从11g到19c/23c：ASM架构演进概览

本文是对原文《几个关于Oracle 11g ASM的问题》的扩展升级版，重点介绍Oracle 19c和23c/23ai版本中ASM的重大新特性。对于从11g时代一路走来的老DBA来说，这些新特性可能还比较陌生，本文将详细介绍这些变化，帮助读者快速掌握现代ASM的核心能力。

一、从11g到19c/23c：ASM架构演进概览

Oracle ASM自10g引入以来，经历了多次重大架构升级：

二、OCR和Voting Disk存储位置的变迁

2.1 11g时代的限制（回顾）

在11gR2 Grid Infrastructure全新安装时，不再支持将OCR和Voting Disk直接放置在裸设备上。当时的支持选项包括：

• Oracle ASM
• 支持的网络附加存储（NAS）
• 集群文件系统

虽然可以通过后续手段将OCR和Voting Disk移动到裸设备，但Oracle强烈不建议这样做。

2.2 19c的重大变化：共享文件系统支持恢复

从Oracle Grid Infrastructure 19c（19.3）开始，一个重要的变化是：对于Oracle Standalone Clusters，现在可以再次将OCR和Voting Disk文件直接放置在共享文件系统上。

这一变化撤销了12cR2中宣布的废弃声明。但需要注意的是，对于Oracle Domain Services Clusters，仍然要求将OCR和Voting文件放置在Oracle ASM中。

-- 19c支持的OCR/Voting Disk存储位置
+------------------------+------------------+------------------+
| 集群类型               | ASM              | 共享文件系统      |
+------------------------+------------------+------------------+
| Standalone Cluster     | 支持             | 支持（19.3+）    |
| Domain Services Cluster| 支持（必须）     | 不支持           |
+------------------------+------------------+------------------+

2.3 现代OCR/Voting Disk管理命令

19c中的OCR和Voting Disk管理命令相比11g有所增强：

# 查看OCR配置
ocrcheck

# 查看Voting Disk位置
crsctl query css votedisk

# 添加OCR位置（需root权限）
ocrconfig -add +DISKGROUP

# 替换OCR位置
ocrconfig -replace ocr +NEWDISKGROUP

# 添加Voting Disk
crsctl add css votedisk +DISKGROUP

# 删除Voting Disk
crsctl delete css votedisk +DISKGROUP

# 移动Voting Disk（需要先停止CRS）
crsctl stop crs
crsctl replace votedisk +NEWDISKGROUP
crsctl start crs

三、Oracle 19c ASM核心新特性详解

3.1 Flex Disk Group与面向数据库的存储管理

Flex Disk Group是12cR2引入的革命性特性，在19c中得到了进一步增强。对于11g时代的DBA来说，这是一个全新的概念。

3.1.1 传统磁盘组 vs Flex磁盘组

传统磁盘组（11g时代）的限制：

• 冗余级别在创建时固定，无法更改
• 整个磁盘组使用统一的冗余策略
• 无法针对单个数据库设置存储配额
• 所有数据库文件混合存储，难以管理

Flex磁盘组的优势：

• 支持File Group级别的冗余设置
• 可以动态修改冗余级别
• 支持Quota Group进行空间配额管理
• 支持面向PDB的存储管理
• 支持Parity Protection（奇偶校验保护）

3.1.2 创建和转换Flex磁盘组

-- 创建新的Flex磁盘组
CREATE DISKGROUP flex_dg FLEX REDUNDANCY
  DISK '/devices/disk1', '/devices/disk2', '/devices/disk3',
       '/devices/disk4', '/devices/disk5'
  ATTRIBUTE 'au_size'='4M',
            'compatible.asm' = '19.0',
            'compatible.rdbms' = '19.0',
            'compatible.advm' = '19.0';

-- 将现有Normal/High冗余磁盘组转换为Flex磁盘组
-- 注意：EXTERNAL冗余不能转换
ALTER DISKGROUP normaldg CONVERT REDUNDANCY TO FLEX;

-- 验证转换结果
SELECT name, type FROM V$ASM_DISKGROUP WHERE name = 'NORMALDG';

