Oracle DataGuard数据库容灾方案

数据库异地容灾方案介绍

2008年11月

目录

第一章需求分析 (4)

1.1 序言 (4)

1.2 用户现状 (4)

1.2.1 系统平台 (4)

1.2.2 数据库平台 (6)

1.3 用户需求 (7)

1.3.1 日常功能 (7)

1.3.2 故障切换 (7)

1.3.3 基本要求 (7)

1.3.4 性能要求 (8)

1.3.5 数据一致性 (9)

1.3.6 系统兼容性 (9)

1.3.7 高可用性 (10)

1.3.8 健壮性要求 (10)

1.3.9 设备无关性 (10)

1.3.10 管理监控功能 (11)

第二章Oracle Data Guard介绍 (12)

2.1 Data Guard实现原理 (12)

2.2 Oracle Data Guard 优势 (15)

2.3 Data Guard提供的保护模式 (16)

2.4 Data Guard实现方式以及对系统的限制要求 (17)

2.5 切换方式 (17)

第三章系统建议方案 (19)

3.1 Data Guard优势 (19)

3.2 Data Guard运行模式 (19)

3.3 Data Guard保护模式 (20)

3.4 Data Guard初始安装步骤 (20)

3.5 用户需求点对点应答 (21)

3.5.1 日常功能 (21)

3.5.2 故障切换 (22)

3.5.3 基本要求 (23)

3.5.4 性能要求 (23)

3.5.5 数据一致性 (25)

3.5.6 系统兼容性 (26)

3.5.7 高可用性 (26)

3.5.8 健壮性要求 (27)

3.5.9 设备无关性 (27)

3.5.10 管理监控功能 (28)

第一章需求分析

1.1 序言

在信息时代，数据是企业创造商业价值的生产资料，数据的丢失将为企业带来毁灭性的灾难。据Gartner Group的调查数据表明，在经历过大型灾难或长时间系统停运的公司中，有2/5的公司再也未恢复运行，而在其余的公司中，有1/3的公司在两年内破产。

有句古谚叫“别把鸡蛋放在一个篮子里”。现在的信息系统，各种数据高度集中，“鸡蛋”全放在一个篮里了。一旦出现突然停电、意外死机或者人为破坏，造成数据丢失是不可避免的。面对各种未可预知的灾难，越来越多的企业将容灾备份系统作为企业安全的保障。

银联数据异地灾备项目的目标是保证SF25K上各银行（民生银行贷记卡系统拟迁移至IBM主机，故此次灾备项目暂不考虑；邮储银行贷记卡系统主机为IBM P570，也不在考虑范围之内）发卡系统的安全，在灾难情况下，最大限度地保护公司资产，减少公司各方面的损失，保证发卡系统的业务连续性。

本方案仅对异地容灾数据库复制软件部分做相应阐述。

1.2 用户现状

1.2.1系统平台

发卡系统运行在一台SunFire E25K企业级服务器上，通过两台Brocade SW4900 SAN交换机与两台企业级存储ST9990、SE9970相连，应用系统核心文件和数据库

数据文件均存放在该存储上，存储系统磁盘采用RAID 1+0方式。

SF25K 划分为四个物理分区（Domain ），每家银行均使用其中的两个，一个Domain 作为生产主机，另一个Domain 作为热备主机。Domain 操作系统为Solaris 10，数据库系统为Oracle 10.2.0.2 RAC 。通过Sun Cluster 集群软件，实现了生产机房内的双机热备份，保证了系统的高可用性。此外，在主机端还通过Sun MPXIO 多通道负载均衡软件，实现两条光纤通道的负载均衡，进一步避免了单点故障。

以下是发卡系统SAN 架构图：

通过在主机端使用VxVM 4.1卷管理软件，已建立了同机房数据灾备系统，两台存储SE9970与ST9990之间实现了同步数据复制，达到了以下灾难恢复目标：

● 日常工作，保证两台存储的数据实时同步保持一致，所有数据不丢失。 ● 计划外停机，任一台存储发生灾难，保证数据不丢失，即RPO=0，并确保

应用不中断运行，即RTO=0。

SW4900 SW4900

SE9970 L180 (2 L TO-3)

