賴如勤

（福建省煙草公司南平市公司 信息中心，福建 南平 353000）

基于Redo log的復(fù)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)容災(zāi)應(yīng)用研究

賴如勤

（福建省煙草公司南平市公司 信息中心，福建 南平 353000）

文中針對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)跨平臺(tái)容災(zāi)的目的，通過了解各種數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制解決方案，對(duì)各種復(fù)制技術(shù)進(jìn)行分析和對(duì)比。研究基于Redo log復(fù)制技術(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制軟件原理。結(jié)合模擬常用系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，得出基于Redo log復(fù)制技術(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)備份方式，不僅具有高效的資源利用、跨平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)同步、主備庫(kù)雙活、斷點(diǎn)續(xù)傳等功能，可以實(shí)現(xiàn)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的高可用、提高保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性、降低業(yè)務(wù)系統(tǒng)中斷時(shí)間、減少硬件設(shè)備投入成本等迫切需求。而且支持跨平臺(tái)容災(zāi)，為將來核心生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)從小型機(jī)平臺(tái)轉(zhuǎn)型到X86架構(gòu)平臺(tái)奠定基礎(chǔ)。

Oracle；數(shù)據(jù)庫(kù)；Redo log；跨平臺(tái)容災(zāi)

隨著信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各行各業(yè)已經(jīng)形成了“業(yè)務(wù)依賴信息化、管理依靠信息化、決策需要信息化”的格局。在這樣的時(shí)代背景下，數(shù)據(jù)成為了企業(yè)寶貴的資源，重要性不言而喻。尤其在大型的商務(wù)系統(tǒng)中，要支持成千上萬用戶同時(shí)訪問和7*24小時(shí)不間斷的運(yùn)行要求，如何保證業(yè)務(wù)連續(xù)性及數(shù)據(jù)的可靠性是一項(xiàng)重要的研究課題。

為了提供高性能、高可靠性的保護(hù)數(shù)據(jù)，以前大部分重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)均采用小型機(jī)來保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。而如今X86架構(gòu)服務(wù)器的發(fā)展日新月異，其性能已經(jīng)超越了傳統(tǒng)小型機(jī)，穩(wěn)定性也得到非常大的改善。而無論是硬件成本還是維護(hù)成本都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于小型機(jī)。在這種發(fā)展趨勢(shì)下，使用X86架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)替換原有小型機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)是早晚且必然的。但是在各方面的壓力和條件下，去小型機(jī)的道路卻是困難重重。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制解決方案的基本介紹

1.1 基于存儲(chǔ)層復(fù)制技術(shù)的解決方案

該解決方案是通過基于SAN的存儲(chǔ)設(shè)備之間進(jìn)行復(fù)制，復(fù)制針對(duì)每個(gè)IO進(jìn)行，復(fù)制的數(shù)據(jù)量比較大。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步或異步兩種方式的復(fù)制。對(duì)大數(shù)據(jù)量的系統(tǒng)來說有很大的優(yōu)勢(shì)（每天日志量在60 G以上）但是對(duì)主機(jī)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)版本等要求必須一致，沒辦法做到跨平臺(tái)跨數(shù)據(jù)庫(kù)的容災(zāi)需求。

1.2 基于數(shù)據(jù)庫(kù)同步軟件的解決方案

通過在生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心的服務(wù)器上安裝專用的數(shù)據(jù)復(fù)制軟件，通過分析Redo log。兩中心間使用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接作為數(shù)據(jù)通道?？梢栽诜?wù)器層增加應(yīng)用遠(yuǎn)程切換功能軟件，從而構(gòu)成完整的應(yīng)用級(jí)容災(zāi)方案。這種數(shù)據(jù)復(fù)制方式相對(duì)投入較少，主要是軟件的采購(gòu)成本，兼容性較好，可以兼容不同品牌的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備，較適合硬件組成復(fù)雜的用戶。

