王加敏，馬廣慶，趙 鵬，李永慶

(1.河北省地震局,河北 石家莊 225000；2.河北紅山巨厚沉積與地震災害國家野外科學觀測研究站，河北 邢臺 055350)

0 引言

隨著觀測技術的提升，地震觀測數(shù)據(jù)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)日益豐富。河北地球物理臺網(wǎng)是全省地球物理觀測及產(chǎn)品數(shù)據(jù)的匯集和存儲中心，先后建成地球物理Sql Server“九五”數(shù)據(jù)庫、Oracle“十五”數(shù)字化數(shù)據(jù)庫?！笆濉睌?shù)字化后，全國地球物理臺網(wǎng)部署中國地震地球物理臺網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(以下簡稱管理系統(tǒng))，該系統(tǒng)是基于Oracle數(shù)據(jù)庫開發(fā)的數(shù)據(jù)管理技術平臺，可實現(xiàn)不同節(jié)點數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的層層交換[1]，可將全國地球物理觀測數(shù)據(jù)匯集于國家中心[2-3]。

河北地球物理臺網(wǎng)作為區(qū)域中心，承擔河北省數(shù)據(jù)匯集、管理和上報等職能，省內共架設1個區(qū)域中心、8個臺站節(jié)點地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫。其中，區(qū)域中心Oracle數(shù)據(jù)庫置于河北省地震局核心機房，由專人維護；臺站節(jié)點Oracle數(shù)據(jù)庫部署于轄區(qū)內的8個中心站，部分臺站的服務器已運行數(shù)十年。臺站節(jié)點數(shù)據(jù)庫是管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯集的源頭，臺站人員通過各種地球物理專業(yè)軟件進行數(shù)據(jù)的采集、預處理和產(chǎn)品產(chǎn)出[4]。因此，臺站節(jié)點數(shù)據(jù)庫如出現(xiàn)故障，會影響數(shù)據(jù)的匯集和處理。為保障Oracle數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的安全，在管理系統(tǒng)熱備份的基礎上，區(qū)域中心每月對地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫進行一次冷備份。由于臺站軟硬件條件及技術力量參差不齊，臺站節(jié)點的地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫未進行冷備份，同時因設備老化出現(xiàn)系統(tǒng)故障，造成數(shù)據(jù)丟失，對臺站的數(shù)據(jù)產(chǎn)出造成影響。因此，臺站節(jié)點Oracle數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定運行至關重要。

地球物理服務器大部分已運行數(shù)十年，配置低，易出現(xiàn)故障，因此，系統(tǒng)維護人員需熟練掌握Oracle數(shù)據(jù)庫的備份及還原操作[5]。該文綜合分析幾種Oracle數(shù)據(jù)遷移方法，結合實例介紹臺站節(jié)點數(shù)據(jù)庫的備份和恢復過程，以期為地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫的運維工作提供參考。

1 數(shù)據(jù)遷移技術介紹

數(shù)據(jù)遷移是數(shù)據(jù)庫備份與恢復的過程，Oracle的備份可分為物理備份和邏輯備份兩種方式。其中，物理備份主要是對控制文件、數(shù)據(jù)文件、日志文件及參數(shù)文件等物理文件進行備份。根據(jù)數(shù)據(jù)庫工作模式(歸檔模式和非歸檔模式)，物理備份分為熱備份(又稱聯(lián)機備份，歸檔模式)和冷備份(又稱脫機備份，非歸檔模式)；邏輯備份主要是指應用可執(zhí)行文件EXPDP或EXP將數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)導出，以文件格式保存。

基于Oracle的地球物理節(jié)點數(shù)據(jù)庫備份主要有冷備份、在線熱備份和邏輯備份3種方式。其中，冷備份是地球物理臺網(wǎng)區(qū)域中心常用的數(shù)據(jù)遷移方式，即對地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫oradata目錄下的文件進行壓縮拷貝。此操作相對簡單，需關閉數(shù)據(jù)庫，但不能按照所需要的對象進行數(shù)據(jù)遷移；邏輯備份是按照表空間、段等進行導出，能針對對象進行備份，不需關閉數(shù)據(jù)庫，操作相對靈活[6]；在線熱備份是指在地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫不關閉的情況下，管理系統(tǒng)自動實現(xiàn)增量備份，主要是基于應用級別進行數(shù)據(jù)備份，無法完全鏡像復制數(shù)據(jù)[7]，管理系統(tǒng)的在線熱備份也是邏輯備份。