-- 输出示例：
-- NAME          TYPE
-- ------------- ------
-- NORMALDG      FLEX

转换要求：

• NORMAL冗余磁盘组需要至少3个故障组
• HIGH冗余磁盘组需要至少5个故障组
• 从18c开始，不再需要RESTRICTED MOUNT即可转换
• 需要先完成VAM（Virtual Allocation Metadata）迁移

3.1.3 File Group管理

File Group是Flex磁盘组的核心概念，允许按数据库、CDB或PDB组织文件：

-- 为PDB创建File Group并关联Quota Group
ALTER DISKGROUP DiskGroup_1 
  ADD FILEGROUP FileGroup_PDB1 
  DATABASE PDB1 
  SET 'quota_group' = 'QuotaGroup_QGRP1';

ALTER DISKGROUP DiskGroup_1 
  ADD FILEGROUP FileGroup_PDB2 
  DATABASE PDB2 
  SET 'quota_group' = 'QuotaGroup_QGRP2';

-- 修改File Group的冗余属性
ALTER DISKGROUP DG1 
  MODIFY FILEGROUP FileGroup_PDB1 
  SET 'datafile.redundancy' = 'HIGH';

-- 查看File Group信息
SELECT * FROM V$ASM_FILEGROUP;

-- 使用ASMCMD查看File Group
ASMCMD> lsfg -G DATA --filegroup

-- 删除File Group（包括内容）
ALTER DISKGROUP DG1 
  DROP FILEGROUP FileGroup_PDB1 CASCADE;

3.2 Parity Protection（奇偶校验保护）- 19c重磅特性

这是19c中最重要的ASM新特性之一，类似于RAID 5/6的奇偶校验保护，可以显著降低存储开销。

3.2.1 设计原理

传统的ASM镜像会产生100%（双向镜像）或200%（三向镜像）的存储开销。对于归档日志和备份集这类一次写入（write-once）的文件，Parity Protection可以将开销降低到：

• 3-4个故障组：50%存储开销（每个奇偶校验扩展集有2个数据扩展）
• 5个或更多故障组：25%存储开销（每个奇偶校验扩展集有4个数据扩展）

3.2.2 使用限制

重要提示：Parity Protection仅支持一次写入的文件类型：

• ✅ 归档日志（Archive Logs）
• ✅ 备份集（Backup Sets）
• ❌ 数据文件（Datafiles）- 不支持
• ❌ 联机重做日志（Online Redo Logs）- 不支持
• ❌ 其他读写文件 - 不支持

3.2.3 配置Parity Protection

-- 前提条件：
-- 1. 磁盘组必须是FLEX类型
-- 2. 至少3个regular（非quorum）故障组
-- 3. compatible.asm >= 19.0

-- 修改File Group启用Parity Protection
ALTER DISKGROUP ARC 
  MODIFY FILEGROUP FileGroup_PDB1 
  SET 'archivelog.redundancy' = 'PARITY';

-- 为备份集启用Parity Protection
ALTER DISKGROUP FRA 
  MODIFY FILEGROUP FileGroup_DB1 
  SET 'backupset.redundancy' = 'PARITY';

-- 查看冗余设置
SELECT fg.name, fg.redundancy, fg.property_name, fg.property_value
FROM V$ASM_FILEGROUP_PROPERTY fg
WHERE fg.property_name LIKE '%redundancy%';

注意事项：

• 修改冗余设置只影响新创建的文件
• 已存在的文件保持原有冗余级别
• 设置为PARITY或DOUBLE的文件永远不能更改冗余

3.2.4 Double Parity Protection（21c/19c RU）

Oracle 21c引入了Double Parity Protection（双奇偶校验），提供类似于三向镜像（HIGH）的保护级别，同时保持较低的存储开销。这一特性已回移到19c的最新Release Update中。

-- 启用Double Parity Protection（需要19c最新RU或21c+）
ALTER DISKGROUP ARC 
  MODIFY FILEGROUP FileGroup_PDB1 
  SET 'archivelog.redundancy' = 'DOUBLE';

-- 冗余级别对比
+-------------+------------------+------------------+
| 冗余级别     | 保护能力         | 存储开销         |
+-------------+------------------+------------------+
| UNPROTECTED | 无保护           | 0%              |
| MIRROR      | 单故障容忍       | 100%            |
| HIGH        | 双故障容忍       | 200%            |
| PARITY      | 单故障容忍       | 25-50%          |
| DOUBLE      | 双故障容忍       | 50-75%          |
+-------------+------------------+------------------+

