Oracle Data Guard容災(zāi)備份技術(shù)的分析與研究

許上鑒

摘要：在信息系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)中，保護(hù)信息數(shù)據(jù)的安全一直是關(guān)注的重點(diǎn)。如何構(gòu)建一個(gè)完備的容災(zāi)備份方案，保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可用性、信息數(shù)據(jù)的完整性、災(zāi)難恢復(fù)的及時(shí)性。該文在介紹信息數(shù)據(jù)容災(zāi)備份的概念、Oracle RAC概念、Data Guard概念的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了Data Guard關(guān)鍵技術(shù)、部署優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步研究Data Guard容災(zāi)技術(shù)帶來(lái)的高可靠性和高可用性。

關(guān)鍵詞：Oracle Data Guard 容災(zāi)備份;信息數(shù)據(jù);架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）36-0051-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

在信息數(shù)據(jù)爆炸性增長(zhǎng)的大數(shù)據(jù)時(shí)代，信息數(shù)據(jù)成為各行各業(yè)的基礎(chǔ)和命脈。信息數(shù)據(jù)的缺失將嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)受到重大影響和損失。突發(fā)意外斷電、服務(wù)器硬盤(pán)故障、操作系統(tǒng)中毒、人為操作失誤、自然災(zāi)害造成數(shù)據(jù)中心的災(zāi)難都可能造成信息數(shù)據(jù)的缺失。從戰(zhàn)略角度研究信息數(shù)據(jù)容災(zāi)備份，保證信息數(shù)據(jù)安全可用，保障企業(yè)信息資產(chǎn)顯得尤為重要。

甲骨文公司的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)是一款關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛部署在各類大、中、小服務(wù)器環(huán)境[1]。隨著Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)軟件版本不斷地更新、升級(jí)，軟件提供的各種高可用、高可靠的特性也隨之出現(xiàn)，Data Guard就是其中一個(gè)。

1 信息數(shù)據(jù)容災(zāi)備份

容災(zāi)和備份是信息數(shù)據(jù)安全保障特別重要的組成部分，兩者互相協(xié)助配合但目的卻各不相同。備份是容災(zāi)的基礎(chǔ)和根本，從服務(wù)器硬盤(pán)、存儲(chǔ)資源池中手工拷貝或使用備份軟件將數(shù)據(jù)復(fù)制到其他存儲(chǔ)介質(zhì)的過(guò)程，目的是保證信息數(shù)據(jù)的安全。而容災(zāi)目的不僅僅為了保護(hù)信息數(shù)據(jù)的安全，更重要的是保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)連續(xù)性、可靠性。數(shù)據(jù)級(jí)容災(zāi)就是信息數(shù)據(jù)的容災(zāi)備份，當(dāng)發(fā)生災(zāi)難時(shí)數(shù)據(jù)級(jí)容災(zāi)可以及時(shí)恢復(fù)信息數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)完整性。

2 Oracle RAC

Oracle RAC是Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)應(yīng)用集群技術(shù)的簡(jiǎn)稱，它結(jié)合多臺(tái)服務(wù)器共同運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)。不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)并行處理和負(fù)載均衡，而且排除了數(shù)據(jù)庫(kù)的單點(diǎn)故障隱患和數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)，保障數(shù)據(jù)庫(kù)的高可用性和高可靠性。假如Oracle RAC的某一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，數(shù)據(jù)庫(kù)可以繼續(xù)運(yùn)行在其他節(jié)點(diǎn)上，完全不影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。Oracle RAC支持至少兩臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器組成集群節(jié)點(diǎn)，可以在集群正常運(yùn)行時(shí)增加節(jié)點(diǎn)，既不影響數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的同時(shí)又提高系統(tǒng)負(fù)載能力。

Oracle RAC中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)心跳線來(lái)進(jìn)行通信傳輸，為了實(shí)現(xiàn)冗余防止單點(diǎn)故障問(wèn)題，各個(gè)交換機(jī)之間同時(shí)也需要做好冗余備份。Oracle RAC的容災(zāi)備份是建立在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備冗余的基礎(chǔ)上，對(duì)硬件的要求比較高，因此Oracle另外一個(gè)高可用、高可靠的特性慢慢浮出水面。

