外观
DB2 pureScale 架构
pureScale概述
DB2 pureScale是IBM推出的高可用性集群解决方案，基于共享磁盘架构，提供近乎线性的扩展性和高可用性。它结合了IBM大型机的可靠性和分布式系统的灵活性，适用于需要高吞吐量和连续可用性的关键业务应用。
pureScale架构组件
1. 成员（Members）
- 执行数据库事务的核心组件
- 每个成员都是独立的DB2实例
- 共享同一套数据库目录和表空间
- 可以动态添加或移除成员
- 支持读写操作，实现负载均衡
2. 集群缓存设施（Cluster Caching Facility，简称CF）
- 管理全局缓存和锁状态
- 确保数据一致性和并发控制
- 协调成员之间的通信
- 提供高可用性（通常部署2个CF：主CF和备CF）
- 包含两个主要组件：
- 锁管理器（Lock Manager）：管理全局锁
- 共享数据缓存（Shared Data Cache）：缓存经常访问的数据页
3. 高速互联网络（High-Speed Interconnect）
- 连接所有成员和CF
- 提供低延迟、高带宽的通信
- 支持InfiniBand、RoCE或以太网
- 确保成员和CF之间的高效通信
4. 共享存储
- 所有成员共享同一套存储
- 通常使用SAN或NAS存储
- 支持多种存储协议（FC、iSCSI等）
- 包含数据库数据、日志和配置文件
5. 故障监控和恢复组件
- 集群管理软件（RSCT - Reliable Scalable Cluster Technology）
- 监控集群成员和CF的状态
- 检测故障并自动触发恢复操作
- 管理成员和CF的启动、停止和故障转移
pureScale工作原理
1. 事务处理流程
- 客户端连接到任意成员
- 成员解析SQL并生成执行计划
- 成员向CF请求所需数据页的锁
- CF授予锁并返回数据页（如果在缓存中）
- 如果数据页不在CF缓存中，成员从共享存储读取
- 成员执行事务并更新数据页
- 成员将更新的日志记录写入本地日志缓冲
- 日志缓冲刷新到共享存储上的日志文件
- 成员通知CF释放锁并更新缓存
2. 并发控制机制
- 全局锁管理：所有锁由CF统一管理，确保数据一致性
- 乐观并发控制：允许成员先读取数据，在提交时检查冲突
- 共享数据缓存：CF缓存热点数据，减少成员对共享存储的访问
- 两阶段提交：确保分布式事务的原子性
3. 故障检测与恢复
- 心跳机制：成员和CF之间定期发送心跳信号
- 故障检测：当心跳超时，RSCT检测到故障
- 自动恢复：
- 如果成员故障，RSCT会：
- 通知CF释放该成员持有的所有锁
- 清理该成员的资源
- 客户端自动重定向到其他可用成员
- 如果主CF故障，备CF会立即接管，无需中断服务
- 如果成员故障，RSCT会：
pureScale部署模式
1. 标准部署
- 2个或更多成员
- 2个CF（主CF和备CF）
- 共享存储
- 高速互联网络
- 适用于大多数生产环境
2. 精简部署
- 1个成员和1个CF
- 适用于测试和开发环境
- 不提供高可用性，仅用于功能验证
3. 地理分布式部署
- 成员和CF分布在不同地理位置
- 共享存储通过远程复制技术实现
- 提供跨地域的高可用性
- 适用于灾难恢复场景
pureScale配置参数
核心配置参数
| 参数名称 | 描述 | 默认值 |
|---|---|---|
| DB2_SKIPINSERTED | 控制跳过已删除行的行为 | OFF |
| DB2_USE_ALTERNATE_PAGE_CLEANING | 启用替代页清理策略 | ON |
| DB2_PARALLEL_IO | 配置并行I/O行为 | * |
| LOCKLIST | 锁列表大小 | AUTOMATIC |
| MAXLOCKS | 每个应用程序的最大锁百分比 | AUTOMATIC |
| CF_MEM_SZ | CF内存大小 | AUTOMATIC |
配置示例
bash
# 配置成员数量
db2 update dbm cfg using INSTANCE_MEMORY AUTOMATIC
# 配置CF内存
db2 update dbm cfg using CF_MEM_SZ AUTOMATIC
# 配置并行I/O
db2 update dbm cfg using DB2_PARALLEL_IO *
# 启用替代页清理策略
db2 update db cfg for <dbname> using DB2_USE_ALTERNATE_PAGE_CLEANING ONpureScale管理命令
1. 查看集群状态
bash
# 查看集群状态
db2instance -list
# 查看CF状态
db2pd -cf
# 查看成员状态
db2pd -mem2. 管理成员
bash
