第三篇——第二部分——第一文 SQL Server镜像简介

原文:第三篇——第二部分——第一文 SQL Server镜像简介

原文出处：http://blog.csdn.net/dba_huangzj/article/details/26951563

　　镜像是什么？说白了就是个镜子（没用过镜子？没镜子你总要小便吧？开个玩笑。。 ），这里镜子的含义主要有两个：1、一模一样，下面会详细介绍，包括库名、数据文件和日志文件的存放路径都要一样。2、看得到，却“用不了”，镜像库在没有做任何处理时是不可访问的。下面进入专业一点的解释：

　　数据库镜像（SQL Server Mirroring）从SQL Server 2005  SP2开始引入，虽然从2008开始被列为“将会被弃用”的功能，但是由于其有很多优势，一直被广泛使用至今。本文将介绍镜像的基础，也会介绍和其他SQL Server提供的高可用方案的对比。《SQL Server扫盲》系列将会单独介绍各种高可用方案，所以这里不会过多介绍，主要是进行对比。

术语：

本系列将会用到很多镜像甚至高可用的术语，所以这里先介绍相关概念：

• 主体服务器，Principal：在镜像环境中，包含活动库的源服务器，可以理解为主服务器。
• 镜像服务器，Mirror：在镜像环境中，包含目标数据库的服务器，即镜像环境中的目标服务器。
• 见证服务器，Witness：可选的一个服务器，用于监控主体服务器和镜像服务器，最主要的作用是进行自动故障转移（automatic Failover）。
• 伙伴服务器，Partner：相对于镜像环境而言，镜像服务器就是主体服务器的伙伴服务器，而主体服务器也是镜像服务器的伙伴服务器。
• 端点，Endpoint：绑定到网络协议中的对象，允许SQL Server通过端点在网络间交互。
• 会话，Session：活动于镜像环境中，用于维护服务器之间的状态信息和关系。简单来说就是镜像环境中各个伙伴服务器之间信息的传递者。
• 运行模式，Operating Mode：表示镜像环境的安全级别，镜像的运行模式有三种：带有自动故障转移的高安全性模式（带有见证服务器的同步模式），不带有自动故障转移的高安全性模式（没有见证服务器的同步模式），高性能模式（没有见证服务器的异步同步）。
• 角色，Role：在镜像环境中的功能，同一时刻，一个特定的服务器只能是三种角色中的其中一种：主体、镜像或见证。

运行模式：

　　从大层面来说，SQL Server镜像只有两种模式：高安全模式和高性能模式。两种模式的主要区别在于在事务提交后的操作。可以从图1-1中查看运行模式。

　　在高性能模式下，主体服务器不需要等待镜像服务器响应即可提交事务。

　　在高安全性模式，需要把事务同步到镜像并得到响应后才最终提交主体服务器的事务。

注意：不管使用何种模式，主体库都必须配置为完整恢复模式。

图1-1 SQL Server镜像运行模式

高安全模式，High-Safety Mode：

　　这种模式是同步模式，可以细分为带有自动故障转移（即有见证服务器）的高安全模式和不带自动故障转移（即没有见证服务器）的高安全性模式。如果没有配置见证服务器，那么【带自动故障转移功能的高安全性(同步)】选项将会为灰色，即不可选。

　　两者最大的区别在于是否引入见证服务器，前面提到过，见证服务器能作为仲裁，侦测主体服务器的状态，一旦见证服务器不能连接主体服务器，将把会话自动切换到镜像服务器，如果没有见证服务器，那么需要手动切换。

　　在高安全模式下，事务必须在镜像库上提交，才能在主体库提交，这也意味着整套程序都必须等待镜像提交事务后才能最终提交，如果在网络情况不理想，将影响整个运行过程。高安全模式支持标准版和企业版，并且主体和镜像服务器必须是相同版本，比如不能一个是标准版，一个是企业版。