3 Data Guard概述

Data Guard是Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)提供的高可用性和高可靠性的容災(zāi)解決方案。主數(shù)據(jù)庫(kù)的重做傳輸服務(wù)日志通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絺鋽?shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)主數(shù)據(jù)庫(kù)與備數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)同步，保障信息數(shù)據(jù)的高可用性。當(dāng)發(fā)生災(zāi)難時(shí)，主數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)變?yōu)椴豢捎?，備?shù)據(jù)庫(kù)被啟動(dòng)并作為主數(shù)據(jù)庫(kù)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)通信。備數(shù)據(jù)庫(kù)除了可以保障主數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生災(zāi)難時(shí)作為替代以外，還可以服務(wù)于其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)讀取信息數(shù)據(jù)。Data Guard配置的備數(shù)據(jù)庫(kù)既可以放置在相同的局域網(wǎng)中，也可以放置在通信可達(dá)的廣域網(wǎng)內(nèi)。處于局域網(wǎng)中的備數(shù)據(jù)庫(kù)可以響應(yīng)快速的故障解決能力，而處于廣域網(wǎng)內(nèi)的備數(shù)據(jù)庫(kù)則能夠更好地抵御破壞數(shù)據(jù)中心或同城災(zāi)備中心的災(zāi)難[2]。Data Guard方案可以選擇合適的保護(hù)級(jí)別，配置一個(gè)主數(shù)據(jù)庫(kù)和幾個(gè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，將災(zāi)難帶來(lái)的損失降到最低。

4 Data Guard架構(gòu)

由一個(gè)主數(shù)據(jù)庫(kù)和一個(gè)或多個(gè)備數(shù)據(jù)庫(kù)組成Data Guard環(huán)境，各個(gè)備數(shù)據(jù)庫(kù)可以分布于不同地域，主數(shù)據(jù)庫(kù)與各個(gè)備數(shù)據(jù)庫(kù)之間可以相互通信[3]。

4.1 主數(shù)據(jù)庫(kù)

主數(shù)據(jù)庫(kù)指業(yè)務(wù)系統(tǒng)訪問(wèn)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，我們需要搭建Data Guard來(lái)保護(hù)主數(shù)據(jù)庫(kù)的高可用性。主數(shù)據(jù)庫(kù)既可以是單節(jié)點(diǎn)服務(wù)器或也可以是RAC服務(wù)器。

4.2 備數(shù)據(jù)庫(kù)

備數(shù)據(jù)庫(kù)是主數(shù)據(jù)庫(kù)的完整復(fù)制，Data Guard在備數(shù)據(jù)庫(kù)建立后自動(dòng)從主數(shù)據(jù)庫(kù)傳輸日志文件并應(yīng)用。在一個(gè)Data Guard環(huán)境中可以有最多9個(gè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，備數(shù)據(jù)庫(kù)既可以是單節(jié)點(diǎn)服務(wù)器也可以是RAC服務(wù)器[4]。備數(shù)據(jù)庫(kù)還可以分為物理備數(shù)據(jù)庫(kù)和邏輯備數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.2.1 物理備數(shù)據(jù)庫(kù)

物理備數(shù)據(jù)庫(kù)是指通過(guò)接收、應(yīng)用主數(shù)據(jù)庫(kù)的重做傳輸服務(wù)日志，并以數(shù)據(jù)恢復(fù)的方式實(shí)現(xiàn)同步。物理備數(shù)據(jù)庫(kù)和主數(shù)據(jù)庫(kù)不僅文件的物理結(jié)構(gòu)相同，數(shù)據(jù)塊在磁盤(pán)上的存儲(chǔ)位置都是一模一樣的。

4.2.2 邏輯備數(shù)據(jù)庫(kù)

邏輯備數(shù)據(jù)庫(kù)是指通過(guò)接收來(lái)自主數(shù)據(jù)庫(kù)的重做傳輸服務(wù)日志，將其轉(zhuǎn)換成SQL語(yǔ)句后，在備數(shù)據(jù)庫(kù)上執(zhí)行SQL語(yǔ)句，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。

5 Data Guard關(guān)鍵技術(shù)

保證Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)容災(zāi)備份的穩(wěn)定可靠，必須了解Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)Data Guard的一些關(guān)鍵技術(shù)，如何滿足Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)高可用、高可靠的特性需求。

5.1 重做機(jī)制（Redo）

重做機(jī)制目的是保證已經(jīng)提交的事務(wù)不會(huì)丟失，從而避免數(shù)據(jù)不一致，重做機(jī)制是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)容災(zāi)的基礎(chǔ)。重做機(jī)制的工作模式分為非歸檔模式和歸檔模式。當(dāng)重做機(jī)制運(yùn)行在非歸檔模式時(shí)，只能在系統(tǒng)非正常關(guān)機(jī)、機(jī)房停電等一般情況做數(shù)據(jù)恢復(fù);而當(dāng)重做機(jī)制運(yùn)行在歸檔模式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間點(diǎn)、任意數(shù)據(jù)產(chǎn)生點(diǎn)、任意表等數(shù)據(jù)恢復(fù)。

