SQL Server 2005实现负载均衡

Internet的规模每一百天就会增长一倍，客户希望获得7天×24小时的不间断可用性及较快的系统反应时间，而不愿屡次看到某个站点“Server Too Busy”及频繁的系统故障。

随着业务量的提高,以及访问量和数据流量的快速增长，网络各个核心部分的处理性能和计算强度也相应增大，使得单一设备根本无法承担。在此情况下，如果扔掉现有设备去做大量的硬件升级，必将造成现有资源的浪费，而且下一次业务量的提升，又将导致再一次硬件升级的高额成本投入。于是，负载均衡机制应运而生。

对于负载均衡，笔者经常接触的当属Oracle的负载均衡机制。下面，我们先简单了解Oracle的负载均衡的实现方案。

Real Application Clusters是双机并行服务器(8i及以前版本称作Oracle Parallel Server，OPS)，用来在集群环境下实现多机共享数据库，以保证应用的高可用性，同时可以自动实现并行处理及均分负载，还能实现数据库在故障时的排错和无断点恢复。它可以自动进行负载平衡、故障修复和规划停机时间，以支持高可用性应用程序。若并行服务器中某节点失效，透明的应用程序容错能够把用户自动转接到另一节点上继续运行，应用程序在用户没有察觉的情况下继续执行。这使周期性和非周期性发生故障的系统增大了连续可用性。进程的失效可以完全透明地转移到另一节点上去，通过适当地配置，可以指定所有查询都在客户端进行缓存，这样它们便可以在转移后的节点上重新设置。

下面我们重点介绍Sql Server 2005是如何实现负载均衡的。


Sql Server 2005的新特性


端到端拓扑的事务性复制

SQL Server 2005对端到端(P2P)拓扑结构上事务性的复制加强了支持。P2P的拓扑结构支持无限的发布服务器，它们彼此之间可以互相交换事务。

P2P拓扑是SQL Server的一个巨大进步。现在，多端点服务器可以更改数据，并且向其他的发布者复制事务。这就是说，订阅服务器不再被限制在主要的报告环境中，可以通过事务性负载全球共享的方式将服务器分布开来。当用户的数量增加的时候，只要简单地向这个群体中添加服务器即可。

除了将负载分布之外，这个拓扑结构还增加了可用性。如果任何一个点的服务器不可达，则池中其他服务器就会共享这个负载，因为每个服务器都有其他所有服务器上可获得的全部数据集合。


数据库镜像和快照

SQL Server 2005引入了数据库镜像的概念，来帮助获得高可用性。特别提醒的是，只要它正式发布了，数据库镜像就可以在SQL Server 2005上使用。然而，只有到SQL Server 2005 Service Pack 1才会支持镜像。

数据库快照是SQL Server 2005中引入的另一项特性。快照是某一个时间点上的数据库的克隆。只要对镜像数据库进行了快照，就可以让用户查询快照。快照的生成通常只需要几秒钟，因为它实际上在这个过程中并没有拷贝任何数据。因此，要把负载分布到主服务器和备用服务器上，就可以将数据库做镜像，然后阶段性地对备份服务器进行快照。而且还可以使用快照在主服务器上进行报告。


软件实现SQL Server 2005的负载均衡


中间层

实现数据库的负载均衡技术，首先要有一个可以控制连接数据库的控制端。在这里，它截断了数据库和程序的直接连接，由所有的程序来访问这个中间层，然后再由中间层来访问数据库。这样，我们就可以具体控制访问某个数据库了，然后还可以根据数据库的当前负载来调整每次连接到哪个数据库。好处在两个方面:首先，它成功地将数据库放到了内网之中，更好地保护了数据库的安全性。如果数据库也在公网上，1433端口是很容易被攻击的，所以要保护数据库与之的连接，就用到了中间层。它可以将数据库更加好地保护在内网。其次，连接数据库的所有连接都可以控制，更方便DBA对数据的管理，看哪些连接更耗费数据库资源，以便更好地优化代码。