隨著技術的發(fā)展，基于Oracle數(shù)據(jù)庫的遷移工具也較多。地球物理臺網(wǎng)通常使用Oracle數(shù)據(jù)庫自帶的備份和恢復工具，操作方便、快捷；Exp/Imp是Oracle比較早的數(shù)據(jù)遷移方式，可實現(xiàn)對全庫、特定的表空間及特定表的邏輯備份。該方式較靈活、便捷，但存在速度慢、效率低的缺陷，適合中小數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)遷移。數(shù)據(jù)泵技術是Oracle基于Exp/Imp備份與恢復工具的升級，支持暫停和遠端操作，該技術在數(shù)據(jù)的并行處理方面有提升，可提高數(shù)據(jù)的遷移速度和效率，在跨平臺數(shù)據(jù)遷移時較方便；PLSQL Developer是第三方公司開發(fā)的集成工具，功能齊全，可視化界面，方便對Oracle數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)、測試、調試和優(yōu)化操作，常用的導入、導出文件格式有.dmp、.sql和.pde。

RMAN是Oracle數(shù)據(jù)庫第8版之后提供的外部數(shù)據(jù)遷移工具，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)文件、控制文件、歸檔日志及參數(shù)文件的備份還原。該技術既能進行冷備份又能做熱備份，一般情況下都是進行熱備份，執(zhí)行時數(shù)據(jù)庫需處于歸檔模式。數(shù)據(jù)庫故障時，RMAN技術能恢復到故障點或離故障點最近的時間，解決物理冷備份和邏輯備份只能恢復到備份點，不能恢復到故障點的問題[8]。

2 河北地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)遷移

2.1 物理備份

2.1.1 物理冷備份

地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫冷備份操作相對簡單，對oradata目錄下的文件進行壓縮拷貝即可[9]，此過程中，必須保持數(shù)據(jù)庫的關閉狀態(tài)。根據(jù)《區(qū)域地震前兆臺網(wǎng)運行管理技術要求》，河北地球物理臺網(wǎng)區(qū)域中心每月進行一次冷備份。為不影響正常工作，區(qū)域中心在冷備份時，一般選擇數(shù)據(jù)庫相對空閑的狀態(tài)進行。

地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫的冷備份步驟包括管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫的關閉、數(shù)據(jù)壓縮及拷貝、數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)的運行等[5](見圖1)。通常在進行數(shù)據(jù)冷備份前，為確保備份數(shù)據(jù)的完整性，需先查詢數(shù)據(jù)文件、日志文件及控制文件所在位置。數(shù)據(jù)備份操作步驟如下：

圖1 地球物理臺網(wǎng)Oracle數(shù)據(jù)庫冷備份及恢復流程圖Fig.1 Flow chart of cold backup and recoveryof Oracle database of geophysical network

(1) 以root登錄服務器，進入管理系統(tǒng)目錄，執(zhí)行關閉管理系統(tǒng)命令。

cd /install

./stoprun.sh

(2) 關閉數(shù)據(jù)庫、停止監(jiān)聽。

shutdown immediate

lsnrctl stop

(3) 執(zhí)行數(shù)據(jù)壓縮命令，形成的壓縮文件orabak.tar.gz存放于/opt/backup目錄下。

tar cvfzpP /opt/backup/orabak.tar.gz /opt/oracle/oradata

(4) 壓縮完畢可通過ftp將備份文件下載到其他移動介質，或使用文件傳輸命令傳輸至備份庫。

scp orabak.tar.gz root@10.13.x.x:/opt/oracle

(5) 啟動數(shù)據(jù)庫監(jiān)聽、啟動數(shù)據(jù)庫。

lsnrctl start

startup

(6) 啟動管理系統(tǒng)。

cd /install

./run.sh

數(shù)據(jù)恢復時，管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的關閉和啟動與數(shù)據(jù)備份過程一致，在解壓備份文件時，先刪除/opt/oracle/oradata目錄下所有文件，通過解壓縮命令tar xvfpP/opt/oracle/orabak.tar.gz恢復數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。備份文件數(shù)據(jù)恢復后，通過查驗數(shù)據(jù)條目數(shù)來校驗數(shù)據(jù)完整性。在主庫正常運行情況下，一般在備份庫中進行數(shù)據(jù)恢復，需始終保持管理系統(tǒng)的關閉狀態(tài)。數(shù)據(jù)恢復前，備份庫需建立與主庫完全相同的環(huán)境。

