SQL Server 2012 - AlwaysOn
- by Claus Jandausch
Ich war nicht nur irritiert, ich war sogar regelrecht schockiert - und für einen kurzen Moment sprachlos (was nur selten der Fall ist). Gerade eben hatte mich jemand gefragt "Wann Oracle denn etwas Vergleichbares wie AlwaysOn bieten würde - und ob überhaupt?" War ich hier im falschen Film gelandet? Ich konnte nicht anders, als meinen Unmut kundzutun und zu erklären, dass die Fragestellung normalerweise anders herum läuft. Zugegeben - es mag vielleicht strittige Punkte geben im Vergleich zwischen Oracle und SQL Server - bei denen nicht unbedingt immer Oracle die Nase vorn haben muss - aber das Thema Clustering für Hochverfügbarkeit (HA), Disaster Recovery (DR) und Skalierbarkeit gehört mit Sicherheit nicht dazu.
Dieses Erlebnis hakte ich am Nachgang als Einzelfall ab, der so nie wieder vorkommen würde. Bis ich kurz darauf eines Besseren belehrt wurde und genau die selbe Frage erneut zu hören bekam. Diesmal sogar im Exadata-Umfeld und einem Oracle Stretch Cluster.
Einmal ist keinmal, doch zweimal ist einmal zu viel...
Getreu diesem alten Motto war mir klar, dass man das so nicht länger stehen lassen konnte. Ich habe keine Ahnung, wie die Microsoft Marketing Abteilung es geschafft hat, unter dem AlwaysOn Brading eine innovative Technologie vermuten zu lassen - aber sie hat ihren Job scheinbar gut gemacht. Doch abgesehen von einem guten Marketing, stellt sich natürlich die Frage, was wirklich dahinter steckt und wie sich das Ganze mit Oracle vergleichen lässt - und ob überhaupt? Damit wären wir wieder bei der ursprünglichen Frage angelangt.
So viel zum Hintergrund dieses Blogbeitrags - von meiner Antwort handelt der restliche Blog.
"Windows was the God ..."
Um den wahren Unterschied zwischen Oracle und Microsoft verstehen zu können, muss man zunächst das bedeutendste Microsoft Dogma kennen. Es lässt sich schlicht und einfach auf den Punkt bringen: "Alles muss auf Windows basieren." Die Überschrift dieses Absatzes ist kein von mir erfundener Ausspruch, sondern ein Zitat. Konkret stammt es aus einem längeren Artikel von Kurt Eichenwald in der Vanity Fair aus dem August 2012. Er lautet Microsoft's Lost Decade und sei jedem ans Herz gelegt, der die "Microsoft-Maschinerie" unter Steve Ballmer und einige ihrer Kuriositäten besser verstehen möchte.
"YOU TALKING TO ME?" Microsoft C.E.O. Steve Ballmer bei seiner Keynote auf der 2012 International Consumer Electronics Show in Las Vegas am 9. Januar
Manche Dinge in diesem Artikel mögen überspitzt dargestellt erscheinen - sind sie aber nicht. Vieles davon kannte ich bereits aus eigener Erfahrung und kann es nur bestätigen. Anderes hat sich mir erst so richtig erschlossen. Insbesondere die folgenden Passagen führten zum Aha-Erlebnis:
“Windows was the god—everything had to work with Windows,” said Stone...
“Every little thing you want to write has to build off of Windows (or other existing roducts),” one software engineer said. “It can be very confusing, …”
Ich habe immer schon darauf hingewiesen, dass in einem SQL Server Failover Cluster die Microsoft Datenbank eigentlich nichts Nenneswertes zum Geschehen beiträgt, sondern sich voll und ganz auf das Windows Betriebssystem verlässt. Deshalb muss man auch die Windows Server Enterprise Edition installieren, soll ein Failover Cluster für den SQL Server eingerichtet werden. Denn hier werden die Cluster Services geliefert - nicht mit dem SQL Server. Er ist nur lediglich ein weiteres Server Produkt, für das Windows in Ausfallszenarien genutzt werden kann - so wie Microsoft Exchange beispielsweise, oder Microsoft SharePoint, oder irgendein anderes Server Produkt das auf Windows gehostet wird. Auch Oracle kann damit genutzt werden. Das Stichwort lautet hier: Oracle Failsafe. Nur - warum sollte man das tun, wenn gleichzeitig eine überlegene Technologie wie die Oracle Real Application Clusters (RAC) zur Verfügung steht, die dann auch keine Windows Enterprise Edition voraussetzen, da Oracle die eigene Clusterware liefert. Welche darüber hinaus für kürzere Failover-Zeiten sorgt, da diese Cluster-Technologie Datenbank-integriert ist und sich nicht auf "Dritte" verlässt.
