印刻数据库

外观

DB2 PureScale 核心组件 ​

PureScale 概述 ​

DB2 PureScale 是 IBM 推出的一种数据库集群解决方案，提供高可用性和横向扩展能力。它基于共享存储架构，允许多个 DB2 实例同时访问同一组数据库文件，实现了无共享架构的高可用性和共享存储架构的简单性。DB2 PureScale 适用于需要高可用性、高吞吐量和横向扩展能力的企业级应用。

PureScale 架构 ​

共享存储架构 ​

DB2 PureScale 采用共享存储架构，多个 DB2 实例（成员）通过高速网络连接到共享存储设备，同时访问同一组数据库文件。这种架构允许在不中断数据库服务的情况下添加或移除实例，实现了数据库的横向扩展和高可用性。

核心组件架构 ​

  1. 成员（Member）：DB2 数据库实例，负责处理客户端请求
  2. 集群管理设施（CM - Cluster Manager）：负责管理集群成员的状态和故障转移
  3. 共享存储：存储数据库文件和事务日志
  4. 高速互连网络：连接集群成员和集群管理设施
  5. 虚拟 IP（VIP）：提供客户端连接的单一入口点

核心组件详解 ​

1. 成员（Member） ​

成员定义 ​

成员是 DB2 PureScale 集群中的 DB2 数据库实例，负责处理客户端请求、执行 SQL 语句和管理数据库连接。每个成员都有自己的内存空间和进程，但共享相同的数据库文件和事务日志。

成员功能 ​

  • 处理客户端连接和 SQL 请求
  • 执行数据库操作（查询、插入、更新、删除等）
  • 管理本地内存缓冲区
  • 与其他成员协调事务处理
  • 参与故障检测和故障转移

成员配置 ​

sql
-- 查看集群成员状态
db2instance -list

-- 启动集群成员
db2start member <member_id>

-- 停止集群成员
db2stop member <member_id>

-- 添加集群成员
db2iupdt -addmember <member_name> -instancename <instance_name>

-- 移除集群成员
db2iupdt -removemember <member_id> -instancename <instance_name>

2. 集群管理设施（CM - Cluster Manager） ​

CM 定义 ​

集群管理设施是 DB2 PureScale 集群的核心组件，负责管理集群成员的状态、检测成员故障并执行故障转移。CM 采用冗余设计，确保自身的高可用性。

CM 功能 ​

  • 监控集群成员的状态
  • 检测成员故障
  • 执行成员故障转移
  • 管理集群配置
  • 协调成员间的通信
  • 维护集群一致性

CM 配置 ​

sql
-- 查看 CM 状态
db2cluster -cm -status

-- 启动 CM
db2cluster -cm -start

-- 停止 CM
db2cluster -cm -stop

-- 添加 CM
db2cluster -cm -add -host <hostname>

-- 移除 CM
db2cluster -cm -remove -host <hostname>

3. 共享存储 ​

共享存储定义 ​

共享存储是 DB2 PureScale 集群中存储数据库文件和事务日志的存储设备，所有成员都可以访问这些文件。共享存储通常采用 SAN（Storage Area Network）或 NAS（Network Attached Storage）技术。

共享存储功能 ​

  • 存储数据库数据文件
  • 存储事务日志
  • 提供高可用性和冗余
  • 支持并发访问
  • 支持快速故障转移

共享存储配置 ​

sql
-- 查看共享存储配置
db2cluster -storage -status

-- 添加共享存储
db2cluster -storage -add -disk <disk_path>

-- 移除共享存储
db2cluster -storage -remove -disk <disk_path>

-- 检查共享存储状态
db2cluster -storage -verify

4. 高速互连网络 ​

高速互连网络定义 ​

高速互连网络是连接 DB2 PureScale 集群成员和 CM 的网络基础设施，用于成员间的通信和数据传输。

高速互连网络功能 ​

  • 成员间通信
  • 事务协调
  • 锁同步
  • 日志传输
  • 故障检测

高速互连网络配置 ​

sql
-- 查看网络配置
db2cluster -network -status

-- 添加网络接口
db2cluster -network -add -interface <interface_name> -host <hostname>

-- 移除网络接口
db2cluster -network -remove -interface <interface_name> -host <hostname>