河北區(qū)域地球物理臺網(wǎng)服務器是在Suse Linux11 SP3操作系統(tǒng)下安裝的Oracle10g數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)庫文件均在/opt/oracle/oradata目錄下。目前，河北地球物理數(shù)據(jù)庫冷備份數(shù)據(jù)量約65 GB，備份文件存儲于備份服務器上，備份數(shù)據(jù)庫與主庫運行環(huán)境、表結構等完全一致。由于備份服務器管理系統(tǒng)配置與主服務器相同，為防止臺站節(jié)點數(shù)據(jù)同步出現(xiàn)異常，備份服務器需保持管理系統(tǒng)的關閉狀態(tài)。

2.1.2 基于RMAN技術的物理備份

RMAN可實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的全備份、累積增量備份和差異增量備份。全備份是指完全備份Oracle數(shù)據(jù)文件中所有數(shù)據(jù)塊；增量備份只備份上次增量備份后被修改的數(shù)據(jù)庫，需做一次0級備份為基礎。0級備份與數(shù)據(jù)庫全備份內容相同，但全備份不能作為其他備份的基礎；累積增量和差異增量備份都是在0級備份的基礎上實現(xiàn)，但前者是備份上級備份以來所有變化的數(shù)據(jù)塊，后者是在上一次同級或高一級(0級>1級)備份的基礎上有改動的數(shù)據(jù)塊。

根據(jù)RMAN的運行模式，RMAN備份分為NOCATALOG和CATALOG兩種方式。NOCATALOG模式下，備份信息存儲于主庫的控制文件中；CATALOG模式的RMAN備份需單獨創(chuàng)建ORACLE數(shù)據(jù)庫，用來存放備份數(shù)據(jù)。因此，CATALOG模式下的RMAN備份更安全。基于CATALOG模式的RMAN備份具體步驟包括目錄數(shù)據(jù)庫的配置、參數(shù)設置、創(chuàng)建備份腳本及部署備份策略，過程如下：

(1) 目錄數(shù)據(jù)庫配置。使用create catalog命令創(chuàng)建恢復目錄，在該目錄中注冊數(shù)據(jù)庫register database，目標數(shù)據(jù)庫為需要備份數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。

(2) 參數(shù)設置。根據(jù)數(shù)據(jù)庫情況設置歸檔模式、歸檔路徑及歸檔文件命名。

(3) 創(chuàng)建備份腳本及部署備份策略。RMAN備份周期為七天，一般在周日進行0級備份，其他時間進行1級和2級的增量備份。其中0級備份腳本如下：

run {

allocate channel dl type disk;

backup incremental level=0 database format '/opt/backup/RMAN/db_%d_%s_%p_%t '

tag = 'WHOLE_INC0';

sql 'alter system archive log current';

backup archivelog all format '/opt/backup/RMAN/archive/arch_%d_%t_%s' delete input;

Release channel d1;

}

在NOCATALOG模式下，備份信息存儲在控制文件中，如果控制文件損壞或丟失，會造成數(shù)據(jù)無法恢復。因此，基于NOCATALOG模式的RMAN備份需要將控制文件遷移。相較于RMAN備份，基于RMAN的數(shù)據(jù)庫恢復過程較簡單，主要步驟為關閉數(shù)據(jù)庫、啟動數(shù)據(jù)庫到MOUNT狀態(tài)、數(shù)據(jù)恢復及啟動數(shù)據(jù)庫。如備份模式為NOCATALOG，恢復數(shù)據(jù)庫時需恢復控制文件，且數(shù)據(jù)庫需保持NOMOUNT狀態(tài)。RMAN恢復命令腳本如下：

run{

shutdown abort;

startup nomount;

restore controlfile from autobackup;

alter database mount;

restore database;

recover database;

alter databse open;

}

2.2 邏輯備份

2.2.1 基于Exp/Imp的數(shù)據(jù)遷移

PLSQL Developer中基于Oracle Exp/Imp的數(shù)據(jù)遷移可在數(shù)據(jù)庫不關閉的狀態(tài)下完成，實現(xiàn)表級的備份和恢復，通過條件篩選可自定義備份和恢復數(shù)據(jù)，不受Oracle數(shù)據(jù)庫歸檔的限制[10]。在臺站節(jié)點數(shù)據(jù)庫無法恢復時，可使用PLSQL Developer工具的Oracle Exp/Imp進行數(shù)據(jù)遷移，通過區(qū)域中心節(jié)點數(shù)據(jù)庫篩選表內數(shù)據(jù)，恢復臺站數(shù)據(jù)庫。