5.1.1 聯(lián)機(jī)重做日志（Online Redo Log）

無(wú)論重做機(jī)制運(yùn)行在非歸檔模式或者歸檔模式，聯(lián)機(jī)重做日志都是必不可少的。系統(tǒng)需要最少兩個(gè)聯(lián)機(jī)重做日志文件，將數(shù)據(jù)庫(kù)的所有變更記錄循環(huán)寫(xiě)入聯(lián)機(jī)重做日志文件，當(dāng)一個(gè)日志文件寫(xiě)滿之后，變更記錄會(huì)繼續(xù)寫(xiě)入另外一個(gè)日志文件。

5.1.2 歸檔重做日志（Archive Redo Log）

只有數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行在歸檔模式下才會(huì)產(chǎn)生歸檔重做日志文件。當(dāng)聯(lián)機(jī)重做日志寫(xiě)滿之后，切換到下一個(gè)聯(lián)機(jī)重做日志文件時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)將上一個(gè)聯(lián)機(jī)重做日志生成一個(gè)脫機(jī)副本文件，歸檔重做日志就是這么產(chǎn)生的[5]。歸檔重做日志是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)任意時(shí)間點(diǎn)、任意數(shù)據(jù)產(chǎn)生點(diǎn)、任意表等數(shù)據(jù)恢復(fù)的關(guān)鍵。

5.2 備份方式

5.2.1 邏輯備份

邏輯備份是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表和數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的備份，但會(huì)丟失數(shù)據(jù)庫(kù)部分物理結(jié)構(gòu)，比如索引、視圖等。邏輯備份的方法有很多，比如傳統(tǒng)的EXP、數(shù)據(jù)泵EXPDP或第三方工具都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯備份。

5.2.2 物理備份

物理備份是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件中的數(shù)據(jù)文件、控制文件、日志文件等數(shù)據(jù)庫(kù)文件的備份，物理備份可以分為脫機(jī)備份、聯(lián)機(jī)備份。脫機(jī)備份指在數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)閉的情況下對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件的備份;聯(lián)機(jī)備份是利用歸檔日志對(duì)正在運(yùn)行中的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份，可以使用Oracle RMAN、OS Copy等工具操作備份。

5.3 Data Guard保護(hù)模式

Data Guard共有三種數(shù)據(jù)庫(kù)保護(hù)模式可以選擇，依次是最大保護(hù)模式、最高性能模式和最高可用模式。

5.3.1 最大保護(hù)模式

最大保護(hù)模式為數(shù)據(jù)庫(kù)提供了最高水平的數(shù)據(jù)保護(hù)，是數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)整體無(wú)數(shù)據(jù)丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)解決方案。Data Guard工作在最大保護(hù)模式下，要求所有的事務(wù)在提交前期重做日志時(shí)不但被寫(xiě)入主數(shù)據(jù)庫(kù)重做日志中，還要同時(shí)寫(xiě)入備用數(shù)據(jù)庫(kù)的重做日志中。并且系統(tǒng)需要確保重做日志數(shù)據(jù)至少在一個(gè)備用數(shù)據(jù)庫(kù)中可用時(shí)，才會(huì)在主數(shù)據(jù)庫(kù)上提交并應(yīng)用事務(wù)。當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)因?yàn)橄到y(tǒng)故障，無(wú)法把重做日志寫(xiě)到至少一個(gè)備數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，主數(shù)據(jù)庫(kù)將主動(dòng)關(guān)閉以防止數(shù)據(jù)丟失。

5.3.2 最高性能模式

Data Guard默認(rèn)的保護(hù)模式為最高性能模式，運(yùn)行在最高性能模式時(shí)可以保證不影響主數(shù)據(jù)庫(kù)性能的同時(shí)，擁有最高級(jí)別的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)保護(hù)。最高性能模式下事務(wù)可以隨時(shí)提交，并且至少一個(gè)備份數(shù)據(jù)庫(kù)被同時(shí)寫(xiě)入重做日志。最高性能模式提供了數(shù)據(jù)庫(kù)高可用性的數(shù)據(jù)保護(hù)，僅僅輕微影響了主數(shù)據(jù)庫(kù)的性能損耗[6]。

