民航新疆空管局气象数据库高可用性部署方案

刘彬卿

民航新疆空中交通管理局气象中心信息室，新疆　乌鲁木齐　 830001

摘要：本文通过阐述民航新疆空管局气象中心信息室维护的民用航空气象数据库系统的规范要求、当前状况，并根据系统高可用性、大数据支持性的要求，对气象数据库系统进行了重新的构建，本文使用Oracle的RAC工作模式，将数据库部署在Linux集群中，临时数据和归档数据存放于专用NAS存储中，实现系统和数据的分离，从而提高数据库的安全性、稳定性。

关键字：航空气象数据 高可用 Oracle RAC

1. 当前状况

当前，民航新疆空中交通管理局气象中心信息室维护着民用航空气象数据库系统，包括飞行气象情报及气象资料的交换、备供、存储等功能的信息系统，通信子系统、数据库子系统、信息综合处理子系统及相关网络设施。每天24小时不间断运行,专人需要值守，因此对系统的可靠性要求较高。

气象报文数据库，该数据库是部署在IBM的Power510，该系统并未实现数据与应用的分离，数据存储的安全性与服务质量的保证还有提升的空间。

当前系统为单系节点，硬件投入较低，管理维护成本低，可用性不高，无法进行横向扩展，只能进行纵向扩展。当应用对性能有更高的要求时，该模式的数据库服务器无法进行增加节点、实例等横向扩展，只能进行增加硬件配置等纵向扩展，且扩展性有局限。

本文，充分考虑该模式是否满足应用未来一段时间的需求。考虑应民航气象数据的庞大性，搭建数据库RAC实现不间断服务，保证换季、单个服务器宕机时服务的正常保障。

2. Oracle数据库

2. 1. 数据要求

民用航空气象数据库系统实时库中的资料保存期限不得超过七天^[1]，历史库中的飞行气象情报保存期限不得少于三十天。按规定，信息室每周将民用航空气象数据库中需要长期和永久保存的气象资料存储到磁带或光盘等机读载体上，并定期检查、更换或更新机读载体。因此数据库设计时需要考虑临时数据的处理和存储，以及归档数据的存储。归档数据是便于后期数据的分析利用。

1. 2. Oracle数据库处理方式

数据处理方式大致可以分成两大类：联机事务处理OLTP（on-line transaction processing）与联机分析处理OLAP（On-Line Analytical Processing）。OLTP是传统的关系型数据库的主要应用，主要是基本的、日常的事务处理，例如银行交易。OLAP是数据仓库系统的主要应用，支持复杂的分析操作，侧重决策支持，并且提供直观易懂的查询结果。 

在OLAP系统中，常使用分区技术、并行技术。分区技术在OLAP系统中的重要性主要体现在数据库管理上，如数据库加载，可以通过分区交换的方式实现，在Oracle 中，与RAC结合实现多节点的同时扫描，可把一个任务，如select的全表扫描，平均地分派到多个RAC的节点上去。民航气象数据库，除了数据存储外，还应用于气象大数据分析，比较侧重于决策支持，对事务处理的要求比较低。

1. 3. 部署方式

本设计鉴于成本节约，以及后期的可扩展性，因此采纳Linux集群，构建Oracle的RAC工作模式，数据库服务器采用RAC模式，满足对高可用性要求高的应用类型，该模式具有以下几个优点：

1. 需要多个硬件服务器。根据节点的个数，相应的需要多个硬件服务器。硬件成本较高

2. 某些数据库版本需要HA软件的支持。该模式下，某些数据库版本需要配合HA软件才可以实现。

3. 安装配置复杂。该模式比起单实例模式，安装配置相对复杂，安装配置

4. 具备较高的可用性，多服务器，多实例，满足民航气象报文的大吞吐量、大数据量、高可用性的需求。

考虑到民航气象数据库对最大业务中断时间和最大数据丢失数量的需求，本文采用RAC集群方式构建数据库系统，数据库的临时数据文件存放于本地磁盘，历史归档数据存放于NAS设备中。

图2-1 Oracle 的RAC体系结构图

3. 规划地址

3. 1. 网络规划

Oracle的每一个节点，都有一个公有IP，也就是VIP，与公网IP在同一个网段。VIP是浮动的，而公网IP是固定的，当节点正常运行时，每个结点的VIP会被分配到NIC上，因此在Linux下该网卡会有两个IP地址，当该节点故障时，VIP会被转移到其他运行的节点。

图3-1 Oracle的RAC的体系结构

私网IP应用于心跳线的同步，用于保障每一个数据库节点的同步，是RAC集群内部的通信的桥梁，私网IP与公有IP绝不能在同一个IP段。

Scan-IP应用于客户端与数据库之间，相当处于连接层的位置，当有Client连接时，就会连接到Scan-IP的监听，Scan-IP会根据LBA算法将该连接转交给私网地址，如图3-1为民航气象数据库网络规划方案。

表3-1网络规划方案

	Node01	Node02	Node03	Node04	Node05
主机名	DB-rac01	DB-rac02	DB-rac03	DB-rac04	DB-rac05
IP地址	192.168.1.121	192.168.1.122	192.168.1.123	192.168.1.124	192.168.1.125
私网IP	172.16.1.121	172.16.1.122	172.16.1.123	172.16.1.124	172.16.1.125
VIP	192.168.1.126	192.168.1.127	192.168.1.128	192.168.1.129	192.168.1.130
SCAN-IP	192.168.1.131

1. 2. 磁盘规划

为了让 RAC 中的所有实例能够访问数据库，所有的 datafiles、control files、PFILE/Spfile 和 redo log files 必须保存在共享磁盘上，并且要都能被所有节点同时访问，就涉及到裸设备和集群文件系统等。

本设计使用RAID存储数据，磁盘阵列可以提供一个有容错能力的I/O系统，当系统中某一个盘丢失数据时，系统具有容错能力，本设计的解决方案是较大限度使用RAID1和RAID10，操作系统和Oracle使用RAID1，数据文件使用RAID10，归档日志文件使用RAID5。

4. 结语

民航气象数据库使用RAC工作方式 ，部署ASM磁盘类型， I/O 高性能和集群文件系统易管理等优点，在各个节点之间同步 SGA 中的缓存信息达到提高访问速度的效果，也保证了数据的一致性，为气象数据的充分利用、系统稳定运行打下基础。

参考文献

1[] 基于民航气象数据库系统的支线机场气象服务系统的分析与设计[J]. 阿不力米提·阿布都克力木.  科技创新与应用. 2017(15)