-- 检查网络状态
db2cluster -network -verify

5. 虚拟 IP（VIP） ​

VIP 定义 ​

虚拟 IP 是 DB2 PureScale 集群的单一入口点，客户端通过 VIP 连接到数据库，而不需要知道具体的成员信息。VIP 会自动故障转移到可用的成员。

VIP 功能 ​

  • 提供客户端连接的单一入口点
  • 自动故障转移
  • 负载均衡（可选）
  • 简化客户端配置

VIP 配置 ​

sql
-- 查看 VIP 配置
db2cluster -vip -status

-- 添加 VIP
db2cluster -vip -add -ip <vip_address> -interface <interface_name> -host <hostname>

-- 移除 VIP
db2cluster -vip -remove -ip <vip_address>

-- 检查 VIP 状态
db2cluster -vip -verify

6. 全局锁管理器（GLM - Global Lock Manager） ​

GLM 定义 ​

全局锁管理器负责管理 DB2 PureScale 集群中的锁，确保多个成员对同一数据的并发访问不会导致数据不一致。

GLM 功能 ​

  • 管理全局锁
  • 协调成员间的锁请求
  • 检测和解决死锁
  • 确保数据一致性

GLM 配置 ​

sql
-- 查看 GLM 状态
db2pd -db sample -locks

-- 查看锁统计信息
db2pd -db sample -lockstats

-- 配置锁超时
db2 update db cfg for sample using locktimeout 30

7. 全局缓冲池（GBP - Global Buffer Pool） ​

GBP 定义 ​

全局缓冲池是 DB2 PureScale 集群中的共享缓冲池，允许多个成员共享数据页，减少了磁盘 I/O 和网络传输。

GBP 功能 ​

  • 共享数据页
  • 减少磁盘 I/O
  • 减少成员间数据传输
  • 提高查询性能

GBP 配置 ​

sql
-- 创建全局缓冲池
db2 "create bufferpool gbpool size 1000 pagesize 8k extended storage yes"

-- 查看缓冲池状态
db2pd -db sample -bufferpools

-- 配置缓冲池大小
db2 "alter bufferpool gbpool size 2000"

8. 日志同步机制 ​

日志同步定义 ​

日志同步机制负责确保所有成员的事务日志保持同步，确保在成员故障时不会丢失数据。

日志同步功能 ​

  • 同步事务日志
  • 确保数据一致性
  • 支持故障恢复
  • 提供高可用性

日志同步配置 ​

sql
-- 查看日志配置
db2 get db cfg for sample | grep -i log

-- 配置日志同步模式
db2 update db cfg for sample using syncmode NEARSYNC

-- 配置日志缓冲区大小
db2 update db cfg for sample using logbufsz 16384

核心组件交互 ​

客户端请求处理流程 ​

  1. 客户端通过 VIP 连接到 DB2 PureScale 集群
  2. 集群管理设施将连接分配给可用的成员
  3. 成员处理客户端请求
  4. 成员在需要时从共享存储读取数据
  5. 成员在需要时向共享存储写入数据
  6. 成员与全局锁管理器协调锁请求
  7. 成员与其他成员协调事务处理
  8. 成员将事务日志写入共享存储
  9. 成员向客户端返回处理结果

故障转移流程 ​

  1. 集群管理设施检测到成员故障
  2. 集群管理设施将故障成员的 VIP 转移到可用成员
  3. 集群管理设施更新集群成员状态
  4. 全局锁管理器释放故障成员持有的锁
  5. 客户端自动重连到新的成员
  6. 新成员继续处理客户端请求

核心组件配置 ​

集群配置 ​

sql
-- 创建 PureScale 实例
db2icrt -ha -instance_type member -instancename db2inst1 -dbpath /db2/data -tspath /db2/tablespaces

-- 配置集群管理设施
db2cluster -cm -configure -host <hostname>

-- 配置共享存储
db2cluster -storage -configure -disk <disk_path>

-- 配置网络
db2cluster -network -configure -interface <interface_name> -host <hostname>