# 添加成员
db2iupdt -add -m <member_name> -i <instance_name> <instance_home>
# 移除成员
db2iupdt -remove -m <member_name> -i <instance_name> <instance_home>
# 启动成员
db2start member <member_number>
# 停止成员
db2stop member <member_number>3. 管理CF
bash
# 启动CF
db2start cf <cf_number>
# 停止CF
db2stop cf <cf_number>
# 切换CF角色
db2set -g DB2_CF_PRIMARY=<new_primary_cf>pureScale性能优化
1. 成员和CF配置
- 根据工作负载调整成员数量
- 确保CF有足够的内存
- 配置适当的网络带宽
- 监控CF的CPU利用率
2. 存储优化
- 使用高性能存储设备
- 配置适当的存储RAID级别
- 优化存储I/O调度
- 使用多个LUN分散I/O负载
3. 应用程序优化
- 减少锁竞争
- 优化事务大小
- 合理使用连接池
- 避免长事务
版本差异
| 版本 | pureScale功能差异 |
|---|---|
| DB2 10.1 | 首次引入pureScale，支持AIX和Linux平台 |
| DB2 10.5 | 增强了性能和可扩展性，支持更多硬件平台 |
| DB2 11.1 | 改进了故障恢复机制，支持更灵活的部署选项 |
| DB2 11.5 | 引入了更多自动化管理功能，支持容器化部署 |
生产实践
1. pureScale部署最佳实践
1.1 硬件配置建议
成员节点：
- CPU：8核以上，高频处理器（建议3.0GHz+）
- 内存：至少16GB，建议32GB以上
- 存储：本地SSD用于日志缓冲，共享存储用于数据
- 网络：10GbE或InfiniBand高速网络
CF节点：
- CPU：4核以上，高频处理器
- 内存：建议32GB以上（根据数据库大小调整）
- 网络：优先使用InfiniBand，确保低延迟
共享存储：
- 建议使用全闪存阵列（AFA）
- 配置足够的带宽和IOPS
- 实现存储级别的冗余（RAID 10）
- 分离日志和数据存储
1.2 网络配置实践
网络分离：
- 将成员间通信、CF通信和客户端通信分离到不同网络
- 使用VLAN隔离不同类型的流量
网络监控：
bash# 监控网络延迟 ibping -c 10 -f <destination> # 监控网络带宽 ibstat # 监控网络错误 ifconfig -a
2. pureScale性能调优实践
2.1 CF内存优化
- 案例背景：CF内存不足导致性能瓶颈
- 调优方法：bash
# 监控CF内存使用情况 db2pd -cf -mem # 调整CF内存大小 db2 update dbm cfg using CF_MEM_SZ 32768 # 重启CF使配置生效 db2stop cf <cf_number> db2start cf <cf_number>
2.2 锁竞争优化
- 问题：高并发场景下锁竞争导致性能下降
- 解决方案：sql
-- 分析锁等待情况 SELECT * FROM TABLE(MON_GET_LOCKWAIT(NULL)) AS LW; -- 减少锁持有时间 -- 1. 优化事务大小，避免长事务 -- 2. 使用行级锁而非表级锁 -- 3. 合理设置隔离级别 -- 调整锁列表大小 db2 update db cfg for <dbname> using LOCKLIST AUTOMATIC db2 update db cfg for <dbname> using MAXLOCKS AUTOMATIC
2.3 页清理策略优化
- 配置替代页清理策略：bash
# 启用替代页清理策略 db2 update db cfg for <dbname> using DB2_USE_ALTERNATE_PAGE_CLEANING ON # 调整页清理器数量 db2 update db cfg for <dbname> using NUM_IOCLEANERS AUTOMATIC db2 update db cfg for <dbname> using NUM_PAGE_CLEANERS AUTOMATIC
3. pureScale故障管理实践
3.1 故障演练与恢复
- 定期故障演练：bash
# 模拟成员故障 db2stop member <member_number> force # 验证故障转移 db2instance -list # 恢复成员 db2start member <member_number>
3.2 自动客户端重新路由（ACR）配置