Wenn man sich also schon keine technischen Vorteile mit einem SQL Server Failover Cluster erkauft, sondern zusätzlich noch versteckte Lizenzkosten durch die Lizenzierung der Windows Server Enterprise Edition einhandelt, warum hat Microsoft dann in den vergangenen Jahren seit SQL Server 2000 nicht ebenfalls an einer neuen und innovativen Lösung gearbeitet, die mit Oracle RAC mithalten kann? Entwickler hat Microsoft genügend? Am Geld kann es auch nicht liegen? Lesen Sie einfach noch einmal die beiden obenstehenden Zitate und sie werden den Grund verstehen.
Anders lässt es sich ja auch gar nicht mehr erklären, dass AlwaysOn aus zwei unterschiedlichen Technologien besteht, die beide jedoch wiederum auf dem Windows Server Failover Clustering (WSFC) basieren. Denn daraus ergeben sich klare Nachteile - aber dazu später mehr.
Um AlwaysOn zu verstehen, sollte man sich zunächst kurz in Erinnerung rufen, was Microsoft bisher an HA/DR (High Availability/Desaster Recovery) Lösungen für SQL Server zur Verfügung gestellt hat.
Replikation
Basiert auf logischer Replikation und Pubisher/Subscriber Architektur
Transactional Replication
Merge Replication
Snapshot Replication
Microsoft's Replikation ist vergleichbar mit Oracle GoldenGate. Oracle GoldenGate stellt jedoch die umfassendere Technologie dar und bietet High Performance.
Log Shipping
Microsoft's Log Shipping stellt eine einfache Technologie dar, die vergleichbar ist mit Oracle Managed Recovery in Oracle Version 7. Das Log Shipping besitzt folgende Merkmale:
Transaction Log Backups werden von Primary nach Secondary/ies geschickt
Einarbeitung (z.B. Restore) auf jedem Secondary individuell
Optionale dritte Server Instanz (Monitor Server) für Überwachung und Alarm
Log Restore Unterbrechung möglich für Read-Only Modus (Secondary)
Keine Unterstützung von Automatic Failover
Database Mirroring
Microsoft's Database Mirroring wurde verfügbar mit SQL Server 2005, sah aus wie Oracle Data Guard in Oracle 9i, war funktional jedoch nicht so umfassend. Für ein HA/DR Paar besteht eine 1:1 Beziehung, um die produktive Datenbank (Principle DB) abzusichern. Auf der Standby Datenbank (Mirrored DB) werden alle Insert-, Update- und Delete-Operationen nachgezogen.
Modi
Synchron (High-Safety Modus)
Asynchron (High-Performance Modus)
Automatic Failover
Unterstützt im High-Safety Modus (synchron)
Witness Server vorausgesetzt
Zur Frage der Kontinuität
Es stellt sich die Frage, wie es um diesen Technologien nun im Zusammenhang mit SQL Server 2012 bestellt ist. Unter Fanfaren seinerzeit eingeführt, war Database Mirroring das erklärte Mittel der Wahl. Ich bin kein Produkt Manager bei Microsoft und kann hierzu nur meine Meinung äußern, aber zieht man den SQL AlwaysOn Team Blog heran, so sieht es nicht gut aus für das Database Mirroring - zumindest nicht langfristig.
"Does AlwaysOn Availability Group replace Database Mirroring going forward?”
“The short answer is we recommend that you migrate from the mirroring configuration or even mirroring and log shipping configuration to using Availability Group. Database Mirroring will still be available in the Denali release but will be phased out over subsequent releases. Log Shipping will continue to be available in future releases.”
Damit wären wir endlich beim eigentlichen Thema angelangt. Was ist eine sogenannte Availability Group und was genau hat es mit der vielversprechend klingenden Bezeichnung AlwaysOn auf sich?
SQL Server 2012 - AlwaysOn
Zwei HA-Features verstekcne sich hinter dem “AlwaysOn”-Branding. Einmal das AlwaysOn Failover Clustering aka SQL Server Failover Cluster Instances (FCI) - zum Anderen die AlwaysOn Availability Groups.
Failover Cluster Instances (FCI)
Entspricht ungefähr dem Stretch Cluster Konzept von Oracle
Setzt auf Windows Server Failover Clustering (WSFC) auf
Bietet HA auf Instanz-Ebene
AlwaysOn Availability Groups (Verfügbarkeitsgruppen)
Ähnlich der Idee von Consistency Groups, wie in Storage-Level Replikations-Software von z.B. EMC SRDF
Abhängigkeiten zu Windows Server Failover Clustering (WSFC)
Bietet HA auf Datenbank-Ebene
Hinweis: Verwechseln Sie nicht eine SQL Server Datenbank mit einer Oracle Datenbank. Und auch nicht eine Oracle Instanz mit einer SQL Server Instanz. Die gleichen Begriffe haben hier eine andere Bedeutung - nicht selten ein Grund, weshalb Oracle- und Microsoft DBAs schnell aneinander vorbei reden. Denken Sie bei einer SQL Server Datenbank eher an ein Oracle Schema, das kommt der Sache näher. So etwas wie die SQL Server Northwind Datenbank ist vergleichbar mit dem Oracle Scott Schema. Wenn Sie die genauen Unterschiede kennen möchten, finden Sie eine detaillierte Beschreibung in meinem Buch "Oracle10g Release 2 für Windows und .NET", erhältich bei Lehmanns, Amazon, etc.