3.3 Multiple ASMB（多ASMB进程）

在Flex ASM架构中，数据库实例通过ASMB后台进程与ASM实例通信。19c引入了Multiple ASMB特性：

场景示例：

• +ASM1挂载了dg1但没有挂载dg2
• +ASM2挂载了dg2但没有挂载dg1
• 数据库需要同时使用dg1和dg2

在19c之前，这种场景会导致问题。19c的Multiple ASMB允许数据库同时连接多个ASM实例（ASMBn），即使某个ASM实例没有挂载所有需要的磁盘组，数据库也能正常访问所有磁盘组。

-- 查看数据库的ASMB进程
SELECT pname, con_id, program FROM V$PROCESS 
WHERE pname LIKE 'ASMB%';

-- 可能的输出
-- PNAME   CON_ID  PROGRAM
-- ------  ------  --------
-- ASMB    0       oracle@host (ASMB)
-- ASMB1   0       oracle@host (ASMB1)
-- ASMB2   0       oracle@host (ASMB2)

3.4 CONTENT.CHECK磁盘组属性

19c引入了CONTENT.CHECK磁盘组属性，用于自动检测和恢复块损坏：

-- 启用CONTENT.CHECK
ALTER DISKGROUP data SET ATTRIBUTE 'content.check' = 'TRUE';

-- 查看属性设置
SELECT name, value FROM V$ASM_ATTRIBUTE 
WHERE group_number = (SELECT group_number FROM V$ASM_DISKGROUP WHERE name = 'DATA')
AND name = 'content.check';

-- 相关属性
-- content.check        : 启用块损坏检测
-- content_hardcheck.enabled : 启用硬检查

3.5 新增ASMCMD命令

19c增加了多个实用的ASMCMD命令：

# 1. mvfile - 在同一磁盘组内移动文件到指定File Group
ASMCMD> mvfile +DATA/ORCL/datafile.dbf +DATA.FILEGROUP_PDB1

# 2. setsparseparent - 设置稀疏子文件的父文件
ASMCMD> setsparseparent +DATA/sparse_child.dbf +DATA/parent.dbf

# 3. pwcreate - 密码选项现在是可选的
ASMCMD> pwcreate +DATA/orapwasm
# 系统会提示输入密码，而不是在命令行暴露

# 4. lsfg - 列出File Group信息
ASMCMD> lsfg -G DATA --filegroup FG1

# 5. chfg/chqg - 修改File Group或Quota Group
ASMCMD> chfg -G DATA --filegroup FG1 --property 'redundancy=HIGH'

3.6 SRVCTL增强

19c增强了SRVCTL对ASM网络资源的管理能力：

# 管理ASM网络资源
srvctl config asm
srvctl status asm
srvctl modify asm -listener LISTENER_ASM

# 配置ASM监听器
srvctl add listener -l LISTENER_ASM -p TCP:1521 -o $ORACLE_HOME

# 管理ASM实例
srvctl start asm -node node1
srvctl stop asm -node node1 -stopoption immediate
srvctl relocate asm -node node2

四、Oracle ASM Filter Driver (ASMFD) - 替代ASMLIB

对于11g时代使用ASMLIB的用户，ASMFD是一个重要的变化。

4.1 ASMFD vs ASMLIB对比

4.2 ASMFD配置步骤

# 1. 检查ASMFD支持状态（应用RU后）
$ORACLE_HOME/bin/afddriverstate supported
# 输出：AFD-9200: Supported

# 2. 验证ASMFD分发介质
$ORACLE_HOME/bin/afdroot version_check
# 输出：AFD-616: Valid AFD distribution media detected

# 3. 在安装前标记磁盘（需要root权限）
export ORACLE_HOME=/u01/app/19c/grid
export ORACLE_BASE=/tmp

# 标记磁盘用于ASMFD
asmcmd afd_label 'DATA1' '/dev/sdb' --init
asmcmd afd_label 'DATA2' '/dev/sdc' --init
asmcmd afd_label 'FRA1' '/dev/sdd' --init