- 配置ACR：bash
# 启用ACR db2 update alternate server for database <dbname> using member <member_number> hostname <host> port <port> # 配置连接重试 db2 update dbm cfg using MAX_CONNECT_RETRIES 5 db2 update dbm cfg using CONNECT_RETRY_DELAY 2
4. pureScale监控实践
4.1 关键监控指标
成员监控：
bash# 监控成员状态和性能 db2pd -d <dbname> -member db2pd -d <dbname> -transaction db2pd -d <dbname> -locksCF监控：
bash# 监控CF状态和性能 db2pd -cf -status db2pd -cf -locks db2pd -cf -cache集群监控：
bash# 监控集群状态 db2instance -list # 监控RSCT状态 lssrc -g rsct
4.2 监控脚本示例
bash
#!/bin/bash
# purescale_monitor.sh - 监控pureScale集群状态
DB_NAME="mydb"
OUTPUT_FILE="/var/log/purescale_monitor_$(date +%Y%m%d_%H%M%S).log"
# 记录监控时间
echo "=== pureScale监控报告 - $(date) ===" > $OUTPUT_FILE
# 1. 集群状态
echo -e "\n1. 集群状态:" >> $OUTPUT_FILE
db2instance -list >> $OUTPUT_FILE
# 2. 成员状态
echo -e "\n2. 成员状态:" >> $OUTPUT_FILE
db2pd -d $DB_NAME -member >> $OUTPUT_FILE
# 3. CF状态
echo -e "\n3. CF状态:" >> $OUTPUT_FILE
db2pd -cf -status >> $OUTPUT_FILE
# 4. 锁状态
echo -e "\n4. 锁状态:" >> $OUTPUT_FILE
db2pd -d $DB_NAME -locks >> $OUTPUT_FILE
# 5. 事务状态
echo -e "\n5. 事务状态:" >> $OUTPUT_FILE
db2pd -d $DB_NAME -transaction >> $OUTPUT_FILE
# 6. 网络状态
echo -e "\n6. 网络状态:" >> $OUTPUT_FILE
ibstat >> $OUTPUT_FILE
# 7. 存储状态
echo -e "\n7. 存储状态:" >> $OUTPUT_FILE
iostat -x 1 5 >> $OUTPUT_FILE
echo -e "\n=== 监控结束 ===" >> $OUTPUT_FILE
# 检查异常情况
if grep -q "FAILED" $OUTPUT_FILE || grep -q "UNAVAILABLE" $OUTPUT_FILE; then
# 发送告警邮件
mail -s "pureScale集群异常" admin@example.com < $OUTPUT_FILE
fi5. pureScale维护实践
5.1 成员滚动升级
- 升级步骤：
- 准备升级包
- 停止一个成员：bash
db2stop member <member_number> - 升级该成员
- 启动成员：bash
db2start member <member_number> - 验证成员状态：bash
db2instance -list - 对其他成员重复上述步骤
- 升级CF（先备CF，后主CF）
5.2 备份与恢复策略
备份策略：
- 使用DB2内置备份工具：bash
db2 backup database <dbname> to /backup - 实现增量备份：bash
db2 backup database <dbname> online incremental to /backup - 定期验证备份完整性：bash
db2ckbkp /backup/*.001
- 使用DB2内置备份工具：
恢复策略：
- 测试恢复流程：bash
db2 restore database <dbname> from /backup replace existing - 实现Point-In-Time Recovery (PITR)：bash