Windows Server Failover Clustering (WSFC)
Wie man sieht, basieren beide AlwaysOn Technologien wiederum auf dem Windows Server Failover Clustering (WSFC), um einerseits Hochverfügbarkeit auf Ebene der Instanz zu gewährleisten und andererseits auf der Datenbank-Ebene. Deshalb nun eine kurze Beschreibung der WSFC.
Die WSFC sind ein mit dem Windows Betriebssystem geliefertes Infrastruktur-Feature, um HA für Server Anwendungen, wie Microsoft Exchange, SharePoint, SQL Server, etc. zu bieten. So wie jeder andere Cluster, besteht ein WSFC Cluster aus einer Gruppe unabhängiger Server, die zusammenarbeiten, um die Verfügbarkeit einer Applikation oder eines Service zu erhöhen. Falls ein Cluster-Knoten oder -Service ausfällt, kann der auf diesem Knoten bisher gehostete Service automatisch oder manuell auf einen anderen im Cluster verfügbaren Knoten transferriert werden - was allgemein als Failover bekannt ist.
Unter SQL Server 2012 verwenden sowohl die AlwaysOn Avalability Groups, als auch die AlwaysOn Failover Cluster Instances die WSFC als Plattformtechnologie, um Komponenten als WSFC Cluster-Ressourcen zu registrieren. Verwandte Ressourcen werden in eine Ressource Group zusammengefasst, die in Abhängigkeit zu anderen WSFC Cluster-Ressourcen gebracht werden kann. Der WSFC Cluster Service kann jetzt die Notwendigkeit zum Neustart der SQL Server Instanz erfassen oder einen automatischen Failover zu einem anderen Server-Knoten im WSFC Cluster auslösen.
Failover Cluster Instances (FCI)
Eine SQL Server Failover Cluster Instanz (FCI) ist eine einzelne SQL Server Instanz, die in einem Failover Cluster betrieben wird, der aus mehreren Windows Server Failover Clustering (WSFC) Knoten besteht und so HA (High Availability) auf Ebene der Instanz bietet. Unter Verwendung von Multi-Subnet FCI kann auch Remote DR (Disaster Recovery) unterstützt werden. Eine weitere Option für Remote DR besteht darin, eine unter FCI gehostete Datenbank in einer Availability Group zu betreiben. Hierzu später mehr.
FCI und WSFC
Basis FCI, das für lokale Hochverfügbarkeit der Instanzen genutzt wird, ähnelt der veralteten Architektur eines kalten Cluster (Aktiv-Passiv). Unter SQL Server 2008 wurde diese Technologie SQL Server 2008 Failover Clustering genannt. Sie nutzte den Windows Server Failover Cluster.
In SQL Server 2012 hat Microsoft diese Basistechnologie unter der Bezeichnung AlwaysOn zusammengefasst. Es handelt sich aber nach wie vor um die klassische Aktiv-Passiv-Konfiguration. Der Ablauf im Failover-Fall ist wie folgt:
Solange kein Hardware-oder System-Fehler auftritt, werden alle Dirty Pages im Buffer Cache auf Platte geschrieben
Alle entsprechenden SQL Server Services (Dienste) in der Ressource Gruppe werden auf dem aktiven Knoten gestoppt
Die Ownership der Ressource Gruppe wird auf einen anderen Knoten der FCI transferriert
Der neue Owner (Besitzer) der Ressource Gruppe startet seine SQL Server Services (Dienste)
Die Connection-Anforderungen einer Client-Applikation werden automatisch auf den neuen aktiven Knoten mit dem selben Virtuellen Network Namen (VNN) umgeleitet
Abhängig vom Zeitpunkt des letzten Checkpoints, kann die Anzahl der Dirty Pages im Buffer Cache, die noch auf Platte geschrieben werden müssen, zu unvorhersehbar langen Failover-Zeiten führen. Um diese Anzahl zu drosseln, besitzt der SQL Server 2012 eine neue Fähigkeit, die Indirect Checkpoints genannt wird. Indirect Checkpoints ähnelt dem Fast-Start MTTR Target Feature der Oracle Datenbank, das bereits mit Oracle9i verfügbar war.
SQL Server Multi-Subnet Clustering
Ein SQL Server Multi-Subnet Failover Cluster entspricht vom Konzept her einem Oracle RAC Stretch Cluster. Doch dies ist nur auf den ersten Blick der Fall. Im Gegensatz zu RAC ist in einem lokalen SQL Server Failover Cluster jeweils nur ein Knoten aktiv für eine Datenbank. Für die Datenreplikation zwischen geografisch entfernten Sites verlässt sich Microsoft auf 3rd Party Lösungen für das Storage Mirroring.