　　如果需要最高级别的镜像安全性，可以使用见证服务器作为仲裁，见证服务器不是必须的，但是却是自动Failover（故障转移）功能必须的。见证服务器可以使用Workgroup（工作组版）或者Express版。

　　见证服务器用于检查镜像环境中，主体库和镜像库的联接是否正常。见证服务器并不实际执行Failover，仅仅是告知镜像服务器：“主体服务器宕机了”。即使见证服务器也宕机了，仅仅是不能自动Failover而已，不影响镜像环境。可以把见证服务器理解为，仅用于回答：主体服务器是否已经宕机了？图1-2 是带有见证服务器的高安全性模式的示意图

图1-2 带有见证服务器的高安全性模式

　　当出现性能问题的时候，可以根据图1-2的步骤来一步一步侦测。

高性能模式，High-Performance Mode：

　　这种模式是异步模式，只能手动Failover，所以没有必要设置见证服务器（实际上是可以设置，但是没有任何意义。）。这种模式会有数据丢失的可能。和高安全性模式相比，这种模式不需要等待镜像服务器的确认，所以在网络条件不理想的环境下，是不错的选择。图1-3是高性能运行模式的示意图。

图1-3  高性能运行模式

同步、异步处理：

　　从图1-1 中可以看到，三种运行模式又可以分为两类处理，同步和异步。当镜像运行在同步模式下时，数据库的SAFETY选项为FULL。当镜像为异步时，数据库SAFETY的选项为OFF。两种高安全模式均为同步模式，高性能模式使用异步处理。表1-1 列出了两种模式的主要特点：

表1-1 同步和异步模式的特点：

模式	版本要求	数据丢失	SAFETY选项	性能影响	恢复速度	故障转移
同步	标准/企业	0丢失	FULL	网络可能影响性能	快	可自动
异步	企业版	有可能丢失数据	OFF	影响较小	根据需要提交的事务量而定	不可自动

图1-4 SQL Server镜像运行模式选择

SQL Server镜像的运行模式及其重要，直接影响到配置、预算及故障侦测和性能优化。需要在前期做好评估，并且选择满足当前SLA要求的模式。

会话：

　　在配置完数据库镜像之后，就可以开始镜像会话。在镜像环境的所有服务器交互过程中，都通过会话来维护对方的状态信息。开始会话本质上就是开始主体数据库和镜像数据库的同步进程。

暂停和恢复会话：

　　当服务器出现性能问题时，暂停数据库会话可以临时停止因为镜像带来的压力，但是要注意，暂停会话会导致日志依旧活动，并且无法截断，如果时间持续太久，会引起日志文件的迅速增长，带来一系列的性能问题。日志相关问题可以查看《SQL Server扫盲》中关于日志备份的文章。地址：http://blog.csdn.net/dba_huangzj/article/details/26844859

SSMS暂停会话：

　　可以通过图1-5中的方式暂时镜像会话

图1-5 暂停会话

T-SQL暂停、恢复会话：

　　可在主体库或者镜像库上执行下面的脚本暂停和恢复会话：

ALTER DATABASE AdventureWorks2008R2 SET PARTNER SUSPEND;--暂停会话

ALTER DATABASE AdventureWorks2008R2 SET PARTNER RESUME;--恢复会话

　　当数据库镜像会话启动后，主体服务器会发送事务给镜像服务器，所有未发送到镜像服务器的事务都被收集到发送队列（send queue）。在高安全性模式下，仅在镜像库处于暂停状态时才会建立send queue。如果是高性能模式，不仅镜像处于暂停，即使服务器处于高使用率、网络慢、镜像服务器上有一个大型redo 队列或者其他原因都会引起send queue。

　　在镜像库中，已经传送过来但是未被写入镜像库的事务日志的事务会存放到redo queue中。如果redo操作失败，镜像服务器会暂停会话直到问题解决。

　　关于队列的介绍，将会在本系列的第六篇《监控和优化SQL Server镜像》中介绍。http://blog.csdn.net/dba_huangzj/article/details/26846203

