数据库集群同步技术原理简析 (数据库集群 同步)
随着互联网应用的不断发展，数据库的重要性也越来越凸显。当互联网应用流量增长到一定程度时，单台数据库无法承受如此大的负荷。这时候，我们需要数据库集群来进行数据存储和负载均衡。但是，集群模式下，不同节点之间必须实现数据同步，保证数据的正确性和一致性。本文将对数据库集群同步技术的原理进行简述。
一、数据库集群同步技术的作用
在数据库集群中，如果只是简单的将数据存储到不同节点，那么会出现数据不一致的情况。比如说，用户在一台节点进行了修改，但是该节点并没有同步到其他节点，这时候如果其他节点继续对该数据进行修改，那么就会出现数据不一致的问题。因此，为了维护及时、准确的数据，必须要实现数据库的同步。
二、数据库集群同步技术的目标
数据库集群同步技术的目标是保证在不同的节点上数据具有一致性和正确性。在这个基础上，需要满足以下几个要求：
1. 数据库的数据应该能够通过网络进行传输和同步；
2. 当数据库中的数据在不同节点的主机上进行修改时，需要通知其他节点，让其也能及时和正确地同步该数据；
3. 数据库同步过程中不能影响当前系统的正常运行，应该保证集群在同步的同时，能够应用程序不受影响地处理其他请求；
4. 当出现网络分区现象时，需要通过相应的机制避免“分片”现象对数据的影响，保证集群的一致性。
三、数据库集群同步技术的实现原理
1. 基于主从模式同步
主从模式是最基本的一种数据库集群模式。在这种模式下，有一个主节点和若干个子节点(从节点)。所有的写入操作都在主节点上执行，从节点则只能执行读操作。主节点上的数据发生修改后，就向所有被动从节点发送数据变更信息，从节点接收到数据变更信息后，再主动与主节点进行重新交互，将修改后的数据进行同步。
该模式的优点是简单易懂，缺点则是存在单点故障风险和容灾能力差。
2. 基于主主模式同步
在主主模式下，不同节点之间同时拥有写操作和读操作的功能，写入的数据可以在不同节点之间进行复制和同步。也就是说，不同节点之间的数据都应该是完全相同的。在该模式下需要解决数据冲突、锁竞争等问题。
主主模式在实现过程中，需要考虑到许多复杂情况的处理，比如在主主模式下，两台机器在不同时间段对同一条记录进行修改时，就需要考虑数据同步的问题。同时，数据的冲突、锁竞争等问题都需要引入解决机制，这大大增加了系统的复杂度。
3. 基于复制日志同步
复制日志同步是现在主流的数据库集群同步技术之一。在这种技术下，主节点会记录每次的数据变更情况，同时向所有从节点发送数据变更日志。从节点接收到新的数据变更信息后，就向主节点请求数据变更日志，进行数据同步。
复制日志同步的优点在于，具有较高的性能和容灾能力，且节点之间的数据一定是一致的。其缺点在于实现较为复杂，需要考虑很多实现细节。
4. 基于Voting同步
基于Voting的同步方式是一种基于指数级管道的系统。在该同步方式下，每个节点同时维护一个日志列表，并在每个磁盘上记录一个计数器；当数据变更时，主节点的计数器会加1，并将日志发送给其他节点，这些节点的计数器也都会递增。与主节点的计数器和日志项完全匹配后，才会被同步到其他节点。
Voting同步的优点在于不会发生网络分区，并能自适应地选择合适的同步节点。其缺点在于需要高效的分布式协议，并且执行效率较低。
四、结论
随着数据库技术的不断发展，数据库集群同步技术也在不断完善。对于不同的使用场景，需要选择适合的技术方案，以保持集群的高可靠性和高性能。在选择合适的技术方案上，需要考虑到数据一致性、容错性、系统可扩展性等因素，才能够有助于提升我们的数据库集群架构的效率和可靠性。
