李學斯，王 虹，吳 飛，林濟南

(解放軍第309醫(yī)院信息中心，北京 100091)

0 引言

醫(yī)院HIS主服務器是醫(yī)院信息系統的核心，全天24小時接受來自全院數十甚至上百個系統的訪問，不僅服務器及網絡運行壓力巨大，安全性也面臨極大的考驗［1］。如何能夠在滿足醫(yī)院各項業(yè)務需求的基礎上，緩解HIS主服壓力，提高其安全性是值得思考的一個問題［2-3］。經分析發(fā)現，有很大一部分程序，如科研、統計、核算甚至擺藥對于數據庫的訪問都局限在幾十個表的范圍內，且對于時效性的要求并不是很嚴格［4］。如果能夠將這些表在一定時間內備份到另外一臺服務器上，讓這些程序訪問備份服務器的數據，便可起到緩解主服壓力并提高其安全性的作用。

1 系統需求分析

根據實際情況，備份方案主要有以下需求:

(1)保障數據的一致性和安全性。數據的一致性是指同步后的備服數據與主服保持完全一致;安全性指方案需保障主服和備服數據安全，這是方案能夠實施的前提。

(2)備份方案對主服性能影響最小。方案實施主要目的之一是減輕主服壓力，釋放主服性能使其更多地服務優(yōu)先級較高、實時性需求較強的系統，因此需保證備份過程中對主服務器影響較小。

(3)滿足一定的實時性。在準備連接至備份數據庫的系統中，部分系統對實時性要求較高，如藥房擺藥系統，要求在3分鐘內同步，并且可能在未來需求變化中進一步縮短時間，因此需要備份方案具有較強的時效性，并可靈活配置。在綜合各系統需求后，初期建設規(guī)定各表分別在1～10分鐘內完成數據同步。

(4)使用增量和可選擇的備份方式。數據庫備份主要有全量和增量2種，全量備份系統開銷大且難以滿足同步時間上的要求［5-6］;可選擇備份是指對數據庫中的表可以進行選擇性備份，不以全庫或用戶作為限制。

(5)敏感數據過濾。部隊醫(yī)院的醫(yī)療數據中保存了大量的涉密信息和患者隱私，在供一些系統使用時需屏蔽這些敏感信息，備份過程中可選擇性對敏感數據進行過濾，例如將數據中涉及軍人信息的字段刪除或替換，便可直接供給統計和分析系統使用，甚至進一步交換到外網供遠程醫(yī)療系統使用。過濾后的信息既擴大了數據的可訪問范圍，又進一步提高了數據的安全性。

2 系統設計

常規(guī)Oracle數據庫的備份方式主要有:Exp和Imp命令導出導入、冷備份和熱備份等［7-9］。適合使用Exp和Imp命令進行備份的場景主要是數據庫的遷移、歷史數據歸檔、重新組織表、轉移數據給其它數據庫等，多是粗粒度操作，執(zhí)行時間較長;冷備份需要停止源數據庫;熱備份雖然可以在數據庫運行時進行，但對硬件要求較高，且操作復雜，容易出錯，一旦出錯后果嚴重。因此，以上幾種常用方法均不滿足本系統需求，需要一種針對數據庫部分表的實時增量備份，要求細粒度、可配置，可在短時間內連續(xù)執(zhí)行，且對主服性能影響較小。

在常規(guī)的備份方式無法實現的情況下，將目標轉向Oracle的觸發(fā)器和物化視圖。由于大量的觸發(fā)器會嚴重影響主服性能，因此將其排除。物化視圖是遠程數據的本地副本，本身是用于預先計算并保存表連接或聚集等耗時較多的操作結果，在執(zhí)行查詢時，就可以避免進行這些耗時的操作，從而快速得到結果。當基表發(fā)生變化時，物化視圖也應當刷新［10］。

基于物化視圖的這種特性，針對需要備份的表在主服上建立其物化視圖日志，然后在備服上建立該表的物化視圖，建立任務定時以增量方式刷新物化視圖以使得備服數據與主服同步。

基于這種方式建立的同步備份方案能滿足本系統的所有需求，但需配置大量腳本和任務，實施和維護工作較為繁瑣，因此還需設計和開發(fā)相應的圖像操作界面。

3 系統實現

3.1 系統建設

服務器及數據庫配置等方面本文不再贅述，主要是建立物化視圖存儲表空間，備服配置保持與主服一致等。主服和備服互聯成功后，主要工作是建立物化視圖和配置刷新任務。建立物化視圖主要有Build Immediate和Build Deferred兩種模式。Build Immediate是指在物化視圖創(chuàng)建時同時生成數據，為默認值;Build Deferred是根據需要再生成數據。刷新指當基表發(fā)生了增刪改操作后，物化視圖何時采用哪種方式與基表進行同步。刷新的模式有2種:On Commit和On Demand。On Commit指物化視圖在對基表的增刪改操作提交的同時進行刷新;On Demand指物化視圖在用戶需要時進行刷新，可以使用dbms_mview.refresh等方法來進行，也可以將其布置到job中進行定時刷新，默認值為On Demand。刷新的方法有4種:Fast、Complete、Force 和 Never。Fast模式采用增量刷新，只刷新上次刷新以后進行的修改;Complete模式對整個物化視圖進行完全的刷新;Force模式為默認值，在刷新時會優(yōu)先考慮Fast模式，否則采用Complete的方式。Never指物化視圖不進行任何刷新［11-12］。