　　注意：一个数据库只能有一个镜像库，如果需要保持多个副本，可以借助日志传送加镜像。

镜像状态：

SQL Server镜像状态可能包含下面几种：

• SYNCHRONIZING：正在同步，通常在第一次启用数据库镜像时出现，表示镜像服务器正在追上主体服务器的进度。
• SYNCHRONIZED：已经同步完毕，大部分时间都是这种状态，一旦有爆发性的事务传输到镜像数据库，状态会从SYNCHRONIZED转变成SYNCHRONIZING。在高安全性模式下，这种状态通常不会导致数据丢失，仅表示镜像服务器正在同步，但是在高性能模式下，可能有数据丢失的风险。
• SUSPENDED：挂起，当主体服务器不发送事务到镜像服务器时出现，在Failover发生后会出现这种状态（如果镜像环境依旧运行，仅使用Failover则不出现，但是如果镜像库断开连接，则会出现）。手动暂停镜像会话或者redo 日志发生错误时都会出现。
• PENDING_FAILOVER：仅当主体服务器变成镜像服务器并且断开用户连接时，会在原主体服务器出现这种状态。在这种状态下，主体服务器和镜像服务器都会表现这种状态。但是见证服务器会出现：CONNECTED/DISCONNECTED/UNKNOWN的其中一种状态。
  • CONNECTED：代表见证服务器能连到其中一个伙伴，另外两种代表不能连到伙伴服务器，这种情况下，数据库会变成不可用，如果镜像环境使用了见证，而镜像服务器为DISCONNECTED，并且镜像服务器奔溃，那么数据库（即使在主体服务器上）都会变得无法访问。所以当见证为disconnected，可以关闭见证，从而禁用仲裁，使用ALTER DATABASE <DB> SET WITNESS OFF实现。
  • DISCONNECTED：当镜像环境中的伙伴均无法连接对方时出现。

　　可以使用sys.database_mirroring目录视图查看镜像信息。

切换角色：

相比其他高可用，镜像可以轻易切换角色，SQL Server镜像可以使用下面三种方式切换角色：

手动Failover：

使用T-SQL语句：

Use master
go
ALTER DATABASE <DB> SET PARTNER FAILOVER--在主体服务器上执行

使用SSMS：

图1-6使用SSMS实现手动Failover

注意：高性能模式下不支持手动切换

自动Failover：

带有见证服务器的高安全模式，当主体连接失败或者停止工作时，会自动切换到镜像服务器。当原主体服务器重新连机时，这台原主体服务器会变成镜像环境中的镜像服务器。

可能丢失数据的强制切换：

这种切换方式支持没有见证服务器的高性能和高安全模式，可以使用下面的T-SQL语句实现：

ALTER DATABASE <DB> SET PARTNER FORCE_SERVICE_ALLOW_DATA_LOSS --在镜像库执行

透明客户端重定向 ：

由SQL Native Client（SNAC）提供，允许镜像环境下，应用程序自动重定向到镜像数据库中。通过在连接字符串加上Failover_Partner关键字来实现。应用程序需要添加重新尝试联接的功能。

SQL Server2008镜像的改进：

日志流压缩：

基于最小化网络带宽带来的影响，2008引入了日志流压缩功能，但是需要注意压缩和解压功能天生就会增加CPU的开销。

自动页还原：

在过去，页损坏是很头痛的事情，并且很难恢复。2008的镜像功能通过把镜像库的对应页恢复到主体库的页上，从而恢复数据。但是有些页镜像是不能回复的，比如文件头（page 0），数据库启动页（boot page，page 9），SGAM、PFS。但是对于下面的情况，镜像可以恢复：

• Error 823：OScyclic redundancy check（CRC）failure
• Error 824：logical errors including a bad page checksum or torn write
• Error 829：page has been marked as restore pending