# 4. 验证标记
asmcmd afd_lslbl '/dev/sd*'
# 输出示例：
# Label     Duplicate  Path
# ========= ========== ==========
# DATA1                /dev/sdb
# DATA2                /dev/sdc
# FRA1                 /dev/sdd

# 5. 查看ASMFD磁盘目录
ls -la /dev/oracleafd/disks/
# 输出示例：
# -rwxrwx--- 1 grid oinstall 35 DATA1
# -rwxrwx--- 1 grid oinstall 35 DATA2
# -rwxrwx--- 1 grid oinstall 35 FRA1

# 6. 安装后添加新磁盘（不需要--init）
asmcmd afd_label 'DATA3' '/dev/sde'

# 7. 删除磁盘标记
asmcmd afd_unlabel 'DATA3' -f

4.3 从ASMLIB迁移到ASMFD

# 1. 列出当前ASMLIB管理的磁盘
/usr/sbin/oracleasm listdisks

# 2. 停止数据库和ASM实例
srvctl stop database -d ORCL
srvctl stop asm -node `hostname`

# 3. 卸载ASMLIB配置
/usr/sbin/oracleasm deletedisk DATA1
/usr/sbin/oracleasm deletedisk DATA2
# ... 对所有磁盘重复

# 4. 停用ASMLIB
/usr/sbin/oracleasm disable
/usr/sbin/oracleasm exit

# 5. 配置ASMFD
asmcmd afd_label 'DATA1' '/dev/sdb'
asmcmd afd_label 'DATA2' '/dev/sdc'
# ... 对所有磁盘重复

# 6. 重新启动ASM和数据库
srvctl start asm -node `hostname`
srvctl start database -d ORCL

# 7. 验证磁盘已被ASMFD管理
asmcmd lsdsk -t -G DATA
# 输出中应显示AFD:前缀
# AFD:DATA1
# AFD:DATA2

4.4 重要提示：23ai中ASMFD废弃

注意：从Oracle Database 23ai开始，ASMFD已被废弃（desupported）。从19c升级到23ai时，需要确保ASM设备由asmdba组拥有，并改用手动设备持久性配置（如udev规则）。

# 23ai升级前的准备工作
# 1. 解除ASMFD配置
asmcmd afd_deconfigure

# 2. 配置udev规则确保设备持久性
# 创建 /etc/udev/rules.d/99-oracle-asm.rules
# KERNEL=="sd*", SUBSYSTEM=="block", ENV{ID_SERIAL}=="SATA_VBOX_HARDDISK_VB*", OWNER="grid", GROUP="asmdba", MODE="0660"

# 3. 重新加载udev规则
udevadm control --reload-rules
udevadm trigger

# 4. 验证设备权限
ls -la /dev/sd*

五、ACFS（ASM集群文件系统）增强

5.1 19c ACFS新特性

19c对ACFS进行了多项增强：

5.1.1 增强的诊断命令

# 显示任意时刻打开的ACFS文件
acfsutil info ftrace /mnt/acfs1

# 显示锁争用统计信息（集群范围诊断）
acfsutil lockstats /mnt/acfs1

# 快速扫描相关元数据（-g选项）
acfsutil meta -g /mnt/acfs1

# 显示元数据诊断信息（-m选项）
acfsutil info file -m /mnt/acfs1/datafile.dbf

# AIX平台支持收缩文件系统
acfsutil size -s 100G /mnt/acfs1

5.1.2 复制增强

# 非root用户可以执行大多数repl命令（除了acfsutil repl info -c -u）

# 远程终止复制（新的remote关键字）
acfsutil repl terminate standby remote standby-location

# 上述命令会先在主端终止复制处理，然后再终止备端

5.2 ACFS与Flex ASM架构

在Flex ASM架构中，ACFS通过ASM Proxy实例访问磁盘组：

# 查看ASM Proxy进程
ps -ef | grep 'apx_'
# 输出示例：
# oracle  10924  1  0 17:23 ?  00:00:00 apx_pmon_+APX1
# oracle  10926  1  0 17:23 ?  00:00:01 apx_psp0_+APX1
# oracle  11052  1  1 17:23 ?  00:02:03 apx_vktm_+APX1