Build Immediate模式的物化視圖和On Commit的刷新方式對主服性能影響較大，根據本系統建設需要，使用Build Deferred模式來建立物化視圖，刷新方式為Fast On Demand，使用定時任務進行刷新工作。具體步驟如下:

(1)建立物化視圖日志。以醫(yī)囑表ORDERS為例，在主服務器上建立物化視圖日志，命令如下:

CREATE MATERIALIZED VIEW LOG ON ORDADM.ORDERSTABLESPACE TSP_TRANSFERDATA WITH ROWID;

這里表空間TSP_TRANSFERDATA是在配置數據庫時預先建立的，用于存儲所有的物化視圖日志。由于一旦物化視圖刷新任務停止，在恢復刷新前，主服務器的日志會不斷累積，因此預留了10G的空間用于存儲日志。刷新可使用行標識(Rowid)或主鍵(PrimaryKey)，實際使用過程中發(fā)現部分表由于數據錯誤導致主鍵沖突而影響到刷新任務，這里選擇Rowid 進行刷新［11］。

(2)建立物化視圖和定時刷新任務。以Deferred模式在備用服務器上建立物化視圖，以醫(yī)囑表ORDERS為例，命令如下:

這里建立了On Demand模式的物化視圖，使用Fast模式進行刷新，設定為3分鐘刷新一次。

需要注意的是，在第一次部署時，需要選擇主服空閑時間將基表全部復制一份到備份數據庫，因此需全量刷新一次，執(zhí)行語句為:

(3)敏感數據過濾。敏感數據的過濾可在備用服務器上使用觸發(fā)器進行，也可以在刷新任務的腳本中設置，由于大量使用觸發(fā)器會影響性能，本文選擇在腳本中進行。例如，針對WAIT_BED_PATS表中的患者信息，如果身份不是地方或其他則可判斷為與軍人相關，那么將其身份信息替換為星號隱藏，由于腳本篇幅較長，只列出關鍵語句如下:

3.2 圖形界面系統

本系統建設主要是通過大量數據庫操作腳本來完成，給后期維護帶來一定困難，基于這個問題，筆者開發(fā)基于JSP和Tomcat的數據移植管理系統，主要功能有源數據庫狀態(tài)監(jiān)測和同步任務管理等，可以監(jiān)測待同步數據、已同步數據、腳本運行狀態(tài)、腳本信息等關鍵系統信息，大大簡化了系統的使用與維護。任務管理界面如圖1所示。

圖1 數據移植狀態(tài)管理系統

3.3 系統異常處理

本系統在長期的使用過程中表現出了較好的穩(wěn)定性，只有在出現網絡故障等原因導致的備服與主服失去連接情況下，刷新任務才會停止，此時主服上的物化視圖日志會不斷增加，日志的數量可在上述數據移植狀態(tài)管理系統中看到，當連接重新建立后，只需及時在界面中將所有任務重啟即可保證刷新繼續(xù)進行。

4 系統應用效果

由于本院HIS主服務器購置時間較長，性能富余量較少，本系統投入使用前，忙時易出現CPU和內存緊張等狀況，本系統投入使用后，所有統計、分析、科研相關應用系統均轉為從備份數據庫提取數據，在將部分表的同步時間縮短至1分鐘甚至30秒后，藥房擺藥等應用系統也改為連接備份數據庫，目前主服忙時連接數已經減少了15% ～20%，有效緩解了其原有的性能和網絡上的壓力。另外，經過敏感信息過濾的數據開放范圍進一步擴大，可完全避免科研項目提取數據出現泄密或侵犯患者隱私的狀況出現，得到了各臨床科室的認可。

5 結束語

本文基于實際需求，設計并實現一種基于物化視圖的Oracle增量備份方法，系統達到預期目的，效果明顯。該方案配置靈活，時效性強，不僅可以在醫(yī)院數據庫應用和管理中得到推廣，在其他類似數據庫應用領域也具有一定的參考價值。再此基礎上還可以針對物化視圖進行算法優(yōu)化，進一步提高特定應用的性能［13-14］。

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