Die Verbesserung dieses Szenario mit einer SQL Server 2012 Implementierung besteht schlicht darin, dass eine VLAN-Konfiguration (Virtual Local Area Network) nun nicht mehr benötigt wird, so wie dies bisher der Fall war. Das folgende Diagramm stellt dar, wie der Ablauf mit SQL Server 2012 gehandhabt wird. In Site A und Site B wird HA jeweils durch einen lokalen Aktiv-Passiv-Cluster sichergestellt.
Besondere Aufmerksamkeit muss hier der Konfiguration und dem Tuning geschenkt werden, da ansonsten völlig inakzeptable Failover-Zeiten resultieren. Dies liegt darin begründet, weil die Downtime auf Client-Seite nun nicht mehr nur von der reinen Failover-Zeit abhängt, sondern zusätzlich von der Dauer der DNS Replikation zwischen den DNS Servern. (Rufen Sie sich in Erinnerung, dass wir gerade von Multi-Subnet Clustering sprechen). Außerdem ist zu berücksichtigen, wie schnell die Clients die aktualisierten DNS Informationen abfragen. Spezielle Konfigurationen für Node Heartbeat, HostRecordTTL (Host Record Time-to-Live) und Intersite Replication Frequeny für Active Directory Sites und Services werden notwendig.
Default TTL für Windows Server 2008 R2: 20 Minuten
Empfohlene Einstellung: 1 Minute
DNS Update Replication Frequency in Windows Umgebung: 180 Minuten
Empfohlene Einstellung: 15 Minuten (minimaler Wert)
Betrachtet man diese Werte, muss man feststellen, dass selbst eine optimale Konfiguration die rigiden SLAs (Service Level Agreements) heutiger geschäftskritischer Anwendungen für HA und DR nicht erfüllen kann. Denn dies impliziert eine auf der Client-Seite erlebte Failover-Zeit von insgesamt 16 Minuten. Hierzu ein Auszug aus der SQL Server 2012 Online Dokumentation:
Cons: If a cross-subnet failover occurs, the client recovery time could be 15 minutes or longer, depending on your HostRecordTTL setting and the setting of your cross-site DNS/AD replication schedule.
Wir sind hier an einem Punkt unserer Überlegungen angelangt, an dem sich erklärt, weshalb ich zuvor das "Windows was the God ..." Zitat verwendet habe. Die unbedingte Abhängigkeit zu Windows wird zunehmend zum Problem, da sie die Komplexität einer Microsoft-basierenden Lösung erhöht, anstelle sie zu reduzieren. Und Komplexität ist das Letzte, was sich CIOs heutzutage wünschen.
Zur Ehrenrettung des SQL Server 2012 und AlwaysOn muss man sagen, dass derart lange Failover-Zeiten kein unbedingtes "Muss" darstellen, sondern ein "Kann". Doch auch ein "Kann" kann im unpassenden Moment unvorhersehbare und kostspielige Folgen haben.
Die Unabsehbarkeit ist wiederum Ursache vieler an der Implementierung beteiligten Komponenten und deren Abhängigkeiten, wie beispielsweise drei Cluster-Lösungen (zwei von Microsoft, eine 3rd Party Lösung). Wie man die Sache auch dreht und wendet, kommt man an diesem Fakt also nicht vorbei - ganz unabhängig von der Dauer einer Downtime oder Failover-Zeiten.
Im Gegensatz zu AlwaysOn und der hier vorgestellten Version eines Stretch-Clusters, vermeidet eine entsprechende Oracle Implementierung eine derartige Komplexität, hervorgerufen duch multiple Abhängigkeiten. Den Unterschied machen Datenbank-integrierte Mechanismen, wie Fast Application Notification (FAN) und Fast Connection Failover (FCF). Für Oracle MAA Konfigurationen (Maximum Availability Architecture) sind Inter-Site Failover-Zeiten im Bereich von Sekunden keine Seltenheit. Wenn Sie dem Link zur Oracle MAA folgen, finden Sie außerdem eine Reihe an Customer Case Studies. Auch dies ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal zu AlwaysOn, denn die Oracle Technologie hat sich bereits zigfach in höchst kritischen Umgebungen bewährt.
Availability Groups (Verfügbarkeitsgruppen)
Die sogenannten Availability Groups (Verfügbarkeitsgruppen) sind - neben FCI - der weitere Baustein von AlwaysOn.
Hinweis: Bevor wir uns näher damit beschäftigen, sollten Sie sich noch einmal ins Gedächtnis rufen, dass eine SQL Server Datenbank nicht die gleiche Bedeutung besitzt, wie eine Oracle Datenbank, sondern eher einem Oracle Schema entspricht. So etwas wie die SQL Server Northwind Datenbank ist vergleichbar mit dem Oracle Scott Schema.
Eine Verfügbarkeitsgruppe setzt sich zusammen aus einem Set mehrerer Benutzer-Datenbanken, die im Falle eines Failover gemeinsam als Gruppe behandelt werden. Eine Verfügbarkeitsgruppe unterstützt ein Set an primären Datenbanken (primäres Replikat) und einem bis vier Sets von entsprechenden sekundären Datenbanken (sekundäre Replikate).
