈａｒｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｍｅｍｏｒｙ ｕｓａｇｅ ａｎｄ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｍｏｒｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｉ．ｅ．ｈｏｗ ｔｏ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｍｅｍｏｒｙ ｏｎ ｔｈｅ ｎｏｄｅ ｔｏ ｔｈｅ ｎｏｄｅ ｍｅｍｏｒｙ ｎｅｅｄｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔ ｉｓ ｒｅｍｏｔｅ—ｔｅｓｔｅｄ ｂｙ ａｒｃｈｉｖｅｓ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｒｉｔｔｅｎ ｂｙ ＶＢ ｌａｎｇｕａｇｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｉｔ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｍｅｍｏｒｙ ｕｓａｇｅ ｂｙ ｍｅａｎ ｏｆ ｍｅｍｏｒｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍｓ ｈｉｇｈ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｄａｔａｂａｓｅ Ｃｌｕｓｔｅｒ；Ｆａｉｌｏｖｅｒ；Ｍｅｍｏｒｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；Ｈｉｇｈ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ；Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ １ 引 言 随着计算机技术的发展，用户对数据库系统的 可用性和可靠性的要求越来越高，然而诸多内外因 素会导致系统崩溃、用户数据破坏，严重时甚至威胁 到国家安全和形象，无形中对数据库的高可用性提 出了挑战。由于集群技术日趋完善并成为后台超级 服务的主流平台，为高性能数据库的发展提供了强 据库集群应运而生。它不仅极大地保证了高可行 性，而且提高了系统的扩展性、安全性，并确保在发 生故障时故障转移过程对用户是透明的，为用户提 供了不间断服务 。 众所周知，内存是计算机中重要的部件之一，其 性能对计算机的影响非常大。在故障转移集群中各 节点均配有内存，然而在运行过程中，有的节点存在 大量的内存资源闲置，不仅造成内存资源的极大浪 费，而且严重降低了系统的运行效率。因此，如何优 化内存使用率，加快集群的运行速度显得极为重要， 大支撑。因此，使用集群技术进行容错和并行处理 已经成为一种有效可行的解决方法 Ｊ，故障转移数 作者简介：李刚（１９７７一），男，山东省临沂市人，硕士研究生，总工程师，主研方向：智能算法、无人机航迹规划。 收稿日期：２０１４—１０—２８ ・６６・ 微处理机 ２０１５正 尤其是在拥有高数量级访问量的大中型企业中。 和节约成本的优势，将它视为数据库集群的体系架 构的第三种方式。当然，不同的体系架构会有不同 ２数据库集群 的内存机制，优化内存使用率的方法自然也不尽 数据库集群中的某台计算机上发生故障时，资 相同。 源会重定向到群集中的另一台计算机，工作量也会 ３．１ 共享存储器和无共享结构 重新分发到群集中的另一台计算机。ＭＳＣＳ是公认 如果故障转移集群的体系架构是由多台主机组 的最佳Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ集群解决方案。而在实用性方面， 集群ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ环境令人满意，进行故障转移时，将 数据库实例由一台服务器转移到另一台服务器的时 成的共享存储器结构，那么内存可以根据需要灵活 地分配，如同一台主机中内存资源分配。因为这种 方式为集群中各节点提供统一的存储空间，使得系 间非常短暂，一般只需要３至７秒钟 Ｊ。因此，针对 ＭＳＣＳ与ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ构建数据库集群进行研究。 ２．１实现模式 集群中的节点可以以不同的方式来运行，这要 统的维护工作比较轻松，数据库管理员只需要更新 共享存储中的页面，即可对所有的节点均有效，但是 要使用严密的锁机制，否则会造成数据不一致性。 优化内存使用率可以这样实现：集群管理软件 周期性地对各节点进行监控，如果发现节点存在空 看它们是如何设置的。一般常见的集群有两个节 点，工作模式有两种方式 Ｊ： （１）主动／主动（Ａｃｔｉｖｅ／ａｃｔｉｖｅ） 闲内存，则对空闲内存进行回收，并将其组成链结 构；如果有节点需要内存，则向管理软件发出请求内 这是最常用的集群模型：两个服务器都同时处 于活动状态，也就是在两个节点上同时运行应用程 序，当一个节点出现故障时，运行在出故障节点上的 应用程序就会转移到另外的没有出现故障的服务 器上。 存信号，管理软件可根据最佳适应法、最差适应算法 和循环首次适应法等动态分配方式从空闲链中摘取 内存分配给节点。 如果体系架构是无共享结构，即各节点独立拥 有自己的内存，则不存在内存争用，从而提高了系统 的整体性能。另外这种结构具有优良的可扩展性 只需增加额外的节点，就可以以近似线性的比 例增加系统的处理能力。 ——（２）主动／被动（Ａｃｔｉｖｅ／ｐａｓｓｉｖｅ） 为了提供最大的可用性，并减小对性能的影响， 需要一个在正常工作时处于备用状态，主节点处理 客户机的请求，而备用节点处于空闲状态。当主节 点出现故障时，备用节点会接管主节点的工作，继续 为客户机提供服务，并且不会有任何性能上的影响。 ２．２改进的实现模式 优化内存使用率只能通过局域网来访问具有空 闲内存的节点，这样运行速度势必会变慢，降低了服 务器性能，所以网线最好使用光纤。而且还需注意 内存识别机制，要分清本节点内存和外来节点内存。 ３．２虚拟机 上述两种方案虽各有优势，却又各有缺点。其 中主动／主动模式允许最大程度的利用硬件资源，所 虚拟机（Ｖｉｓｕａｌ Ｍａｃｈｉｎｅ）指通过软件模拟的具 有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境 有的服务在故障转移后仍保持可用，但由于两个节 点的工作由一个服务器来承担，自然会影响服务器 的性能；主动／被动模式进行故障转移时，性能就不 会受到影响，只是总有一台服务器处于备用状态，降 低了硬件资源利用率【５］。 如果将两者的优势集合于一体，则可达到一举 两得的效果。如有三台服务器，两台服务器处于活 动状态共享一台备用服务器，如此一来，在保证了高 可用性的前提下，又能最大程度地节约成本。 中的完整计算机系统 。ＶＭｗａｒｅ是全球桌面到数 据中心虚拟化解决方案的领导厂商。因此使用 Ｖｍｗａｒｅ作为体系架构。 优化内存使用率可以通过“内存转移”实现。 “内存转移”，即将节点上的空闲内存转移到需要内 存的其他节点上以供使用。以基本的数据库集群实 现模式为例，假设采用主动／被动模式，则“内存转 移”原理可以形象地如图１所示。 ３内存使用率优化 数据库集群的体系架构主要有两种方式：共享 存储器和无共享结构 。另外，近年来虚拟机备受 关注，使用它来构建数据库集群具有易操作、易管理 Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｍｏｒｙ：活动内存，即正在使用的内存 Ｉｄｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ：已分配内存中存在空闲部分 图１中各子图表示的内容为： ａ．内存为２Ｇ的Ｈｏｓｔ之上创建两台虚拟机 Ｖｍｌ、Ｖｍ２，二者配置内存均为２Ｇ。