1.3 解決方案應(yīng)用現(xiàn)狀分析

目前，國(guó)內(nèi)外常用的數(shù)據(jù)容災(zāi)方案大致分為3種類型：一是通過跨數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)集群，該方案優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)集群內(nèi)多套數(shù)據(jù)庫(kù)集合對(duì)外提供服務(wù)。但缺點(diǎn)是對(duì)鏈路的延遲和要求很高，基本需要多條裸光纖，遠(yuǎn)距離下能以實(shí)現(xiàn)，且成本非常高。一般更多用于同城雙活數(shù)據(jù)中心，較少單純用于容災(zāi)；二是通過存儲(chǔ)同步，將底層存儲(chǔ)數(shù)據(jù)復(fù)制到容災(zāi)中心，需要時(shí)再掛載。Veritas、EMC、DELL、HP等軟硬件廠商有基于軟件和硬件層的數(shù)據(jù)同步產(chǎn)品，優(yōu)點(diǎn)是可以做到完全拋開數(shù)據(jù)庫(kù)級(jí)的做到更為底層的一致性的數(shù)據(jù)傳輸。但是不能保證數(shù)據(jù)的可用性；三是通過數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制軟件，將本地生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)異步或同步復(fù)制到容災(zāi)中心。該方案在目前數(shù)據(jù)庫(kù)容災(zāi)中較為常用。市場(chǎng)上有許多相同或不同方式實(shí)現(xiàn)的軟件產(chǎn)品，如Oracle針對(duì)自家數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制免費(fèi)的Data guard和單獨(dú)收費(fèi)的Golden Gate、支持多平臺(tái)復(fù)制的DSG公司的RealSync和DELL的SharePlex等。

2 Redo log復(fù)制技術(shù)的軟件

目前常用基于數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制的軟件均采用分析Redo Log日志的方式實(shí)現(xiàn)。只不過在設(shè)計(jì)上有的只能在小型機(jī)和X86架構(gòu)之間，或是不同的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件之間進(jìn)行復(fù)制，有的卻能同時(shí)實(shí)現(xiàn)；有的RPO較長(zhǎng)，有的卻能達(dá)到秒級(jí)甚至是同步。根據(jù)作者對(duì)多個(gè)復(fù)制軟件的了解，最終選擇了國(guó)產(chǎn)的Cyphy BDS軟件進(jìn)行仔細(xì)研究。該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)在小型機(jī)和X86架構(gòu)之間進(jìn)行復(fù)制，且能保證秒級(jí)的RPO。

2.1 Cyphy BDS軟件基本介紹

BDS軟件通過在線分析Oracle redo log獲得交易語句和數(shù)據(jù)，完成schema或table級(jí)別的數(shù)據(jù)復(fù)制以及full database級(jí)別的復(fù)制。區(qū)別于早期的以SQL語句為單位的日志處理、傳輸技術(shù)。使用DBS對(duì)日志的整合和傳輸以“交易”為單位，無需處理復(fù)雜的“回滾”機(jī)制。使用該技術(shù)，在擁有高性能的同時(shí)還能夠更好的保證數(shù)據(jù)復(fù)制的一致性和完整性。

BDS的機(jī)制無需等待Oracle redo log文件歸檔之后再進(jìn)行處理，而是在線讀取其數(shù)據(jù)塊內(nèi)容。讀取的間隔時(shí)間可以用參數(shù)設(shè)定，以秒為單位。不需要傳輸Oracle redo log的全部?jī)?nèi)容到目的端，除指定復(fù)制對(duì)象（數(shù)據(jù)表）相關(guān)的DML/DDL操作之外，其他的信息不做處理。配置時(shí)用戶需要打開數(shù)據(jù)庫(kù)的supplemental logging和force logging參數(shù)以獲取完整的數(shù)據(jù)信息。

2.2 復(fù)制對(duì)象和數(shù)據(jù)定位

2.2.1 復(fù)制對(duì)象的級(jí)別

支持兩種級(jí)別的復(fù)制：一種是基于用戶（schema）級(jí)別；另一種是基于表（table）級(jí)別。數(shù)據(jù)復(fù)制時(shí)需要設(shè)定復(fù)制對(duì)象的映射關(guān)系、用戶對(duì)用戶、表對(duì)表。映射配置中源和目標(biāo)對(duì)象的名稱和結(jié)構(gòu)都可以不同，例如將生產(chǎn)服務(wù)器A1用戶下的數(shù)據(jù)復(fù)制到容災(zāi)服務(wù)器的B1用戶下。所有的映射都在邏輯對(duì)象級(jí)別，不需要考慮表空間或存儲(chǔ)參數(shù)。

2.2.2 復(fù)制的數(shù)據(jù)定位技術(shù)

支持兩種數(shù)據(jù)定位技術(shù)，一種是Where字句定位技術(shù)，另一種是Rowid定位。所謂的數(shù)據(jù)定位技術(shù)是指源端表中（每）一行記錄和目標(biāo)端相對(duì)應(yīng)記錄之間的映射方法，或者說尋址方式。

Where方式通過子句條件查詢的來定位DML操作的目標(biāo)行。這種方法需要表帶有主鍵索引，如果沒有主鍵，則需要通過附加日志獲取需要的信息，并檢索記錄的全部字段值，因此復(fù)制表中不能有完全重復(fù)的記錄。在數(shù)據(jù)修改較多或者表內(nèi)行數(shù)較多的應(yīng)用環(huán)境，特別是Update操作頻繁的情況下，該方式效率不高。