Es können jedoch nicht alle SQL Server Datenbanken einer AlwaysOn Verfügbarkeitsgruppe zugeordnet werden. Der SQL Server Spezialist Michael Otey zählt in seinem SQL Server Pro Artikel folgende Anforderungen auf:
Verfügbarkeitsgruppen müssen mit Benutzer-Datenbanken erstellt werden. System-Datenbanken können nicht verwendet werden
Die Datenbanken müssen sich im Read-Write Modus befinden. Read-Only Datenbanken werden nicht unterstützt
Die Datenbanken in einer Verfügbarkeitsgruppe müssen Multiuser Datenbanken sein
Sie dürfen nicht das AUTO_CLOSE Feature verwenden
Sie müssen das Full Recovery Modell nutzen und es muss ein vollständiges Backup vorhanden sein
Eine gegebene Datenbank kann sich nur in einer einzigen Verfügbarkeitsgruppe befinden und diese Datenbank düerfen nicht für Database Mirroring konfiguriert sein
Microsoft empfiehl außerdem, dass der Verzeichnispfad einer Datenbank auf dem primären und sekundären Server identisch sein sollte
Wie man sieht, eignen sich Verfügbarkeitsgruppen nicht, um HA und DR vollständig abzubilden. Die Unterscheidung zwischen der Instanzen-Ebene (FCI) und Datenbank-Ebene (Availability Groups) ist von hoher Bedeutung. Vor kurzem wurde mir gesagt, dass man mit den Verfügbarkeitsgruppen auf Shared Storage verzichten könne und dadurch Kosten spart. So weit so gut ... Man kann natürlich eine Installation rein mit Verfügbarkeitsgruppen und ohne FCI durchführen - aber man sollte sich dann darüber bewusst sein, was man dadurch alles nicht abgesichert hat - und dies wiederum für Desaster Recovery (DR) und SLAs (Service Level Agreements) bedeutet.
Kurzum, um die Kombination aus beiden AlwaysOn Produkten und der damit verbundene Komplexität kommt man wohl in der Praxis nicht herum.
Availability Groups und WSFC
AlwaysOn hängt von Windows Server Failover Clustering (WSFC) ab, um die aktuellen Rollen der Verfügbarkeitsreplikate einer Verfügbarkeitsgruppe zu überwachen und zu verwalten, und darüber zu entscheiden, wie ein Failover-Ereignis die Verfügbarkeitsreplikate betrifft. Das folgende Diagramm zeigt de Beziehung zwischen Verfügbarkeitsgruppen und WSFC:
Der Verfügbarkeitsmodus ist eine Eigenschaft jedes Verfügbarkeitsreplikats. Synychron und Asynchron können also gemischt werden:
Availability Modus (Verfügbarkeitsmodus)
Asynchroner Commit-Modus
Primäres replikat schließt Transaktionen ohne Warten auf Sekundäres
Synchroner Commit-Modus
Primäres Replikat wartet auf Commit von sekundärem Replikat
Failover Typen
Automatic
Manual
Forced (mit möglichem Datenverlust)
Synchroner Commit-Modus
Geplanter, manueller Failover ohne Datenverlust
Automatischer Failover ohne Datenverlust
Asynchroner Commit-Modus
Nur Forced, manueller Failover mit möglichem Datenverlust
Der SQL Server kennt keinen separaten Switchover Begriff wie in Oracle Data Guard. Für SQL Server werden alle Role Transitions als Failover bezeichnet. Tatsächlich unterstützt der SQL Server keinen Switchover für asynchrone Verbindungen. Es gibt nur die Form des Forced Failover mit möglichem Datenverlust. Eine ähnliche Fähigkeit wie der Switchover unter Oracle Data Guard ist so nicht gegeben.
SQL Sever FCI mit Availability Groups (Verfügbarkeitsgruppen)
Neben den Verfügbarkeitsgruppen kann eine zweite Failover-Ebene eingerichtet werden, indem SQL Server FCI (auf Shared Storage) mit WSFC implementiert wird. Ein Verfügbarkeitesreplikat kann dann auf einer Standalone Instanz gehostet werden, oder einer FCI Instanz. Zum Verständnis: Die Verfügbarkeitsgruppen selbst benötigen kein Shared Storage.
Diese Kombination kann verwendet werden für lokale HA auf Ebene der Instanz und DR auf Datenbank-Ebene durch Verfügbarkeitsgruppen. Das folgende Diagramm zeigt dieses Szenario:
Achtung! Hier handelt es sich nicht um ein Pendant zu Oracle RAC plus Data Guard, auch wenn das Bild diesen Eindruck vielleicht vermitteln mag - denn alle sekundären Knoten im FCI sind rein passiv.
Es existiert außerdem eine weitere und ernsthafte Einschränkung: SQL Server Failover Cluster Instanzen (FCI) unterstützen nicht das automatische AlwaysOn Failover für Verfügbarkeitsgruppen. Jedes unter FCI gehostete Verfügbarkeitsreplikat kann nur für manuelles Failover konfiguriert werden.
