Hochverfügbarkeit mit MS SQL-Server Replikation vs. Clusterkonzept

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1 Hochverfügbarkeit mit MS SQL-Server Replikation vs. Clusterkonzept Dipl.-Wirtschaftsinformatiker (FH) Ralph Bittner

2 Hochverfügbarkeit mit MS SQL-Server 1. Das Unternehmen 2. Anforderungen an Hochverfügbarkeit 3. Überblick zu Technologien 4. Festplatten-Spiegelung 5. Clusterdienst 6. Replikation 2

3 1. Das Unternehmen 100%-Tocher der ŠkodaAuto a.s. in Tschechien Rund 250 Mitarbeiter und Partnerbetriebe Absatz im Jahr 2000: Fahrzeuge; 2007: Fahrzeuge Alle Partner über ŠkodaVPN angebunden, nutzen das ŠkodaPortal (Extranet) Anwendungen fast ausschließlich webbasiert (J2EE, php) ŠkodaPartner WebSphere (Portal & Applikationen) MS SQL ŠkodaVPN i5 3

5 2. Anforderungen an Hochverfügbarkeit Verfügbarkeit: Wahrscheinlichkeit, dass ein System innerhalb eines spezifizierten Zeitraums funktionstüchtig ist Uptime Downtime + Uptime Hochverfügbarkeit: Ein System gilt als hochverfügbar, wenn eine Anwendung auch im Fehlerfall weiterhin verfügbar ist und ohne unmittelbaren menschlichen Eingriff weiter genutzt werden kann. Hochverfügbarkeit (abgekürzt auch HA, abgeleitet von engl. High Availibilty) bezeichnet also die Fähigkeit eines Systems, bei Ausfall einer seiner Komponenten einen uneingeschränkten Betrieb zu gewährleisten. [1] Verfügbarkeitsklassen: 3-99,9% 43,80 min/monat oder 8,76 h/jahr 4-99,99% 4,38 min/monat oder 52,6 min/jahr 5-99,999% 0,44 min/monat oder 5,26 min/jahr [1] Held, Andrea: Oracle 10g Hochverfügbarkeit, Addison-Wesley

6 2. Anforderungen an Hochverfügbarkeit Weitere Anforderungen und Parameter: maximale Dauer eines einzelnen Ausfalls Robustheit gegen Fehlbedienung, Sabotage oder höhere Gewalt Sicherstellung von System- und Datenintegrität Reaktionszeit des Systems Möglichkeiten zur Wartung 6

7 2. Anforderungen an Hochverfügbarkeit Notwendigkeit: Geschäftliche Anforderungen - Stabile Geschäftsprozesse, vor allem mit Partnern und Kunden - Sichere Informationsgrundlage für zeitkritische Entscheidungen - Vermeidung von Umsatzausfällen - Vermeidung von Imageschäden etc. Gesetzliche Anforderungen - Datenschutz- und Datensicherheit - Abgeleitet aus Vorgaben wie Basel II und Sarbanes-Oxley Act BSI: Dreitägiger Ausfall der IT gilt bei 25% aller Unternehmen als existenzbedrohend! 7

8 2. Anforderungen an Hochverfügbarkeit Kosten: Kosten Schaden * Eintrittswahrscheinlichkeit Hochverfügbarkeit verursacht bei steigenden Anforderungen überproportionale Kosten! Risikoanalyse und Schadensbewertung sind Voraussetzung - Risikoszenario - Eintrittswahrscheinlichkeit - Schadensklasse Schadenskosten: - Verlust durch Systemausfall - Aufwand für Schadensbehebung Kosten für Verfügbarkeit: - Hardware - Software (Lizenzen) - erhöhter Aufwand für Wartung und Monitoring 8

10 3. Überblick zu Technologien Kriterien zur Unterscheidung der HA-Technologien Problem: Single Points of Failure (SPOF) und andere Störgrößen Hardware Festplattenspeicher Controller Netzwerk-Komponenten Netzteile Stromversorgung Software Betriebssystem Bugs Fehler im DBMS und Konnektivität Applikationsfehler Schadsoftware (Viren u.ä.) 10

11 3. Überblick zu Technologien Kriterien zur Unterscheidung der HA-Technologien Lösung: SPOF-Vermeidung durch Redundanz Hard- oder Softwarebasiert RAID-Systeme, SAN Software zur Dateispiegelung Speicherredundanz Shared Storage Shared Nothing Transaktionssicherheit Datenverlust möglich Volle Transaktionssicherheit Latenz einer Kopie Synchron (keine Latenz) Asynchron Performance Kein oder geringer Einfluss Einfluss ist zu berücksichtigen Weitere Kriterien Kosten für Hardware und Lizenzen Aufwand für Wartung und Monitoring 11

12 3. Überblick zu Technologien Bei Škoda eingesetzte Produkte Double-Take, XLink (3rd Party) Microsoft SQL 2000 & Microsoft Clusterdienst Microsoft SQL 2005 Spiegelung ausgewählter Ordner und Dateien Überwachung des DBMS-Dienst Status automatischer Failover, zum Teil auch Fallback Gemeinsames Plattenlaufwerk Überwachung des DBMS-Dienst Status automatischer Failover und Fallback Replikation von Datenbanken synchron oder asynchron mit oder ohne Überwachung und Failover 12