2020年1月，河北石家莊中心站Oracle數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)系統(tǒng)故障，由于臺站節(jié)點無備用數(shù)據(jù)庫，為確保當天數(shù)據(jù)及時入庫，臺站工作人員重裝系統(tǒng)，造成數(shù)據(jù)丟失。為盡快恢復數(shù)據(jù)，區(qū)域中心制定數(shù)據(jù)遷移方案，數(shù)據(jù)遷移流程如圖2所示。

圖2 基于Exp/Imp的數(shù)據(jù)遷移流程圖Fig.2 Data migration flow chart based on Exp/ Imp

(1) 源數(shù)據(jù)庫為省局地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫，通過篩選表內石家莊中心站所轄數(shù)據(jù)，導出源數(shù)據(jù)。

(2) 部署目標數(shù)據(jù)庫時，數(shù)據(jù)庫為Oracle10g，在數(shù)據(jù)導入前，目標數(shù)據(jù)庫配置須與源數(shù)據(jù)庫完全一致。目標庫中管理系統(tǒng)為臺站節(jié)點，Oracle數(shù)據(jù)庫可通過安裝管理系統(tǒng)，設置相關參數(shù)，建立與源數(shù)據(jù)庫完全一致的用戶和數(shù)據(jù)結構。在目標機上部署Oracle數(shù)據(jù)庫后，檢測Oracle版本、字符集、系統(tǒng)環(huán)境變量等是否與源數(shù)據(jù)庫一致。

(3) 源數(shù)據(jù)導出。通過PLSQL Developer工具中的Oracle導出功能，將石家莊中心站的數(shù)據(jù)全部導出。在導出數(shù)據(jù)時，選定石家莊中心站節(jié)點所包含的測項表，篩選條件為石家莊中心站包含的臺站(where stationid=’13024’ or stationid=’13025’ or stationid=’13103’ or stationid=’13104’ or stationid=’13105’ or stationid=’13106’ or stationid=’13109’ or stationid=’13148’ or stationid=’13149’)。導出的可執(zhí)行文件為本地Oracle的數(shù)據(jù)遷移工具EXP，導出的數(shù)據(jù)文件為.dmp文件。

(4) 數(shù)據(jù)導入。打開PLSQL Developer工具的Import Table，通過Oracle導入界面，加載可執(zhí)行文件IMP.EXE，選擇源數(shù)據(jù)導出的.dmp文件，點擊Import導入數(shù)據(jù)。

(5) 測試。為確保數(shù)據(jù)遷移的完整性，通過count查驗兩端數(shù)據(jù)記錄的條目數(shù)，檢測源數(shù)據(jù)庫與目標數(shù)據(jù)庫兩端數(shù)據(jù)量是否一致。在數(shù)據(jù)記錄條目一致時，抽檢數(shù)據(jù)的一致性。分別繪制兩端數(shù)據(jù)庫中相同時段的觀測數(shù)據(jù)，通過對比曲線的一致性，查驗數(shù)據(jù)遷移是否出錯。

2.2.2 基于數(shù)據(jù)泵的數(shù)據(jù)遷移

數(shù)據(jù)泵技術是基于Oracle9i及前期版本的Exp/Imp邏輯備份技術。相對于冷備份長時間的停庫狀態(tài)，數(shù)據(jù)泵可實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的邏輯備份，提高數(shù)據(jù)的遷移速度和效率?；跀?shù)據(jù)泵的數(shù)據(jù)遷移，備份庫需建立與主庫完全一致的用戶及數(shù)據(jù)結構。備份數(shù)據(jù)庫在安裝管理系統(tǒng)時，已創(chuàng)建與主庫完全一致的數(shù)據(jù)表，備份庫中Oracle安裝時的用戶設置與主庫一致?；跀?shù)據(jù)泵的數(shù)據(jù)遷移流程與Exp/Imp數(shù)據(jù)遷移大致相同，數(shù)據(jù)備份由以下3個步驟組成。