Lesbare Sekundäre Replikate
Ein oder mehrere Verfügbarkeitsreplikate in einer Verfügbarkeitsgruppe können für den lesenden Zugriff konfiguriert werden, wenn sie als sekundäres Replikat laufen. Dies ähnelt Oracle Active Data Guard, jedoch gibt es Einschränkungen. Alle Abfragen gegen die sekundäre Datenbank werden automatisch auf das Snapshot Isolation Level abgebildet. Es handelt sich dabei um eine Versionierung der Rows. Microsoft versuchte hiermit die Oracle MVRC (Multi Version Read Consistency) nachzustellen. Tatsächlich muss man die SQL Server Snapshot Isolation eher mit Oracle Flashback vergleichen. Bei der Implementierung des Snapshot Isolation Levels handelt sich um ein nachträglich aufgesetztes Feature und nicht um einen inhärenten Teil des Datenbank-Kernels, wie im Falle Oracle. (Ich werde hierzu in Kürze einen weiteren Blogbeitrag verfassen, wenn ich mich mit der neuen SQL Server 2012 Core Lizenzierung beschäftige.)
Für die Praxis entstehen aus der Abbildung auf das Snapshot Isolation Level ernsthafte Restriktionen, derer man sich für den Betrieb in der Praxis bereits vorab bewusst sein sollte:
Sollte auf der primären Datenbank eine aktive Transaktion zu dem Zeitpunkt existieren, wenn ein lesbares sekundäres Replikat in die Verfügbarkeitsgruppe aufgenommen wird, werden die Row-Versionen auf der korrespondierenden sekundären Datenbank nicht sofort vollständig verfügbar sein. Eine aktive Transaktion auf dem primären Replikat muss zuerst abgeschlossen (Commit oder Rollback) und dieser Transaktions-Record auf dem sekundären Replikat verarbeitet werden. Bis dahin ist das Isolation Level Mapping auf der sekundären Datenbank unvollständig und Abfragen sind temporär geblockt. Microsoft sagt dazu: "This is needed to guarantee that row versions are available on the secondary replica before executing the query under snapshot isolation as all isolation levels are implicitly mapped to snapshot isolation." (SQL Storage Engine Blog: AlwaysOn: I just enabled Readable Secondary but my query is blocked?) Grundlegend bedeutet dies, dass ein aktives lesbares Replikat nicht in die Verfügbarkeitsgruppe aufgenommen werden kann, ohne das primäre Replikat vorübergehend stillzulegen.
Da Leseoperationen auf das Snapshot Isolation Transaction Level abgebildet werden, kann die Bereinigung von Ghost Records auf dem primären Replikat durch Transaktionen auf einem oder mehreren sekundären Replikaten geblockt werden - z.B. durch eine lang laufende Abfrage auf dem sekundären Replikat. Diese Bereinigung wird auch blockiert, wenn die Verbindung zum sekundären Replikat abbricht oder der Datenaustausch unterbrochen wird. Auch die Log Truncation wird in diesem Zustant verhindert. Wenn dieser Zustand längere Zeit anhält, empfiehlt Microsoft das sekundäre Replikat aus der Verfügbarkeitsgruppe herauszunehmen - was ein ernsthaftes Downtime-Problem darstellt.
Die Read-Only Workload auf den sekundären Replikaten kann eingehende DDL Änderungen blockieren. Obwohl die Leseoperationen aufgrund der Row-Versionierung keine Shared Locks halten, führen diese Operatioen zu Sch-S Locks (Schemastabilitätssperren). DDL-Änderungen durch Redo-Operationen können dadurch blockiert werden. Falls DDL aufgrund konkurrierender Lese-Workload blockiert wird und der Schwellenwert für 'Recovery Interval' (eine SQL Server Konfigurationsoption) überschritten wird, generiert der SQL Server das Ereignis sqlserver.lock_redo_blocked, welches Microsoft zum Kill der blockierenden Leser empfiehlt. Auf die Verfügbarkeit der Anwendung wird hierbei keinerlei Rücksicht genommen.
Keine dieser Einschränkungen existiert mit Oracle Active Data Guard.
Backups auf sekundären Replikaten
Über die sekundären Replikate können Backups (BACKUP DATABASE via Transact-SQL) nur als copy-only Backups einer vollständigen Datenbank, Dateien und Dateigruppen erstellt werden. Das Erstellen inkrementeller Backups ist nicht unterstützt, was ein ernsthafter Rückstand ist gegenüber der Backup-Unterstützung physikalischer Standbys unter Oracle Data Guard.
Hinweis: Ein möglicher Workaround via Snapshots, bleibt ein Workaround.
Eine weitere Einschränkung dieses Features gegenüber Oracle Data Guard besteht darin, dass das Backup eines sekundären Replikats nicht ausgeführt werden kann, wenn es nicht mit dem primären Replikat kommunizieren kann. Darüber hinaus muss das sekundäre Replikat synchronisiert sein oder sich in der Synchronisation befinden, um das Beackup auf dem sekundären Replikat erstellen zu können.