14 4. Festplatten-Spiegelung Funktionsweise: ausgewählte Ordner und Dateien werden über Netzwerk auf zweiten Rechner gespiegelt Übertragung von komprimierten Dateifragmenten möglich dedizierte LAN-Verbindung oder WAN kann genutzt werden Status definierter Dienste wird überwacht (z.b. sqlservr.exe) bei Failover werden Ressourcen wie virtuelle IP-Adresse, Netzwerkname u.a. auf anderen Knoten übertragen Eigenschaften: keine Transaktions- oder Integritätskontrolle bestehende Verbindungen wird unterbrochen und müssen neu aufgebaut werden meist keine identische Hard- und Software erforderlich beliebige Dateitypen können repliziert werden (z.b. auch Multimedia-Dateien) geringer Performance-Einfluss Failover ca sec., abhängig von DB-Größe Lizenzkosten typischerweise ca Grafik: Double-Take Software 14

15 4. Festplatten-Spiegelung Geeignete Einsatzgebiete: Non-Mission-Critical Datenbanken Hybride Multimedia-Datenbanken Anwendung bei Škoda: Datenbanken für Internetauftritt - Gebrauchtwagenbörse - CarConfigurator 15

17 5. Clusterdienst Funktionsweise: Ordner und Dateien werden auf gemeinsamen HA-Plattenlaufwerk (z.b. SAN) gespeichert Clusterkonfiguration wird in Quorum gespeichert (aktiver Knoten, Cluster-Protokolle) Status definierter Dienste wird überwacht (z.b. sqlservr.exe) bei Failover werden Ressourcen wie virtuelle IP-Adresse, Netzwerkname u.a. auf anderen Knoten übertragen Virtuelle IP: Virtueller Name: SADVAPSQL SADVAPSQL SADVAPSQL02 17

18 5. Clusterdienst Eigenschaften: committete Transaktionen bleiben erhalten Connections müssen neu aufgebaut werden Schutz vor Ausfall eines Servers, aber nicht vor Ausfall des Plattenstapels kein Schutz vor Integritätsfehlern nur zertifizierte Hardware wird supported automatischer Failover ca sec, abhängig von DB-Größe kein Performance Impact, da keine Replikation hoher Aufwand bei Konfiguration Clusterdienst als Bestandteil von - MS Server 2000 Enterprise oder - MS Server 2003 Standard 18

19 5. Clusterdienst Anwendung bei Škoda: Einsatz für den webbasierten Verkäuferarbeitsplatz der ŠkodaBank - Fahrzeug konfigurieren - Finanzierungen berechnen - Angebots- und Vertragsverwaltung fehlende Redundanz der DB-Speicherung erwies sich als kritisch trotz HA-Storage mehrere Ausfälle durch - defekte Hardware - korrupte Datenbank 19

21 6. Replikation Funktionsweise: Kopie der Datenbank auf zweiter Instanz eines SQL Servers 2005 Spiegeldatenbank erhält Änderungen über dedizierte LAN-Verbindung Automatischer Failover benötigt zusätzlichen Zeugenserver (Witness) Redirect auf Client-Seite Drei verschiedene Konfigurationen Konfiguration Transaktionssicherheit Latenz Quorum nötig Witness nötig Failover Hoher Schutz voll synchron Ja Nein manuell Hohe Verfügbarkeit voll synchron Ja Ja automatisch Hohe Performance keine asynchron Nein Nein Forced Service 21

22 6. Replikation Synchrone Spiegelung: 7. Bestätigung 1. Commit Principal 2. Übertragen auf Spiegel 2. Schreiben in Logfile 6. Bestätigung 3. Committed im Logfile DB Log 5. Bestätigung DB Log 8. Dauerndes Redo in die Spiegel-DB Secondary 4. Schreiben in Spiegel-Logfile 22

23 5. Clusterdienst Connection Redirect: ADO.net "Data Source=A; Failover Partner=B; Initial Catalog=AdventureWorks; Integrated Security=True;" 23

24 6. Replikation Eigenschaften Synchrone Spiegelung: Volle Transaktionssicherheit Schutz vor Server- und Plattenausfall Schutz der DB-Integrität relativ hoher Einfluss auf die Performance Secondary DB-Server läuft ständig, daher schneller Failover, typisch ca. 3 sec. für Client-side Redirect müssen die DB-Clients neu konfiguriert werden relativ einfache Konfiguration Weitere Verbesserungen in SQL Server 2005 Dateigruppe ist kleinste Ebene der Verfügbarkeit (SQL 2000: Gesamte Datenbank) Zugriff auf nicht beschädigte Dateigruppen während Redo einer Datenbank möglich Schnellere Initialisierung der Dateigruppen senkt Downtime Partielles Restore ist möglich, DB bleibt dabei online ( Online Piecemeal Restore ) Neuerstellung von Indizes kommt nun meist ohne Exklusiv-Sperre der Tabelle aus 24

25 6. Replikation Überblick Features Feature Enterprise Edition Developer Edition Standard Edition Workgroup Edition SQL Express Partner Witness Safety = FULL Safety = OFF Available during UNDO after failover Parallel redo Database Snapshots 25

26 Vielen Dank für Ihr Interesse! 26