V280R NBU Master Server ST9990

VTL

1.2.2数据库平台

发卡系统中的数据库系统，是整个生产系统中最关键、最复杂的数据对象，发卡系统的业务运转直接依赖于这些数据的可用性。

为了确保数据库的高可用性，发卡系统数据库使用了Oracle 10g RAC 版本10.2.0.2，主、备机两节点的数据库实例同时运行，一旦主节点出现问题，数据库实例无需启停，可迅速将应用系统切换至备节点。

截至到2008年8月底，各数据库实例数据量情况见下表：

SE9970 ST9990

生产主机

1.3 用户需求

银联数据拟为提供外包服务的各银行发卡系统建设异地灾备系统，生产系统位于上海，灾备系统位于北京。主备中心之间采用数据库复制软件进行异步数据复制，以保证生产数据的安全性，满足发卡系统的业务连续性需求。

1.3.1日常功能

●将生产中心发卡系统上的数据库变化实时异步复制到灾备中心；

●灾备中心的Oracle数据库处于打开状态，可提供实时数据查询；

●对生产系统的资源占用不能太多，不能影响到生产系统的正常运行；

●对网络带宽的占用较低。

1.3.2故障切换

●当生产中心的系统无法正常运行，而又不能在短期内恢复时，可利用灾备

中心提供业务接管。

●灾备中心必须在生产中心不可用6小时之内完成业务接管。

●当生产中心服务器恢复正常后，数据复制系统需要将灾备中心的最新数据

反向复制回生产中心，实现业务的恢复。

1.3.3基本要求

●复制软件应满足在单机或RAC环境下，对Oracle在线日志(Online redo log)

的捕捉及复制；

●支持Oracle中所有的常用数据类型，如Oracle中的LONG 、LONG RAW、

BLOB、CLOB、NCLOB、TIMESTAMP等，可实现用户自定义表、字段

进行复制；

●支持对数据库中常用DDL操作的复制；

●支持事务复制，要求对数据库中较大的事务不会出现过多延迟；

●支持没有PK/UK字段的表的同步。

●数据复制过程可根据需要灵活地进行控制或修改复制的方向，以满足业务

需求；

●支持在数据复制过程中对数据正确性进行校验，如正在复制的数据在之前

就已经不一致，应提供报警功能，以便及时发现错误，避免错误的扩大；

●提供专用图形化集中管理软件。

1.3.4性能要求

●数据库初始化同步

要求数据库复制软件能够将发卡系统的数据库中已有数据初始化同步到灾备中心数据库。在初始化同步过程中，业务不能停止，但可选择业务量较小时段进行。在解决方案书中要求详细描述初始化数据同步解决方案，以及整个首次同步操作所需要的时间（以100GB数据为标准），并且要求列出整个首次初始化过程中是否需要人为干预，从而可以有效地评估整个首次数据初始化的工作量。

为了保证生产中心日后业务扩展存在更换服务器厂商以及数据库版本等情况，需要注明是否支持异构平台下的首次数据初始化同步，是否支持跨数据库版本之间数据库的初始化同步操作。