-- 配置虚拟 IP
db2cluster -vip -configure -ip <vip_address> -interface <interface_name> -host <hostname>

数据库配置 ​

sql
-- 创建 PureScale 数据库
db2 create database sample on /db2/data using codeset UTF-8 territory US

-- 配置数据库为 PureScale 模式
db2 update db cfg for sample using hadr_enabled no

db2 update db cfg for sample using cluster_mgmt_name cm_name

db2 update db cfg for sample using instance_type member

性能配置 ​

sql
-- 配置全局缓冲池
db2 "create bufferpool gbpool size 10000 pagesize 8k extended storage yes"

-- 配置锁超时
db2 update db cfg for sample using locktimeout 30

-- 配置日志同步模式
db2 update db cfg for sample using syncmode NEARSYNC

-- 配置连接管理器
db2 update dbm cfg using num_conn_mgrs 20

核心组件监控 ​

集群状态监控 ​

sql
-- 查看集群状态
db2cluster -status

-- 查看成员状态
db2instance -list

-- 查看集群管理设施状态
db2cluster -cm -status

-- 查看共享存储状态
db2cluster -storage -status

数据库状态监控 ​

sql
-- 查看数据库状态
db2pd -db sample

-- 查看成员状态
db2pd -db sample -members

-- 查看连接状态
db2pd -db sample -applications

-- 查看锁状态
db2pd -db sample -locks

性能监控 ​

sql
-- 查看缓冲池性能
db2pd -db sample -bufferpools

-- 查看日志性能
db2pd -db sample -logs

-- 查看 I/O 性能
db2pd -db sample -tablespaces -io

-- 查看成员间通信
db2pd -db sample -mempools

核心组件故障排除 ​

成员故障 ​

sql
-- 查看成员故障日志
db2diag -g component=DB2CM

-- 重启故障成员
db2start member <member_id>

-- 查看成员恢复状态
db2pd -db sample -recovery

集群管理设施故障 ​

sql
-- 查看 CM 故障日志
db2diag -g component=DB2CM

-- 重启 CM
db2cluster -cm -start

-- 切换 CM 角色
db2cluster -cm -switch -host <hostname>

共享存储故障 ​

sql
-- 查看存储状态
db2cluster -storage -status

-- 检查存储连接
db2cluster -storage -verify

-- 修复存储故障
-- 根据存储设备类型执行相应的修复操作

网络故障 ​

sql
-- 查看网络状态
db2cluster -network -status

-- 检查网络连接
db2cluster -network -verify

-- 修复网络故障
-- 根据网络设备类型执行相应的修复操作

核心组件最佳实践 ​

成员配置最佳实践 ​

  1. 成员数量：根据业务需求和硬件资源，合理配置成员数量（建议 2-8 个成员）
  2. 成员分布：将成员分布在不同的物理服务器和机架上，提高可用性
  3. 成员资源：为每个成员分配足够的 CPU、内存和网络资源
  4. 成员监控：定期监控成员的状态和性能

集群管理设施最佳实践 ​

  1. CM 冗余：配置至少 2 个 CM，确保 CM 本身的高可用性
  2. CM 分布：将 CM 分布在不同的物理服务器和机架上
  3. CM 监控：定期监控 CM 的状态和性能
  4. CM 日志：定期清理 CM 日志，避免日志文件过大

共享存储最佳实践 ​

  1. 存储冗余：使用 RAID 技术或存储阵列，确保存储设备的高可用性
  2. 存储性能：使用高速存储设备（如 SSD），提高数据库性能
  3. 存储监控：定期监控存储设备的状态和性能
  4. 存储备份：定期备份共享存储中的数据库文件

网络配置最佳实践 ​

  1. 网络冗余：配置冗余网络接口和网络交换机，提高网络可用性
  2. 网络性能：使用高速网络（如 10GbE 或 InfiniBand），提高成员间通信速度
  3. 网络隔离：将集群管理网络与客户端网络隔离，提高安全性
  4. 网络监控：定期监控网络的状态和性能