(1) 定義directory參數(shù)，指定路徑。在主、備數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建目錄對象，用于存放數(shù)據(jù)遷移及日志文件在系統(tǒng)中的位置，通過SSH使用以下命令創(chuàng)建：

create directory pdb_qz as 'C:ak'。

(2) 從主庫中導出全部數(shù)據(jù)，導出命令為：

Expdp qzdata/xx@10.13.x.x/pdbqz directory=qztest dumpfile=xx.dmp schemas=qzdata logfile=xx.log full=n。

(3) 將備份.dmp文件傳輸至備份數(shù)據(jù)庫對應目錄，進行數(shù)據(jù)泵全庫的導入：

Impdp qzdata/xx@10.13.x.x/pdbqz directory=qztest dumpfile=xx.dmp schemas=qzdata logfile=xx.log full=n。

2.2.3 注意事項

邏輯備份通常用于恢復臺站節(jié)點數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)從上級數(shù)據(jù)庫中獲得，部分字段標識和交換標志需重新設置。在數(shù)據(jù)遷移過程中，注意以下幾點內容。

(1) 導入.dmp文件時，會刪除原有數(shù)據(jù)，如目標數(shù)據(jù)庫有數(shù)據(jù)，需確認源數(shù)據(jù)是否包含此數(shù)據(jù)。

(2) 從目標數(shù)據(jù)庫導出數(shù)據(jù)時，oracle客戶端版本必須與服務器端一致，或低于服務器端oracle版本，否則使用PLSQL Developer工具中的Oracle export導出時，無法導出clob長數(shù)據(jù)流。

(3) 數(shù)據(jù)導入目標數(shù)據(jù)庫前，須先刪除原有表，否則報錯，服務器拒絕執(zhí)行導入；用delete刪除表時，需執(zhí)行commit命令，否則，在執(zhí)行導入命令時處于等待狀態(tài)。

(4) 下級節(jié)點導入數(shù)據(jù)后，為防止再次交換到源數(shù)據(jù)庫，需修改導入表的date_index字段；同時為保證新數(shù)據(jù)交換到上級服務器，注意表table_bak_flg中upperindex字段和相應表的Next number是否對應。

3 字符集設置

數(shù)據(jù)遷移時，Oracle server端、Oracle client端及PLSQL Developer三者應保持字符集的一致性，否則遷移的數(shù)據(jù)有可能出現(xiàn)亂碼等情況。數(shù)據(jù)遷移前，首先查詢Oracle server端的字符集，查看服務器端編碼select userenv('language') from dual;再查詢Oracle client端字符集，執(zhí)行語句select * from V$NLS_PARAMETERS，查看第一行中PARAMETER項中為NLS_LANGUAGE對應的VALUE項中是否和服務器端一致。如不是，需設置環(huán)境變量，環(huán)境變量NLS_LANG設為服務器端查詢的值。PLSQL Developer客戶端使用的字符編碼和服務器端不一致，數(shù)據(jù)遷移會出現(xiàn)亂碼。

在部署服務器時，Oracle數(shù)據(jù)庫字符集一旦創(chuàng)建，所存儲的字符會受到限制。如出現(xiàn)字符集不一致時，通常修改Oracle client端、PLSQL Developer字符集，使其與Oracle server端保持一致。

4 結語

地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫安全、穩(wěn)定的運行是開展數(shù)據(jù)分析的基礎，數(shù)據(jù)遷移工作能保障數(shù)據(jù)的安全，備份現(xiàn)有數(shù)據(jù)，又可提取數(shù)據(jù)部署到其他平臺，提供數(shù)據(jù)服務，數(shù)據(jù)遷移是地球物理臺網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的一項重要工作。該文結合日常工作，介紹幾種不同方式的數(shù)據(jù)遷移和實例，根據(jù)數(shù)據(jù)庫部署節(jié)點屬性及故障程度，可選擇不同的方式進行數(shù)據(jù)恢復。在進行物理備份時，備份文件需異地存放，可防止服務器出現(xiàn)硬盤故障，造成數(shù)據(jù)丟失。實踐表明，邏輯備份和物理備份的有效結合，可提高地球物理Oracle數(shù)據(jù)庫運行的穩(wěn)定性。目前，河北地球物理臺網(wǎng)臺站節(jié)點的Oracle數(shù)據(jù)庫備份自動化程度低，需加強軟件開發(fā)，提高省局運維工作的自動化管理。