Vergleich von Microsoft AlwaysOn mit der Oracle MAA
Ich komme wieder zurück auf die Eingangs erwähnte, mehrfach an mich gestellte Frage "Wann denn - und ob überhaupt - Oracle etwas Vergleichbares wie AlwaysOn bieten würde?" und meine damit verbundene (kurze) Irritation.
Wenn Sie diesen Blogbeitrag bis hierher gelesen haben, dann kennen Sie jetzt meine darauf gegebene Antwort. Der eine oder andere Punkt traf dabei nicht immer auf Jeden zu, was auch nicht der tiefere Sinn und Zweck meiner Antwort war. Wenn beispielsweise kein Multi-Subnet mit im Spiel ist, sind alle diesbezüglichen Kritikpunkte zunächst obsolet. Was aber nicht bedeutet, dass sie nicht bereits morgen schon wieder zum Thema werden könnten (Sag niemals "Nie"). In manch anderes Fettnäpfchen tritt man wiederum nicht unbedingt in einer Testumgebung, sondern erst im laufenden Betrieb. Erst recht nicht dann, wenn man sich potenzieller Probleme nicht bewusst ist und keine dedizierten Tests startet. Und wer AlwaysOn erfolgreich positionieren möchte, wird auch gar kein Interesse daran haben, auf mögliche Schwachstellen und den besagten Teufel im Detail aufmerksam zu machen. Das ist keine Unterstellung - es ist nur menschlich. Außerdem ist es verständlich, dass man sich in erster Linie darauf konzentriert "was geht" und "was gut läuft", anstelle auf das "was zu Problemen führen kann" oder "nicht funktioniert". Wer will schon der Miesepeter sein?
Für mich selbst gesprochen, kann ich nur sagen, dass ich lieber vorab von allen möglichen Einschränkungen wissen möchte, anstelle sie dann nach einer kurzen Zeit der heilen Welt schmerzhaft am eigenen Leib erfahren zu müssen. Ich bin davon überzeugt, dass es Ihnen nicht anders geht. Nachfolgend deshalb eine Zusammenfassung all jener Punkte, die ich im Vergleich zur Oracle MAA (Maximum Availability Architecture) als unbedingt Erwähnenswert betrachte, falls man eine Evaluierung von Microsoft AlwaysOn in Betracht zieht.
1. AlwaysOn ist eine komplexe Technologie
Der SQL Server AlwaysOn Stack ist zusammengesetzt aus drei verschiedenen Technlogien:
Windows Server Failover Clustering (WSFC)
SQL Server Failover Cluster Instances (FCI)
SQL Server Availability Groups (Verfügbarkeitsgruppen)
Man kann eine derartige Lösung nicht als nahtlos bezeichnen, wofür auch die vielen von Microsoft dargestellten Einschränkungen sprechen. Während sich frühere SQL Server Versionen in Richtung eigener HA/DR Technologien entwickelten (wie Database Mirroring), empfiehlt Microsoft nun die Migration. Doch weshalb dieser Schwenk? Er führt nicht zu einem konsisten und robusten Angebot an HA/DR Technologie für geschäftskritische Umgebungen.
Liegt die Antwort in meiner These begründet, nach der "Windows was the God ..." noch immer gilt und man die Nachteile der allzu engen Kopplung mit Windows nicht sehen möchte? Entscheiden Sie selbst ...
2. Failover Cluster Instanzen - Kein RAC-Pendant
Die SQL Server und Windows Server Clustering Technologie basiert noch immer auf dem veralteten Aktiv-Passiv Modell und führt zu einer Verschwendung von Systemressourcen. In einer Betrachtung von lediglich zwei Knoten erschließt sich auf Anhieb noch nicht der volle Mehrwert eines Aktiv-Aktiv Clusters (wie den Real Application Clusters), wie er von Oracle bereits vor zehn Jahren entwickelt wurde. Doch kennt man die Vorzüge der Skalierbarkeit durch einfaches Hinzufügen weiterer Cluster-Knoten, die dann alle gemeinsam als ein einziges logisches System zusammenarbeiten, versteht man was hinter dem Motto "Pay-as-you-Grow" steckt. In einem Aktiv-Aktiv Cluster geht es zwar auch um Hochverfügbarkeit - und ein Failover erfolgt zudem schneller, als in einem Aktiv-Passiv Modell - aber es geht eben nicht nur darum.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Oracle 11g Standard Edition bereits die Nutzung von Oracle RAC bis zu vier Sockets kostenfrei beinhaltet. Möchten Sie dazu Windows nutzen, benötigen Sie keine Windows Server Enterprise Edition, da Oracle 11g die eigene Clusterware liefert. Sie kommen in den Genuss von Hochverfügbarkeit und Skalierbarkeit und können dazu die günstigere Windows Server Standard Edition nutzen.