5.3.3 最高可用模式

最高可用模式的特點(diǎn)是，既可以對(duì)主數(shù)據(jù)庫(kù)提供最大化的最高級(jí)別的數(shù)據(jù)保護(hù)，也不需要為了主數(shù)據(jù)庫(kù)的可用性而折中考慮其他措施。與最大保護(hù)模式相同的是，事務(wù)提交前至少一個(gè)備份數(shù)據(jù)庫(kù)被同時(shí)寫(xiě)入重做日志;與最大保護(hù)模式不同的是，如果主數(shù)據(jù)庫(kù)由于系統(tǒng)故障，無(wú)法寫(xiě)入備數(shù)據(jù)庫(kù)重做日志時(shí)，主數(shù)據(jù)庫(kù)不會(huì)因此主動(dòng)關(guān)閉。主數(shù)據(jù)庫(kù)立即以最大性能模式運(yùn)行，直到故障被消除。當(dāng)所有故障被處理后，主數(shù)據(jù)庫(kù)將自動(dòng)切換回最大可用性模式運(yùn)行。

要確定選擇哪種數(shù)據(jù)保護(hù)模式，我們需要根據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的要求來(lái)評(píng)估數(shù)據(jù)保護(hù)的業(yè)務(wù)要求，分析各種數(shù)據(jù)保護(hù)模式的利弊，從而制訂相應(yīng)數(shù)據(jù)保護(hù)方案。

6 Data Guard部署優(yōu)勢(shì)

6.1 低容災(zāi)成本

Data Guard主數(shù)據(jù)庫(kù)、備數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器既可以部署在物理機(jī)上也可以部署在虛擬機(jī)上，且主數(shù)據(jù)庫(kù)、備數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器資源配置無(wú)須一致或相近。這樣可以把空閑的硬件資源、服務(wù)器虛擬化資源添加到數(shù)據(jù)庫(kù)災(zāi)備環(huán)境中，降低數(shù)據(jù)庫(kù)容災(zāi)備份成本。如果通過(guò)多個(gè)部署多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器充當(dāng)備數(shù)據(jù)庫(kù)，可以在主數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生故障時(shí)及時(shí)切換，消除了單點(diǎn)故障隱患。

6.2 資源有效利用

企業(yè)的發(fā)展依托業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息化快速成長(zhǎng)，企業(yè)對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的各類查詢和報(bào)表需求也不斷增加。在信息數(shù)據(jù)爆炸性增長(zhǎng)的大數(shù)據(jù)時(shí)代，應(yīng)對(duì)這類需求可以利用Data Guard，以只讀方式連接備數(shù)據(jù)庫(kù)，提供對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較低的查詢、報(bào)表業(yè)務(wù)。我們可以利用Oracle RMAN采取新的一種備份模式，在主數(shù)據(jù)

庫(kù)中只備份參數(shù)文件和控制文件，而在備數(shù)據(jù)庫(kù)中備份占用數(shù)據(jù)庫(kù)資源大的數(shù)據(jù)文件、歸檔文件。這樣操作下來(lái)既不會(huì)影響數(shù)據(jù)的備份作業(yè)運(yùn)行，也可以最大限度減少對(duì)主數(shù)據(jù)庫(kù)的性能干擾，保障主數(shù)據(jù)庫(kù)以最高性能運(yùn)行。

6.3 完整的數(shù)據(jù)保護(hù)

Data Guard不僅可以保證災(zāi)難發(fā)生后，主數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器受到損壞后，備數(shù)據(jù)庫(kù)能夠及時(shí)提供數(shù)據(jù)的恢復(fù)。并且當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的存儲(chǔ)資源池由于災(zāi)難導(dǎo)致?lián)p壞、人為因素操作失誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞也能被解決。因?yàn)镈ata Guard的保護(hù)機(jī)制，重做日志在被寫(xiě)入備數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)需要經(jīng)過(guò)確認(rèn)，從而確保主數(shù)據(jù)和備數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)一致性。

7 結(jié)束語(yǔ)

Data Guard在簡(jiǎn)單的環(huán)境需求下滿足容災(zāi)備份需求，它具有很好的可靠性、高安全性，消除了單點(diǎn)故障的隱患。在投入相對(duì)較少的硬件資源情況下充分利用，對(duì)性能的影響非常小。企業(yè)可以根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)后期增長(zhǎng)需求，在原來(lái)基礎(chǔ)上對(duì)備數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展，結(jié)合Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)其他高可用、高可靠等特性，保障數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)滿足企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)日益增加的需求。Data Guard的實(shí)用性決定它將來(lái)的發(fā)展前景是非常廣闊的。

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