相关问题拓展阅读：
数据库集群的性质
一.与分布式数据库系统的区别 数据库集群有的具有单份数据集，有的具有两份或槐谈多份相似的数据集，有的具有两份或多份实时一致的数据集；而分布式数据库系统往往具有完全不同的数据集。 数据库集群往往是同构的系统，要求集群各节点都具有相同的操作系统和数据库系统版本，甚至补丁包的版本也要求保持一致；而分布式数据库系统可以是异构系统，包含不同的操作系统和不同的数据库系统。 数据库集群往往建立在高速局域网内；而分布式数据库系统既可以是高速局域网，也可以是跨部门、跨单位的异地远程网络。 二.数据库集群的技术指标
由于数据库系统是任何一个信息系统的核心，因此除了业务逻辑之外，用户还关心下面三点：
1. 系统性能
性能问题涉及硬件、软件、网络、应用设计架构、代码质量等多方面。但是数据库集群如果能提供负载均衡能力和自动优化能力，则是对整个系统性能具有莫大的好处。
2. 数据可靠性
在系统发生任意故障(包括操作系统、数据库引擎、硬盘或磁盘阵列或存储网络等故障)条件下数据丢失的可能性。有的系统从设计原理上注定了必然会存在理论上的数据丢失可能性，而有的系统因为冗余设计原理，可以保证理论上的数据零丢失。铅改碰用容灾领域的术语来讲，这类似于RPO(Recovery Point Objective)，但是不完全等同于RPO。
3. 服务可用性
在系歼则统发生任意故障(包括操作系统、数据库引擎、硬盘或磁盘阵列或存储网络等故障)条件下整个系统停止对外提供数据服务的可能性。与上面的数据库可靠性紧密关联，如果一个系统从理论上存在数据丢失的可能性，那么这样的系统必然会导致整个系统的服务停止。同样地，用容灾领域的术语来讲，这类似于RTO(Recovery Time Objective)，但是也同样不能完全等同于RTO。
三.数据库集群的分类
在市场上，数据库集群是一个笼统的名词，没有一个权威的定义，各市场参与者往往是各取所需，推出各种特色的数据库集群解决方案。一般地具有下列四种集群方案：
1．基于串行数据复制技术
串行复制技术，本来是用于数据传送和数据备份的，离人们熟悉的“数据库集群”的概念有一定的距离。但是由于计算机软硬件技术和网络通讯技术的快速发展，使得利用这种概念和技术构成的“数据库集群”有了一定的可行性。此类集群，又可以分两类:
a.串行异步复制
此种方式是数据的异步串行复制。主要采用数据库事务日志传送或者硬盘数据块传送技术来实现，SQL Server自带的复制、镜像和SQL2023新出的AlwaysON(备机可读)以及第三的一些镜像Mirror技术都是属于此类产品，此类技术和产品本质上就是数据备份技术和产品。下列以事务日志传送(Log Shipping)为例来说明。主数据库完成事务处理后，生成事务处理日志，日志记录通过FIFO队列，进入备份数据库处理，从而得到备份数据。此种方式的缺陷在于：
a) 主数据库并行处理事务而日志拷贝是串行的，而备份数据库处理日志记录也是串行的。因此，FIFO队列的溢出随时可能发生。一旦发生，队列必须重建，从而需要重新建立备份数据库。此种方法对于一般客户来讲是不可行的。
b) 由于日志拷贝是异步的，主备数据库不是实时一致，两者之间存在“时间差”，因此如果用备份数据库作负荷均衡，这样的应用存在逻辑上的漏洞，可能会发生数据错乱。
c) 由于主备数据存在时间差, 主数据库一旦发生事故，理论上一定会丢失数据。在这种情况下，要么需要手工恢复数据库，这会消耗大量的人工成本，或者数据根本就不能恢复。
d) 对主机的性能影响，根据测试一般在15%到25%之间。