●数据复制性能指标

数据复制的性能指标与系统平台、网络带宽、应用系统等因素密切相关，参照下列运行环境：

要求提供相应的性能参数指标：

1.3.5数据一致性

要求数据库复制软件提供数据库初始化同步、数据恢复后以及日常的数据一致性检查方案，要求方案中详细注明该数据一致性比对方案的特点以及操作复杂度，并可满足如下要求：

●可在应用不停机的情况下，查找和发现不一致的数据；

●一致性检查需要能够进行对象属性、记录条数和记录的字段内容进行一致

性检查；

●提供全库的记录级一致性检查时间（以100GB的数据为例）。

●支持不含PK/UK字段的表的一致性检查和修复。请提供在没有PK/UK字

段的表中有1000万条记录的比对时间。

对于不一致的数据，需要提供不一致记录详细信息，以便进行精确的修复，同时提供数据修复方案。数据修复工作要求操作简单，修复速度快，且修复过程中不影响业务正常运行。

1.3.6系统兼容性

数据库复制软件应支持以下操作系统平台：

●Sun Solaris 9,10

●IBM AIX 5.x

数据库复制软件应支持Oracle 9i，Oracle 10g，Oracle 11g及后续数据库版本；支持异构平台，源端和目标端不同数据库版本；支持Cluster/HACMP和RAC模式，并支持不同操作系统下不同数据库版本之间的复制。

1.3.7高可用性

主系统和备用系统的数据库处于双活状态，以保证在灾难发生前可在两个系统上运行不同类型的应用程序。

数据库复制软件应支持本地Cluster/HACMP的高可用方式，在本地单节点出现故障时，可通过Cluster软件接管到其它节点。

1.3.8健壮性要求

数据库复制软件在各种大压力和各种故障情况下不会造成数据复制失败。

●网络故障：长时间中断、短时间中断及网络时断时续情况下的正常复制；

●数据库故障：在目标端数据库故障下，源端数据库不能受到影响。当目标

端数据库修复后，复制软件继续工作；

●服务器硬件故障：在目标端服务器故障下，源端生产系统不能受到影响，

当目标端修复后，复制软件继续工作。

1.3.9设备无关性

独立于任何硬件设备、操作系统和Oracle数据库的不同版本，能够实现不同平台之间数据库的复制。

1.3.10管理监控功能

数据库复制软件需提供统一的管理监控功能，能实现对复制软件的运行状态、运行日志、系统配置等方面进行统一的管理及监控，保证出现错误时具有完整方便的报警及跟踪机制，方便故障的快速定位和解决。

第二章Oracle Data Guard介绍

容灾系统主要包括数据保护和应用切换两大方面，其中最为重要的是数据保护部分。除了要将这些数据存放在高可用的存储设备上之外，最重要的是这些关键数据应该在异地之间保持一致，以使灾难发生后，系统可以尽快恢复。下面是几种主要的数据保护技术。

实现数据的异地复制，有软件方式和硬件方式两种途径。软件方式，是通过主机端软件来实现，如第三方软件或者数据库厂家提供的远程数据容灾工具来实现业务数据的远程复制。

硬件方式，是基于智能存储系统的控制器的远程拷贝，可以在主、备存储系统之间通过硬件实现复制。

在实际的容灾系统中，由于系统的环境不同，安全性要求不同以及采用的软硬件产品不同，数据复制过程中的工作机制也不尽相同。概括地讲，数据复制地工作机制主要包括同步和异步两种。同步远程镜像(同步复制技术)是指通过远程镜像软件，将本地数据以完全同步的方式复制到异地，每一本地的I/O事务均需等待远程复制的完成确认信息，方予以释放。异步远程镜像(异步复制技术)保证在更新远程存储视图前完成向本地存储系统的基本I/O操作，而由本地存储系统提供给请求镜像主机的I/O操作完成确认信息，远程的数据复制以后台同步的方式进行。因为带宽等因素限制，本次容灾方案仅包括了异步复制的方式的讨论。

2.1 Data Guard实现原理

Oracle Data Guard 是当今保护企业核心资产（数据）的最有效解决方案，它能够使数据在 24x7 的基础上可用，而无论是否发生灾难或其它中断。

Oracle Data Guard 是管理、监控和自动化软件的基础架构，它创建、维护和

监控一个或多个备用数据库，以保护企业数据结构不受故障、灾难、错误和崩溃的影响。

Data Guard 使备用数据库保持为与生产数据库在事务上一致的副本。这些备用数据库可能位于距生产数据中心数千公里的远程灾难恢复站点，或者可能位于同一城市、同一校园乃至同一建筑物内。当生产数据库由于计划中断或意外中断而变得不可用时，Data Guard 可以将任意备用数据库切换到生产角色，从而使与中断相关的停机时间减到最少，并防止任何数据丢失。