Rowid定位技術(shù)則以O(shè)racle表中記錄的rowid為參照進(jìn)行復(fù)制數(shù)據(jù)定位。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)初始化過程中會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建源端數(shù)據(jù)行和目標(biāo)端數(shù)據(jù)行的rowid mapping映射文件，復(fù)制時(shí)通過檢索該文件找到DML操作的目標(biāo)行。Rowid定位技術(shù)在處理Update和Delete操作時(shí)具有一定的性能優(yōu)勢(shì)。

2.2.3 SQL語句的過濾和轉(zhuǎn)換

SQL語句的過濾功能主要用于數(shù)據(jù)表的邏輯備份，能夠識(shí)別Truncate和Drop等有一定風(fēng)險(xiǎn)的SQL操作，用戶可以選擇將這些語句屏蔽復(fù)制，也可以選擇將目標(biāo)端需要處理表通過rename的方式備份起來。這樣可以有效地防止人為誤操作造成的數(shù)據(jù)破壞。

SQL語句轉(zhuǎn)換功能則有更多的用途。傳統(tǒng)的復(fù)制軟件要求源端和目標(biāo)端數(shù)據(jù)庫(kù)的表在功能和結(jié)構(gòu)上完全相同。但是很多實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境下，例如CRM和交易系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)交換無法做到結(jié)構(gòu)完全相同的表對(duì)表復(fù)制。因此傳統(tǒng)的復(fù)制技術(shù)除了容災(zāi)備份應(yīng)用之外，很難解決不同應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)“集成—交換”的問題。

2.2.4 源端和目的端緩存

緩存可以分為兩級(jí)：第一級(jí)在復(fù)制源端，第二級(jí)在目的端。從Redo log里采集的交易的信息生成緩存文件后，首先被放到源端的緩存目錄下；然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)程處理被發(fā)送到目的端系統(tǒng)下的緩存目錄保存；最后由裝載進(jìn)程負(fù)責(zé)裝載到目的端數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.2.5 文件的格式和大小

交易信息以文件為單位進(jìn)行傳輸、緩存和裝載，該文件為二進(jìn)制格式，其內(nèi)部的表達(dá)方式與Oracle內(nèi)部處理方式相類似，避免了很多復(fù)雜的信息轉(zhuǎn)換，因此具有較高的執(zhí)行效率。

緩存文件的生產(chǎn)量大約是實(shí)際產(chǎn)生Redo log日志量的1/3～1/4。BDS不設(shè)置緩存空間控制機(jī)制，用戶可以根據(jù)每天交易產(chǎn)生的Redo log日志量和以上比例計(jì)算需要預(yù)留的緩存空間。

2.3 多種復(fù)制模式

BDS軟件支持一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一以及級(jí)聯(lián)復(fù)制等多種復(fù)制模式。無論在哪種模式下，復(fù)制的源和目的系統(tǒng)都是獨(dú)立的部分，可以單獨(dú)使用、維護(hù)和優(yōu)化，這也是該軟件受到廣大用戶青睞的重要原因之一。

2.3.1 一對(duì)一的復(fù)制模式

生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和備份數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器各需部署一個(gè)軟件進(jìn)程。生產(chǎn)端的軟件進(jìn)程捕捉數(shù)據(jù)庫(kù)日志文件的狀態(tài)，實(shí)時(shí)傳到備份端的軟件進(jìn)程，備份端的數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)日志不斷重建數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)生產(chǎn)端不可用時(shí)，可以將連接切換到備份端。等到生產(chǎn)端恢復(fù)之后，軟件進(jìn)程可以反向恢復(fù)數(shù)據(jù)到生產(chǎn)端。

圖1 一對(duì)一的復(fù)制模式

2.3.2 一對(duì)多的復(fù)制模式

生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器只需部署一個(gè)軟件進(jìn)程，多個(gè)備份數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器各需部署一個(gè)軟件進(jìn)程。生產(chǎn)端的軟件進(jìn)程捕捉數(shù)據(jù)庫(kù)日志文件的狀態(tài)，實(shí)時(shí)傳到各個(gè)備份端的軟件進(jìn)程。各個(gè)備份端根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)日志重建各自的數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)生產(chǎn)端不可用時(shí)，可以將連接切換最近的備份端。等到生產(chǎn)端恢復(fù)之后，軟件進(jìn)程可以反向恢復(fù)數(shù)據(jù)到生產(chǎn)端。生產(chǎn)端再重新復(fù)制到其他的備份端。