b.串行同步复制
此类集群往往是由昂贵的专用软硬件构成的，原理图如下：
此类系统采用专用的高速网络和软件技术，将每个数据库的请求，通过同步复制的方式，同步在主备两台数据库服务器上执行正确后，才将结果返回给数据库客户。此系统的特点是：
a) 主数据库被强迫与备份数据库同步串行处理，因此性能受到限制。
b) 主备数据库中任意一个出现问题，都会迫使事务处理交易回滚，因此整个系统的可靠性比单机系统降低了一半。
c) 由于以上问题，这种备份方式只适用于近距离光纤网络（5英里）。
d) 专用系统造价昂贵，又加上述明显缺陷，因此市场上很少被采用。
2．基于共享存储的双机容错技术
从技术适应性的角度讲，双机容错比较适合于无状态应用，或者状态信息较少的应用切换，以此达到应用级的高可用性目的，其实并不适合于数据库级的应用切换。
此种结构往往是两个服务器共享一个磁盘阵列，这里两个服务器共享一个虚拟的IP供数据库客户使用，形成一个单一的逻辑数据库映象。此种所谓的数据库集群的目的是，一旦主机系统出现问题，备份系统通过心跳机制的检测，完成从主机系统到备份系统的切换。这种方案在市场上被称为“双机集群”或者“双机热备”，简称参见“双机”，但微软称之为“故障转移集群”。它有下列特点：
a. 此种高可用性解决方案只是无状态系统(典型的如Web服务器)的普通容错切换思想在数据库领域的应用。
b. 此系统本身只有一个单一的数据映象，数据储存在共享的磁盘阵例上，因此共享的磁盘阵列成为了整个系统的单点错误源。
c. 由于是单一数据映象，因此必须采用通常的复制或备份方法获取第二份数据，以保证数据的安全性。因此所有复制或备份方法的缺点，此类系统全部存在。
d. 主机系统和备份系统之间是没有任何负载均衡关系的，在正常情况下，备份系统是闲置在那里，因此对用户来说是一种投资浪费。
e. 在错误切换的时候，往往存在切换时间长，而且更严重的是可能会存在丢失用户交易数据丢失的现象，结果导致系统被迫停止服务，或者需要人工修复数据，或者数据永远找不回来。
3．以Oracle RAC为代表的系统
RAC的英文全称是：Real Application Cluster(真正的应用级集群)。我们需要关注的是“应用级”。为了缓解数据库系统日益增长的性能压力，Oracle公司推出了RAC系统。它基本结构如下：
此类系统，专门是针对数据库性能问题而提出的。采用共享磁盘阵列的方式，因此在结构上和上述双机容错相似，不同的地方在于此系统中的数据库节点之间采用的不是简单的心跳检测，而是Oracle公司自己定义的一套复杂的信息交换协议，以此来动态分配来自数据库客户端的请求。它的特点是：
a. 是个应用级的集群，也就是针对Oracle的数据库管理系统(因为数据库管理系统对于操作系统来讲，就是一个“应用程序”，因此被称为“应用级集群”)，专门为提高数据库性能而设计。
b. 此系统本身只有一个单一的数据映象，数据储存在共享的磁盘阵例上，因此享的磁盘阵例成为了整个系统的单点错误源。
c. 管理配置复杂。
d. 由于是单一数据映象，因此必须采用通常的复制或备份方法获取第二份数据，以保证数据的安全性。因此所有复制或备份方法的缺点，此类系统全部存在。
e. 由于数据库系统本身具有高I/O的特性，因此，RAC系统里，磁盘I/O是提高性能的关键地方。
f. 依据不同的数据库应用，有的性能有所提升，有的性能可能会反而下降。
数据库集群 同步的介绍就聊到这里吧，感谢你花时间阅读本站内容，更多关于数据库集群 同步,数据库集群同步技术原理简析,数据库集群的性质的信息别忘了在本站进行查找喔。