SQL Server镜像各功能所需版本：

　　一图抵千言，图1-7展示了SQL Server镜像中各个功能所需的版本支持：

图1-7 SQL Server镜像中各个功能所需的版本支持

其他高可用对比

截至SQL Server 2012为止，内置的高可用功能有集群（Cluster）、镜像（Mirroring）、复制（Replication）、日志传送（Log Shipping）和AlwaysOn（2012出现）。其中AlwaysOn基本上已经实现了集群、镜像的组合功能，所以本文不把镜像和AlwaysOn比较。仅对其他部分比较。详细信息可以看官方文档：

http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ms190202(v=sql.105).aspx

下面简要介绍一下镜像和其他部分的对比：

集群（Cluster）

优点：

• 这部分特指2012之前的Cluster，它基于Windows 的故障转移集群，可以自动检测SQL Server的健康状态，进行自动故障转移切换（自动Failover）。并且它的切换时间几乎等于SQL Server服务启动时间，除非有大量事务需要redo，否则一般不会延时很久，和带有见证服务器的高安全运行模式一起被称为2012之前的0延时高可用技术。另外两种都不能实现自动切换及0延时。
• 通过虚拟网络名称，客户端可以透明访问活动实例，而不用修改程序的连接字符串，这一点比镜像有进一步的改进，镜像由于只有一个镜像库，所以在第一次Failover成功之后，如果不做处理，镜像环境中原主体库即使重新联机。
• 从2008开始可以指定对非活跃节点进行升级维护。

缺点：

• 使用共享磁盘，如果共享磁盘出问题，整个Cluster都会瘫痪。
• 非活跃节点一直处于停止状态，不能分摊负载，也造成资源浪费。
• 实施成本高，需要最少3台机且必须在域中。
• 故障转移是整个实例的，和镜像不同，如果只有某个或者少数几个库出现问题需要Failover，镜像可以进行单独转移，但是Cluster不可以，这样会导致少数不相关的库受牵连。

　　Cluster有译成群集，不过这个无所谓，大家知道这个意思即可。我个人偏向使用英文。

复制（Replication）

　　复制天生就不是一种高可用技术，实际上是用来进行数据同步而已。如果单纯进行高可用方案，复制不是一个首选方案。

优点：

• 实现对象级别的同步，可以细化到列和行。
• 订阅库（也就是复制环境下的目标库）是可读的，可以进行读写分离方案。
• 支持多个库订阅一个库。延时可以达到秒级。
• 可以使用不同的SQL Server版本。

缺点：

• 不提供自动故障转移。
• 不保证对象0丢失。
• 故障侦测较为困难，错误信息往往不能很明显地表现出问题。
• 对表的定义有一定限制，比如事务复制要求表必须有主键。

日志传送（Log Shipping）

优点：

• 目标库可作为报表使用。并且过程中对主体服务器的压力很小。
• 支持冗余多个副本，可进行远程暖备。
• 机制简单，故障侦测较为容易。

缺点：

• 不支持不同版本的SQL Server。
• 延时是一定有的，不能实现完全同步。
• 不支持自动侦测和转移。
• 还原日志时，目标库不能对外访问。
• 同步以库为单位。

　　下面借用《SQL Server 2012 实施与管理实战指南》上的一个表格来总结一下：

功能	Cluster	日志传送	镜像	复制
保护级别	实例	库	库	数据库对象
数据丢失	/	可能	同步模式下无	可能有
自动故障转移	是	否	高安全模式下是	否
对客户端是否透明	是	否	是，但需要设置字符串	否
停机时间	基于服务重启	长	等于恢复时间	长
多备用库	否	是	否	是
备用副本可读	/	是	否	是
抵御误操作	否	是	否	否
抵御磁盘故障	否	是	是	是
是否需要特定硬件	Windows集群	无	要求较好的磁盘和网络	无
对性能影响	低	中	中	高
版本支持	2000开始	2000开始	2005开始	2000开始

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