作为 Oracle 数据库企业版的一个特性推出的 Data Guard 能够与其它的Oracle 高可用性 (HA) 解决方案（如真正应用集群 (RAC) 和恢复管理器 (RMAN)）结合使用，以提供业内前所未有的高水平数据保护和数据可用性。下图提供了Oracle Data Guard 的一个概述。

Oracle Data Guard 包括一个生产数据库，也称为主数据库，以及一个或多个备用数据库，这些备用数据库是与主数据库在事务上一致的副本。Data Guard 利用重做数据保持这种事务一致性。当主数据库中发生事务时，则生成重做数据并将其写入本地重做日志文件中。通过 Data Guard，还将重做数据传输到备用站点上，并应用到备用数据库中，从而使备用数据库与主数据库保持同步。Data Guard 允许管

理员选择将重做数据同步还是异步地发送到备用站点上。

备用数据库的底层技术是 Data Guard 重做应用（物理备用数据库）和 Data Guard SQL 应用（逻辑备用数据库）。物理备用数据库在磁盘上拥有和主数据库逐块相同的数据库结构，并且使用 Oracle 介质恢复进行更新。逻辑备用数据库是一个独立数据库，它与主数据库包含相同的数据。它使用 SQL 语句进行更新，其相对优势是能够并行用于恢复以及诸如报表、查询等其他任务。

Data Guard 简化了主数据库和选定的备用数据库之间的转换和故障切换，从而减少了由计划停机和计划外故障所导致的总停机时间。

主数据库和备用数据库以及它们的各种交互可以使用 SQL*Plus 来进行管理。为了获得更简便的可管理性，Data Guard 还提供了一个分布式管理框架（称为 Data Guard Broker），它不但自动化了 Data Guard 配置的创建、维护和监控，并对这些操作进行统一管理。管理员可以使用 Oracle Enterprise Manager 或 Broker 自己的专用命令行界面 (DGMGRL) 来利用 Broker 的管理功能。

下图显示了Oracle Data Guard 组件。

2.2 Oracle Data Guard 优势

灾难恢复和高可用性— Data Guard 提供了一个高效和全面的灾难恢复和高可用性解决方案。易于管理的转换和故障切换功能允许主数据库和备用数据库之间的角色转换，从而使主数据库因计划的和计划外的中断所导致的停机时间减到最少。

完善的数据保护—使用备用数据库，Data Guard 可保证即使遇到不可预见的灾难也不会丢失数据。备用数据库提供了防止数据损坏和用户错误的安全保护。主数据库上的存储器级物理损坏不会传播到备用数据库上。同样，导致主数据库永久损坏的逻辑损坏或用户错误也能够得到解决。最后，在将重做数据应用到备用数据库时会对其进行验证。

有效利用系统资源—备用数据库表使用从主数据库接收到的重做数据进行更新，并且可用于诸如备份操作、报表、合计和查询等其它任务，从而减少执行这些任务所必需的主数据库工作负载，节省宝贵的 CPU 和 I/O 周期。使用逻辑备用数据库，用户可以在模式中不从主数据库进行更新的表上执行数据处理操作。逻辑备用数据库可以在从主数据库中对表进行更新时保持打开，并可同时对表进行只读访问。最后，可以在维护的表上创建额外索引和物化视图，以获得更好的查询性能和适应特定的业务要求。

灵活的数据保护功能，从而在可用性与性能要求之间取得平衡— Oracle Data Guard 提供了最大保护、最高可用性和最高性能等模式，来帮助企业在系统性能要求和数据保护之间取得平衡。

自动间隔检测及其解决方案—如果主数据库与一个或更多个备用数据库之间的连接丢失（例如，由于网络问题），则在主数据库上生成的重做数据将无法发送到那些备用数据库上。一旦重新建立连接，Data Guard 就自动检测丢失的存档日志序列（或间隔），并将必要的存档日志自动传输到备用数据库中。备用数据库将重新与主数据库同步，而无需管理员的任何手动干预。