3. SQL Server Multi-Subnet Clustering - Abhängigkeit zu 3rd Party Storage Mirroring
Die SQL Server Multi-Subnet Clustering Architektur unterstützt den Aufbau eines Stretch Clusters, basiert dabei aber auf dem Aktiv-Passiv Modell. Das eigentlich Problematische ist jedoch, dass man sich zur Absicherung der Datenbank auf 3rd Party Storage Mirroring Technologie verlässt, ohne Integration zwischen dem Windows Server Failover Clustering (WSFC) und der darunterliegenden Mirroring Technologie. Wenn nun im Cluster ein Failover auf Instanzen-Ebene erfolgt, existiert keine Koordination mit einem möglichen Failover auf Ebene des Storage-Array.
4. Availability Groups (Verfügbarkeitsgruppen) - Vier, oder doch nur Zwei?
Ein primäres Replikat erlaubt bis zu vier sekundäre Replikate innerhalb einer Verfügbarkeitsgruppe, jedoch nur zwei im Synchronen Commit Modus. Während dies zwar einen Vorteil gegenüber dem stringenten 1:1 Modell unter Database Mirroring darstellt, fällt der SQL Server 2012 damit immer noch weiter zurück hinter Oracle Data Guard mit bis zu 30 direkten Stanbdy Zielen - und vielen weiteren durch kaskadierende Ziele möglichen.
Damit eignet sich Oracle Active Data Guard auch für die Bereitstellung einer Reader-Farm Skalierbarkeit für Internet-basierende Unternehmen. Mit AwaysOn Verfügbarkeitsgruppen ist dies nicht möglich.
5. Availability Groups (Verfügbarkeitsgruppen) - kein asynchrones Switchover
Die Technologie der Verfügbarkeitsgruppen wird auch als geeignetes Mittel für administrative Aufgaben positioniert - wie Upgrades oder Wartungsarbeiten. Man muss sich jedoch einem gravierendem Defizit bewusst sein: Im asynchronen Verfügbarkeitsmodus besteht die einzige Möglichkeit für Role Transition im Forced Failover mit Datenverlust! Um den Verlust von Daten durch geplante Wartungsarbeiten zu vermeiden, muss man den synchronen Verfügbarkeitsmodus konfigurieren, was jedoch ernstzunehmende Auswirkungen auf WAN Deployments nach sich zieht. Spinnt man diesen Gedanken zu Ende, kommt man zu dem Schluss, dass die Technologie der Verfügbarkeitsgruppen für geplante Wartungsarbeiten in einem derartigen Umfeld nicht effektiv genutzt werden kann.
6. Automatisches Failover - Nicht immer möglich
Sowohl die SQL Server FCI, als auch Verfügbarkeitsgruppen unterstützen automatisches Failover. Möchte man diese jedoch kombinieren, wird das Ergebnis kein automatisches Failover sein. Denn ihr Zusammentreffen im Failover-Fall führt zu Race Conditions (Wettlaufsituationen), weshalb diese Konfiguration nicht länger das automatische Failover zu einem Replikat in einer Verfügbarkeitsgruppe erlaubt. Auch hier bestätigt sich wieder die tiefere Problematik von AlwaysOn, mit einer Zusammensetzung aus unterschiedlichen Technologien und der Abhängigkeit zu Windows.
7. Problematische RTO (Recovery Time Objective)
Microsoft postioniert die SQL Server Multi-Subnet Clustering Architektur als brauchbare HA/DR Architektur. Bedenkt man jedoch die Problematik im Zusammenhang mit DNS Replikation und den möglichen langen Wartezeiten auf Client-Seite von bis zu 16 Minuten, sind strenge RTO Anforderungen (Recovery Time Objectives) nicht erfüllbar. Im Gegensatz zu Oracle besitzt der SQL Server keine Datenbank-integrierten Technologien, wie Oracle Fast Application Notification (FAN) oder Oracle Fast Connection Failover (FCF).
8. Problematische RPO (Recovery Point Objective)
SQL Server ermöglicht Forced Failover (erzwungenes Failover), bietet jedoch keine Möglichkeit zur automatischen Übertragung der letzten Datenbits von einem alten zu einem neuen primären Replikat, wenn der Verfügbarkeitsmodus asynchron war. Oracle Data Guard hingegen bietet diese Unterstützung durch das Flush Redo Feature. Dies sichert "Zero Data Loss" und beste RPO auch in erzwungenen Failover-Situationen.
9. Lesbare Sekundäre Replikate mit Einschränkungen
Aufgrund des Snapshot Isolation Transaction Level für lesbare sekundäre Replikate, besitzen diese Einschränkungen mit Auswirkung auf die primäre Datenbank. Die Bereinigung von Ghost Records auf der primären Datenbank, wird beeinflusst von lang laufenden Abfragen auf der lesabaren sekundären Datenbank. Die lesbare sekundäre Datenbank kann nicht in die Verfügbarkeitsgruppe aufgenommen werden, wenn es aktive Transaktionen auf der primären Datenbank gibt. Zusätzlich können DLL Änderungen auf der primären Datenbank durch Abfragen auf der sekundären blockiert werden. Und imkrementelle Backups werden hier nicht unterstützt.
Keine dieser Restriktionen existiert unter Oracle Data Guard.