版本差异 ​

DB2 10.5 PureScale ​

  • 首次引入 DB2 PureScale 功能
  • 支持最多 16 个成员
  • 支持最多 4 个集群管理设施
  • 支持共享存储架构

DB2 11.1 PureScale ​

  • 增强了性能和可扩展性
  • 支持最多 32 个成员
  • 改进了集群管理设施
  • 增强了故障检测和故障转移

DB2 11.5 PureScale ​

  • 引入了更多自动化管理功能
  • 增强了云环境支持
  • 改进了性能监控和诊断
  • 增强了安全性
  • 支持更多的存储选项

生产环境部署建议 ​

  1. 硬件配置：

    • 使用高性能服务器（多核 CPU、大内存）
    • 使用高速存储设备（如 SSD 或 NVMe）
    • 使用高速网络（如 10GbE 或 InfiniBand）
    • 配置冗余电源和冷却系统

  2. 软件配置：

    • 安装最新版本的 DB2 PureScale
    • 配置合适的操作系统参数
    • 配置合适的数据库参数
    • 安装必要的补丁和更新

  3. 部署架构：

    • 将成员分布在不同的物理服务器和机架上
    • 配置冗余的集群管理设施
    • 使用冗余的共享存储设备
    • 配置冗余的网络接口和网络交换机

  4. 监控和管理：

    • 建立完善的监控系统
    • 配置告警和通知机制
    • 定期执行备份和恢复测试
    • 定期检查集群状态和性能

常见问题（FAQ） ​

Q1: DB2 PureScale 支持多少个成员？ ​

A1: DB2 PureScale 支持的成员数量取决于 DB2 版本：

  • DB2 10.5: 最多 16 个成员
  • DB2 11.1: 最多 32 个成员
  • DB2 11.5: 最多 32 个成员

Q2: DB2 PureScale 需要什么样的存储设备？ ​

A2: DB2 PureScale 需要共享存储设备，支持以下类型：

  • SAN（Storage Area Network）
  • NAS（Network Attached Storage）
  • 存储阵列
  • 云存储（DB2 11.5+）

Q3: DB2 PureScale 如何实现高可用性？ ​

A3: DB2 PureScale 通过以下机制实现高可用性：

  • 冗余的成员和集群管理设施
  • 自动故障检测和故障转移
  • 共享存储架构
  • 日志同步机制
  • 虚拟 IP 技术

Q4: DB2 PureScale 如何实现横向扩展？ ​

A4: DB2 PureScale 通过以下机制实现横向扩展：

  • 共享存储架构，允许多个成员同时访问同一数据库
  • 负载均衡，将客户端请求分配给多个成员
  • 全局缓冲池，减少成员间数据传输
  • 全局锁管理器，协调成员间的并发访问

Q5: DB2 PureScale 与传统 DB2 有什么区别？ ​

A5: DB2 PureScale 与传统 DB2 的主要区别：

  • 架构：PureScale 采用共享存储架构，传统 DB2 采用独立存储架构
  • 可用性：PureScale 提供更高的可用性，支持自动故障转移
  • 扩展性：PureScale 支持横向扩展，传统 DB2 主要支持纵向扩展
  • 复杂度：PureScale 架构更复杂，需要更多的硬件和软件资源

Q6: 如何监控 DB2 PureScale 集群？ ​

A6: 可以使用以下工具监控 DB2 PureScale 集群：

  • DB2 内置工具：db2pd、db2cluster、db2instance
  • IBM Data Server Manager
  • IBM Cloud Pak for Data
  • 第三方监控工具：IBM Tivoli Monitoring、Nagios、Zabbix 等

总结 ​

DB2 PureScale 是一种强大的数据库集群解决方案，提供高可用性、高吞吐量和横向扩展能力。它的核心组件包括成员、集群管理设施、共享存储、高速互连网络、虚拟 IP、全局锁管理器、全局缓冲池和日志同步机制。通过合理配置和管理这些核心组件，可以构建一个高性能、高可用的数据库集群，满足企业级应用的需求。

DB2 PureScale 适用于需要高可用性、高吞吐量和横向扩展能力的应用场景，如金融交易系统、电子商务平台、在线 gaming 系统等。在部署 DB2 PureScale 时，需要考虑硬件配置、软件配置、部署架构、监控和管理等方面，确保集群的稳定性和性能。