简单的集中式管理— Data Guard Broker 使一个 Data Guard 配置中的多个数据库间的管理和操作任务自动化。Broker 还监控单个 Data Guard 配置内的所有系统。管理员可以使用 Oracle Enterprise Manager 或 Broker 自己

专用的命令行界面 (DGMGRL) 来利用这个集成的管理框架。

与 Oracle 数据库集成— Oracle Data Guard 是作为 Oracle 数据库（企业版）的一个完全集成的功能提供的，无需任何额外费用。

2.3 Data Guard提供的保护模式

Oracle针对用户的不同需求提供三种保护模式：最大保护模式、最大性能模式、最大可用模式。

Oracle提供的Data Guard在最大保护模式下可以确保数据完全不丢失。它在写本地日志的同时写远程standby的数据库日志。只有两个日志均写成功后一个操作才是正式完成。这种方式确保了数据的最大安全，能够确保主数据库损坏的情况下没有任何数据丢失。但这种情况对主数据库性能有较大的影响，即使在高速的局域网内，最大保护模式也会对主数据库性能有超过10%的性能影响。这种方式对主备两个数据库之间的链路有非常高的要求。在这种保护模式下无论是网路链路还是standby数据库等发生故障导致日志无法正常写均会导致主数据库无法使用。因此只有在对数据安全要求最高的情况下才会考虑使用这种方式。

Oracle也提供最大性能模式。这种模式下，不传输实时修改的日志文件，传递的是归档日志文件，因此对主数据库性能影响很小。归档日志文件传递是否能够成功对主数据库运行没有任何影响，因此在网络出现中断或者standby数据库出现异常也不会影响主数据库的正常运行。但因为日志没有同步写，因此在灾难发生的时候备份数据库与主数据库可能有一定的数据差异。

Oracle提供的第三种模式是上述两种方式的折中。在网络正常的情况下它的运行方式类似于最大保护模式，日志实时传递。当网络或standby出现故障的时候它的运行模式类似于最大性能模式，日志延迟传递，不会导致主数据库停止运行。这种方式在正常情况下因为日志实时传递，因此同样对主数据库性能有较大影响，而且对网络链路要求较高。

综上所述，不同的保护模式比较如下：

2.4 Data Guard实现方式以及对系统的限制要求

Oracle针对不同的用户情况提供的两种不同的standby方式。物理standby ,逻辑standby。

物理standby数据库，在通常的模式下备份库始终处于恢复状态，用户无法访问备份库的数据。如果需要访问数据，需要将恢复模式停止，将数据库打开到只读状态。这两种状态是排它的，也就是说数据库要么是恢复状态，保持和主数据库一致，在这种状态下数据库内容不可访问；要么是只读状态，数据库不会做恢复与主数据保持一致。

Oracle还提供逻辑standby数据库。这种方式下数据库可以在打开的状态下保持与主数据库的同步工作。这种打开状态和普通的数据库open状态不同，不能对数据做修改。这种方式通常用于繁忙的系统，如主数据库日常完成业务处理，逻辑standby数据库在完成容灾的同时分担主数据库的查询统计工作。这样大大节约了系统资源。但这种方式对数据库有一定的限制，并不是所有的系统都能够支持。部分较为特殊的数据类型不支持，另外所有的表必须要有主键或者唯一性索引。

无论是物理standby 还是逻辑standby均对系统要求如下:

●主备数据库必须是完全相同的硬件架构，如均为SUN平台。机器的内存

大小、CPU数量主频可以不同。

●操作系统版本、补丁完全相同。

●数据库版本完全相同。但RAC选件可以不同。即主数据库可以是RAC

模式，备份节点可以是单机。

2.5 切换方式

Oracle Data Guard可以实现failover 以及switchover的切换。

Switchover指有计划的切换。如系统主数据库服务器需要硬件维护等有计划的停机操作。这时候可以手工将所有的日志以及归档日志文件传输到备份节点

后执行switchover的切换。这种情况下等主数据库恢复正常后系统可以手工切换回来。

Failover切换是指系统出现了异常情况下的切换。系统管理员发现主数据库服务器无法提供服务，决定启动容灾系统。在这种情况下的切换后如果主数据库服务器恢复正常后需要重新配置整个Data Guard环境，无法切换回主数据库服务器。

无论是那种切换方式，主备系统之间均存在部分差别。如IP地址不同，需要修改服务器IP 地址或应用程序重新指向。因为在不同的局域网内，应用中间件需要跨防火墙访问系统。机器档次不同、网络带宽不同造成的性能下降等问题。这需要在容灾的预案中考虑。

第三章系统建议方案

针对本容灾方案，我们推荐采用Oracle Data Guard技术。

3.1 Data Guard优势

●节约投资

Oracle Data Guard是Oracle原厂自带的容灾产品。该产品完全免费。在容灾软件上用户无需支付额外费用，这可以大大节约用户的资金投入。

●技术成熟、稳定

早在Oracle 7版本就已经推出该功能（当时名称为Standby数据库）。其核心采用了Oracle成熟的归档、备份、恢复技术。经过多年不断的发展，已经成为一项技术成熟、稳定，有广泛成功案例的技术。

●对系统运行性能影响小

Data Guard在主数据库服务器端不存在对日志解析等工作，仅需要主数据库服务器端将归档日志文件传输到容灾节点。因此对生产系统性能影响极小。

●能够满足用户基本业务需求

Data Guard能够满足用户基本的数据容灾、RTO、RPO、带宽等相关基本业务需求。

3.2 Data Guard运行模式

Oracle提供了物理Data Guard以及逻辑Data Guard两种不同的方式。这两种方式各有优缺点。因为用户数据库中存在大量表，这些表没有PK/UK；因此无法满足逻辑Data Guard的使用前提条件。在本方案中，我们推荐采用物理Data Guard的方式。

3.3 Data Guard保护模式

根据用户的实际情况，在主数据库服务器和容灾数据库服务器之间距离较远，使用最大保护模式和最大可用模式均会严重影响主数据库的运行性能。用户允许在出现异常情况下15分钟内的数据丢失量，因此采用最大性能模式可以在现有带宽的情况下满足用户的容灾需求。

采用最大性能模式，系统不会实时传输日志文件，传递的是归档日志文件，因此对主数据库性能影响很小。归档日志文件传递是否能够成功对主数据库运行没有任何影响，因此在网络出现中断或者standby数据库出现异常也不会影响主数据库的正常运行。但因为日志没有同步写，因此在灾难发生的时候备份数据库与主数据库可能有一定的数据差异。

3.4 Data Guard初始安装步骤

1、确认主数据库运行于归档模式

如果主数据库没有处于归档模式，那么需要将数据库运行模式修改为归档模式。该修改过程需要短暂停止数据库运行。

2、物理备份主数据库的所有数据文件

该部分工作可以在不影响业务正常运行的情况下执行。该部分工作依据数据量以及I/O速度不同，所需要的时间也不同。一般估算，100G的数据应在1小时内备份完成。该备份操作启动后无需人为干预。

3、在主数据库创建standby 控制文件

通过命令创建灾备中心的控制文件。

4、拷贝备份的数据文件、standby控制文件及日志文件到备份节点。

因为数据量较大，可以将备份的文件压缩后传递。100G的备份文件经压缩，通常压缩率在40% - 50%之间。100G文件压缩后约50G。在网速为20M带宽的情况下，假设网络利用率为70%，那么速度约为6G/每小时；50G的文件需要9个小时传递完成。在网速为100M带宽的情况下，假设网络利用率为70%，那么速度约为30G/每小时；50G的文件需要1.5个小时传递完成。在数据传输启动后无需人为干预。