# 查看ACFS挂载状态
df -h /u01/acfs
# 或
acfsutil info fs /u01/acfs

# 在Flex ASM环境中，如果本地ASM实例故障：
# - ACFS连接会自动重定向到集群中其他存活的ASM实例
# - 通过ASM Proxy和ASM Network实现无缝切换

5.3 创建和管理ACFS文件系统

# 1. 创建ADVM卷
# 使用ASMCMD
asmcmd volcreate -G ACFSDG -s 100G DATAVOL1

# 或使用SQL
ALTER DISKGROUP ACFSDG ADD VOLUME datavol1 SIZE 100G;

# 2. 查看卷信息
asmcmd volinfo -G ACFSDG datavol1
# 输出：
# Diskgroup Name: ACFSDG
# Volume Name: DATAVOL1
# Volume Device: /dev/asm/datavol1-123
# State: ENABLED
# Size (MB): 102400

# 3. 创建ACFS文件系统
/sbin/mkfs -t acfs /dev/asm/datavol1-123

# 4. 创建挂载点并挂载
mkdir -p /mnt/acfs/data
mount -t acfs /dev/asm/datavol1-123 /mnt/acfs/data

# 5. 注册到ACFS Registry（自动挂载）
acfsutil registry -a /dev/asm/datavol1-123 /mnt/acfs/data

# 6. 查看注册的文件系统
acfsutil registry -l

# 7. 调整ACFS大小
acfsutil size +50G /mnt/acfs/data
# 或缩小（需要足够的可用空间）
acfsutil size -s 80G /mnt/acfs/data

六、Grid Infrastructure 19c其他重要特性

6.1 零停机时间补丁（Zero-Downtime Patching）

19c引入了零停机时间Grid Infrastructure补丁功能，允许在不中断服务的情况下应用补丁。

6.2 干运行升级验证

# 使用干运行模式检查升级准备情况
./gridSetup.sh -executeConfigTools -responseFile /path/to/response.rsp -dryRun

# 干运行模式会执行所有系统准备检查
# 但不会实际执行升级
# 帮助提前发现潜在问题

6.3 GIMR可选安装

从19c开始，Grid Infrastructure Management Repository (GIMR)对于Standalone Cluster是可选的，这简化了安装过程并减少了资源需求。

6.4 安全集群通信

19c自动启用安全集群通信（Secure Cluster Communication），包括：

• 消息摘要机制
• 防模糊攻击保护
• TLS加密保护集群互连的隐私和数据完整性

这些安全增强在19c新安装或升级时自动启用，无需额外配置。

七、Oracle 23ai/23c ASM变化

7.1 ASMFD废弃

如前所述，23ai废弃了ASMFD。升级时需要：

1. 确保ASM设备由asmdba组拥有
2. 配置手动设备持久性（如udev规则）
3. 解除ASMFD配置后再升级

7.2 混合存储管理

23ai增强了对混合存储配置的支持，特别是在Exadata环境中，可以在同一Exadata基础架构中支持不同的存储管理方式（ASM和Exascale）。

7.3 自动化增强

23ai继续增强ASM的自动化能力，包括：

• 更智能的混合工作负载处理
• 改进的云环境和混合环境支持
• 减少DBA手动干预的需求

八、磁盘路径问题的现代解决方案

回顾原文中提到的磁盘路径问题，这在现代版本中有了更好的解决方案。

8.1 11g时代的情况（回顾）

ASM通过读取磁盘头部来识别磁盘内容。在安装时，磁盘路径名需要在所有节点保持一致。安装完成后，即使路径名改变也不会影响ASM使用。

AIX平台的特殊注意事项：如果直接使用HDISK形式的LUN，该HDISK不应具有PVID。如果使用裸逻辑卷，所建VG应该是scaleable volume group。