但是，也有两点要注意:第一，必须要做成Windows的服务程序。Windows发展到今天，如果以一个集成的大系统来讲，做成服务程序更加稳定，也更加安全，这样做即使用户不登录机器，也可以使用。第二，必须要使用多个中间层。从中间层的作用可以看出，它承接了数据库的所有连接，所以，一旦出了问题，就会导致整个系统瘫痪。所以做多个中间层是必要的，这样，如果一个坏了可以登录到另一个。


实现多据库数据同步

中间层有了，下一步的工作是设置构建数据库集群。对于负载均衡，最重要的就是所有服务器的数据都是同步的。这是一个集群所必需的，因为，如果数据不同步，那么用户从一台服务器读出的数据，就有别于从另一台服务器读出的数据，这是不能允许的。所以必须实现一个数据库的数据同步。这里设置一个用于写入的数据库，设置两个用于读出的数据库，因为据统计，一般来讲，70%的数据库操作为读操作。

首先，在写入数据库上做一个发布服务器，主要基于SQL Server 2005的复制技术，将即将用到的表都选上。注意，在连接上要选用模拟用户，然后共享时选择sa用户，这样就可以将数据共享了。

其次，在两个读服务器上做订阅服务，要注意同样的事项，这样一个“一写两读”的数据库集群就完成了。


数据库的安全备份

在一个大的系统中，系统的无故障性是很重要的，但是在刚才的系统下，如果用于写的服务器突然坏了，整个系统就会出现问题，所以，再做个备份是必要的。

数据库镜像是SQL Server 2005大力推出的，它就是要实现数据库的安全转移，所以需要再单独拿出一台机器来做备份服务器，将完全镜像写入该服务器，这样，即使写入服务器坏了，它也可以自动转移到备份服务器上来，保证不影响用户。

这实际上就相当于实现了对服务器的容灾管理，但是有一点需要注意，在这种镜像的体系中，必须要有一台服务器作为监视服务器，以便察看哪台服务器坏了，用以在机器出错之后迅速调整。


回传数据库的状态

数据库服务器均已配完，整体的机器集群架构已经构建，接下来的工作就是配置程序。

首先，在读和写的服务器都放上一个监控程序，它同样必须是Windows的服务，这样更稳定;其次，它可以设定成每隔30秒或者一定时间，将服务器的CPU、内存、网卡流量和当前数据库状态等信息发送回来。在这里需要设置一个权值，用以衡量CPU、内存利用率等信息的各自比例。在这个系统中，建议以CPU利用率为准。


中间层实现的负载均衡

到此为止，所有的准备工作都已完成，包括数据库的建立和配置，中间层的位置，下面所作的就是用软件来实现这个负载均衡。

首先，当一个用户有数据库请求时，先判断是读还是写，如果是写的话，就直接返回写入服务器，这样当写服务器写完数据以后，差不多可以在3秒内返回其他两台机器。

其次，当遇到一个读的请求时，根据监控返回来的数据判断，根据刚才的权值返回一个当前最空闲的机器。需要注意的是，这时最好做一个记录器，用以保持一段时间的数值，可以让管理员自行设定，更好地做到几台数据库的压力平衡。

最后，如果为主的写入服务器突然坏掉，程序可以自动把备份的服务器切换过来，用刚才的备份服务器当作写服务器，然后做一个报警系统，用以通知管理员。同样，当监控服务器发现其他两台读服务器坏掉时，也会自动通知管理员，来处理服务器的异常情况，这样就可以保证系统的稳定运行，而且易于管理和维护。

总之，用软件和微软SQL Server 2005的一些新技术，可以很轻松地实现负载均衡，这样不但可以不用硬件来实现，方便管理员的操控，更有利于DBA管理数据库，及时发现问题。

数据库分布示意图
转自:http://media.ccidnet.com/art/3031/20080130/1358507_1.html