圖2 一對(duì)多的復(fù)制模式

2.3.3 多對(duì)一的復(fù)制模式

多個(gè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器各需部署一個(gè)軟件進(jìn)程，備份數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器只需部署一個(gè)軟件進(jìn)程。各個(gè)生產(chǎn)端的軟件進(jìn)程捕捉數(shù)據(jù)庫(kù)日志文件的狀態(tài)，實(shí)時(shí)傳到同一個(gè)備份端的軟件進(jìn)程。備份端根據(jù)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)日志重建多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)某個(gè)生產(chǎn)端不可用時(shí)，可以將連接切換到備份端。等到這個(gè)生產(chǎn)端恢復(fù)之后，軟件進(jìn)程可以反向恢復(fù)數(shù)據(jù)到生產(chǎn)端。

圖3 多對(duì)一的復(fù)制模式

2.3.4 級(jí)聯(lián)的復(fù)制模式

生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和異地備份服務(wù)器各部署一個(gè)軟件進(jìn)程，本地備份數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器需要部署兩個(gè)軟件進(jìn)程。同時(shí)實(shí)現(xiàn)接收來自生產(chǎn)端的數(shù)據(jù)和推送數(shù)據(jù)到異地備份端。生產(chǎn)端可以接收來自本地備份端或是異地備份端的反向恢復(fù)數(shù)據(jù)。

圖4 級(jí)聯(lián)的復(fù)制模式

2.3.5 外掛的復(fù)制模式

外掛的復(fù)制模式不需要在生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器部署軟件進(jìn)程，但是需要能被安裝了軟件進(jìn)程的外掛服務(wù)器訪問生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)的Redo log。需要額外一臺(tái)服務(wù)器和異地備份端各部署一個(gè)軟件進(jìn)程。外掛服務(wù)器通過共享Redo log獲取生成端的日志文件狀態(tài)，實(shí)時(shí)傳到同一個(gè)異地備份端的軟件進(jìn)程。異地備份端根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)日志重建數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)容災(zāi)應(yīng)用系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)可以訪問該備份的數(shù)據(jù)庫(kù)?；謴?fù)時(shí)外掛服務(wù)器使用遠(yuǎn)程加載的方式，使生成端與異地備份端同步。

圖5 外掛的復(fù)制模式

3 數(shù)據(jù)庫(kù)跨平臺(tái)容災(zāi)方案的設(shè)計(jì)

采用BDS的解決方案采用開放系統(tǒng)環(huán)境和存儲(chǔ)設(shè)備、硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、兼容Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)9i和10 G版本。源數(shù)據(jù)庫(kù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)可以運(yùn)行在不同類型的Unix/Linux/Windows操作系統(tǒng)和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的不同版本上。同時(shí)也能夠支持不同類型的存儲(chǔ)環(huán)境。正是在這種靈活的架構(gòu)之下，使數(shù)據(jù)庫(kù)在不同的平臺(tái)下容災(zāi)成為了可能。

4 結(jié) 論

基于Redo log復(fù)制技術(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)備份方式，實(shí)現(xiàn)了在AIX、HP小型機(jī)、X86服務(wù)器等異構(gòu)平臺(tái)之間實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)同步，為將來數(shù)據(jù)庫(kù)從Unix小型機(jī)平臺(tái)遷移到X86架構(gòu)平臺(tái)奠定基礎(chǔ)。通過軟件復(fù)制的多個(gè)備份數(shù)據(jù)庫(kù)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)表查詢和查詢，為以后發(fā)展大數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)隨著云計(jì)算的日益發(fā)展，軟件的可靠性和多種復(fù)制的靈活性為搭建通靈活的云平臺(tái)應(yīng)用提供了有利的技術(shù)保障。

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Research and implementation of database disaster cross platform application replication technology based on Redo log

LAI Ru-qin
（Fujian Tobacco Companies Nanping Company Information Center，Nanping 353000，China）

According to the purpose of the disaster based on Oracle database cross-platform and theunderstanding of various database replication solution，a variety of replication techniques are analyzed and compared The research is based on the Redo log database replication software principle of replication technology.Combined with simulation system environment for the experiment of scheme design，A database backup method based on log Redo replication technology is obtained.On one hand，this method has high efficiency of resource utilization，cross-platform database synchronization，advocate for library double live，breakpoint continuingly，and other functions，which can realize the high availability of Oracle database，improve the protection of data security，reduce business system outage time，reduce the hardware cost and other pressing needsOn the other hand，it can support Cross platform disaster recovery and lay the foundation for the future production of the core database from the minicomputer platform transition to X86 platform.

Oracle；database；Redo log；disaster cross-platform

TN915

：A

：1674-6236（2017）02-0005-04

2016-04-09稿件編號(hào)：201604088

國(guó)家自然科學(xué)基金（61202494）；2015年度福建省科技計(jì)劃項(xiàng)目（計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)及研究）

賴如勤（1969—），女，福建永定人，碩士研究生，工程師。研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用。