8.2 现代解决方案

8.2.1 使用ASMFD（19c推荐，23ai前）

# ASMFD自动处理设备持久性
# 标记后，设备通过AFD:标签访问，而非物理路径
asmcmd afd_label 'DATA1' '/dev/sdb' --init

# 磁盘组创建时使用标签
CREATE DISKGROUP data DISK 'AFD:DATA1', 'AFD:DATA2';

8.2.2 使用udev规则（推荐用于23ai）

# /etc/udev/rules.d/99-oracle-asm.rules

# 基于SCSI ID的规则
KERNEL=="sd*", SUBSYSTEM=="block", ENV{ID_SERIAL}=="36000c29*", \
  SYMLINK+="asm/disk1", OWNER="grid", GROUP="asmdba", MODE="0660"

# 基于WWN的规则（更可靠）
KERNEL=="sd*", SUBSYSTEM=="block", ENV{ID_WWN}=="0x5000c5000xxxx*", \
  SYMLINK+="asm/disk2", OWNER="grid", GROUP="asmdba", MODE="0660"

# 应用规则
udevadm control --reload-rules
udevadm trigger

8.2.3 使用Multipath

# /etc/multipath.conf
multipaths {
    multipath {
        wwid 3624a937050c939582b0f46c0003b69e4
        alias dg_rac_data1
    }
    multipath {
        wwid 3624a937050c939582b0f46c0003b69e5
        alias dg_rac_data2
    }
}

# 然后使用别名创建磁盘组
CREATE DISKGROUP data DISK '/dev/mapper/dg_rac_data*';

九、ASM性能和监控视图

19c/23c提供了丰富的ASM监控视图：

-- 磁盘组信息
SELECT group_number, name, type, state, total_mb, free_mb 
FROM V$ASM_DISKGROUP;

-- 磁盘详细信息
SELECT group_number, disk_number, name, path, mount_status, 
       total_mb, free_mb, read_errs, write_errs
FROM V$ASM_DISK;

-- 文件信息
SELECT group_number, file_number, type, redundancy, 
       bytes, space, creation_date
FROM V$ASM_FILE;

-- File Group信息
SELECT group_number, filegroup_number, name, 
       client_type, client_name, incarnation
FROM V$ASM_FILEGROUP;

-- Quota Group信息
SELECT group_number, quotagroup_number, name, 
       quota_limit_mb, used_quota_mb
FROM V$ASM_QUOTAGROUP;

-- 磁盘组属性
SELECT group_number, name, value 
FROM V$ASM_ATTRIBUTE
WHERE name IN ('compatible.asm', 'compatible.rdbms', 
               'content.check', 'thin_provisioned');

-- ASM操作历史
SELECT group_number, operation, state, power, actual, 
       est_minutes, est_work
FROM V$ASM_OPERATION;

-- 客户端连接
SELECT group_number, instance_name, db_name, status
FROM V$ASM_CLIENT;

十、最佳实践总结

10.1 从11g升级的建议

1. 评估当前配置：记录现有磁盘组、冗余级别、OCR/Voting位置
2. 规划ASMFD迁移（如果使用ASMLIB）或直接规划udev（如果计划升级到23ai）
3. 考虑Flex磁盘组转换：评估是否需要File Group级别的管理
4. 规划Parity Protection：评估归档日志和备份集的存储节省潜力
5. 测试升级路径：使用干运行模式验证升级准备情况

10.2 磁盘组设计建议

• 新建环境优先使用Flex磁盘组
• 设置compatible.asm为19.0以启用所有19c特性
• 为归档和备份使用Parity Protection以节省存储
• 利用Quota Group管理多租户环境的存储配额
• 启用CONTENT.CHECK提高数据可靠性

10.3 ACFS使用建议

• 使用ACFS存储Oracle Home二进制文件
• 利用ACFS快照进行测试/开发环境克隆
• 注册ACFS文件系统以实现自动挂载
• 在Flex ASM环境中理解ASM Proxy的作用

总结

从Oracle 11g到19c/23c，ASM经历了重大的架构演进。对于老用户来说，最需要关注的变化包括：

• Flex磁盘组：提供了前所未有的存储管理灵活性
• Parity Protection：显著降低归档和备份的存储开销
• ASMFD：简化了磁盘管理（但注意23ai已废弃）
• Multiple ASMB：提高了Flex ASM环境的可用性
• OCR/Voting共享文件系统支持恢复：为Standalone Cluster提供了更多选择

建议DBA在规划升级时，充分评估这些新特性的适用性，制定合理的迁移策略，以充分利用现代ASM的强大能力。