db2 restore database <dbname> from /backup taken at <timestamp> until <point_in_time> replace existing
- 测试恢复流程：
6. pureScale容器化实践
6.1 Kubernetes部署
- 案例背景：企业希望在Kubernetes上部署pureScale，实现容器化管理
- 实施步骤：
- 准备Kubernetes集群
- 部署共享存储（如IBM Spectrum Scale或NFS）
- 配置网络（建议使用Calico或Flannel）
- 使用Helm部署pureScale：bash
helm repo add ibm-charts https://raw.githubusercontent.com/IBM/charts/master/repo/stable/ helm install my-purescale ibm-charts/ibm-db2-purescale - 验证部署：bash
kubectl get pods kubectl exec -it <member-pod> -- db2instance -list
常见问题（FAQ）
Q1: pureScale支持哪些操作系统？
A1: pureScale支持AIX和Linux（RHEL、SLES）操作系统，不支持Windows平台。
Q2: pureScale与传统HADR有什么区别？
A2: pureScale和HADR的主要区别：
- pureScale基于共享磁盘架构，成员共享同一套存储；HADR基于主备架构，数据通过日志复制同步
- pureScale支持多个成员同时处理事务，实现负载均衡；HADR只有主库处理事务
- pureScale提供亚秒级故障切换；HADR故障切换时间通常为秒级
- pureScale适用于高吞吐量场景；HADR适用于灾难恢复场景
Q3: pureScale需要多少个节点？
A3: pureScale的最小配置为1个成员和1个CF（用于测试），生产环境建议配置：
- 至少2个成员，实现负载均衡
- 2个CF（主CF和备CF），实现高可用性
Q4: pureScale如何处理成员故障？
A4: 当成员故障时：
- RSCT检测到故障
- CF释放该成员持有的所有锁
- 清理该成员的资源
- 客户端通过自动客户端重新路由（ACR）连接到其他可用成员
- 故障成员可以修复后重新加入集群
Q5: pureScale支持动态扩展吗？
A5: 是的，pureScale支持动态扩展：
- 可以在线添加或移除成员
- 无需停机或重启数据库
- 支持近乎线性的性能扩展
Q6: pureScale的许可证是如何计算的？
A6: pureScale的许可证通常基于：
- 成员数量
- 每个成员的CPU核心数
- 具体的许可证类型（标准版、企业版等）
Q7: 如何监控pureScale集群？
A7: 可以使用以下工具监控pureScale集群：
- DB2命令：
db2instance -list、db2pd -cf、db2pd -mem - IBM Data Studio或IBM Cloud Pak for Data
- 操作系统工具：top、vmstat、iostat等
- 第三方监控工具：Nagios、Zabbix等
Q8: pureScale适合什么样的应用场景？
A8: pureScale适用于以下场景：
- 高吞吐量的在线事务处理（OLTP）系统
- 需要连续可用性的关键业务应用
- 数据量增长迅速，需要灵活扩展的系统
- 对故障恢复时间要求极高的应用
Q9: pureScale的存储要求是什么？
A9: pureScale对存储的要求：
- 共享存储（SAN或NAS）
- 支持并发访问
- 低延迟、高带宽
- 支持多种存储协议（FC、iSCSI等）
- 建议使用RAID 10或类似的冗余配置
Q10: 如何迁移到pureScale？
A10: 迁移到pureScale的主要步骤：
- 评估现有环境和工作负载
- 规划pureScale架构和配置
- 部署pureScale集群
- 迁移数据库（使用备份恢复或数据库复制）
- 测试应用程序兼容性
- 逐步切换生产流量
- 监控和优化性能
pureScale与其他高可用解决方案的比较
| 特性 | DB2 pureScale | DB2 HADR | 传统集群 |
|---|---|---|---|
| 架构类型 | 共享磁盘 | 主备复制 | 共享磁盘或共享 nothing |
| 扩展性 | 近乎线性 | 有限 | 有限 |
| 故障切换时间 | 亚秒级 | 秒级 | 分钟级 |
| 负载均衡 | 支持 | 不支持 | 部分支持 |
| 跨地域部署 | 支持 | 支持 | 有限支持 |
| 管理复杂度 | 中等 | 低 | 高 |
| 硬件成本 | 高 | 中 | 中 |