基于Oracle的在線式應用容災系統的建立

馬錫坤

南京軍區南京總醫院 信息科，江蘇南京 210002

基于Oracle的在線式應用容災系統的建立

馬錫坤

南京軍區南京總醫院 信息科，江蘇南京 210002

本文介紹了DSG Real Sync軟件的特點及工作原理；詳細闡述了采用DSG RealSync軟件構建我院在線式應用容災系統的全過程。

“軍字一號”；在線式應用容災系統；應用容災；數據容災

長期以來，國內大部分醫院信息系統（HIS）并沒有建成有效的容災機制，只要數據庫出現問題，就必然導致非常嚴重的后果。也有些醫院采用了相應的備份系統，但僅僅通過備份方式無從保證業務運行的連續性[1]，當服務器真正宕掉的時侯，就會造成業務中斷，影響醫院的正常工作。因此，HIS有必要建立一套能保障業務連續運行的容災系統[2-3]。

1 在線式應用容災方案

應用容災系統是在數據容災的基礎上，在異地建立一套完整的與本地生產系統相當的備份應用系統，在災難情況下，遠程系統迅速接管業務運行。數據容災是抗御災難的保障，而應用容災則是容災系統建設的目標。“軍字一號”系統和門急診信息系統是我院主要的業務系統，系統后臺采用的是Oracle數據庫。在充分調研論證的基礎上，我們采用DSG RealSync軟件實現數據的異構實時復制，把位于外科樓網絡中心機房主設備上的Oracle數據實時復制到門診機房的備用設備，如果主設備不可用時，“軍字一號”系統和門急診系統切換到備用設備，確保了“軍字一號”系統和門急診信息系統不間斷運行，實現應用系統容災[4]。

DSG RealSync通過交易復制的方式，將生產數據庫的全部數據或者部分表實時復制到目標系統上。安裝在源系統運行數據庫實例服務器上的模塊包括：日志分析模塊、交易合成模塊、數據傳輸（輸出端）模塊、用于從已有的表中批量導出數據的模塊（用于系統初始化）；安裝在復制目標系統運行數據庫實例服務器上的模塊包括：數據傳輸（輸入端）模塊、交易合成模塊、用于從已有的表中導出數據的批量裝載的模塊（用于系統初始化）。DSG RealSync對日志進行分析，得到交易信息再進行傳送。由RealSync構建的容災系統是可驗證的方案，是在線式應用容災，目標端數據庫是在線打開的，從而保證了容災系統的可用性[5]。

2 DSG RealSync的工作原理

2.1 數據庫復制過程

DSG RealSync采用的數據庫復制技術與傳統的數據復制技術不同，DSG RealSync技術是針對數據庫提供了基于邏輯的交易復制方式。該方式通過直接捕獲源數據庫的交易，將數據庫的改變邏輯復制到目標系統數據庫中，實現源系統和目標系統數據的一致性。其工作原理，見圖1。

DSG RealSync在源端和目標端分別安裝代理進程，源端的代理進程對Oracle日志進行監控，發現源數據改變可及時對目標數據庫進行更新。當應用系統在源端向數據庫進行任何操作時，這些信息都將在重做日志中保存，RealSync代理通過對實時獲取的日志進行分析，獲得本次操作的交易指令和交易數據，然后將這些交易指令和交易數據經過格式轉化生成DXF數據格式，并實時通過網絡傳送到目標系統。目標系統的RealSync代理接收數據庫包，經過校驗碼檢查，確認正確的數據庫包后，調用Oracle函數按照交易的先后順序在目標系統中執行該交易。其中，DXF（DSG Extend Format）格式是DSG公司的專有技術，該技術是DSG公司用來表達SQL指令的方式，該數據格式能夠通過DSG的專有轉換算法直接轉換為Oracle的內部數據表達格式，但在分析和轉載時需要最小的轉化，以提高分析和裝載速度，減少資源占用、豐富能夠表達的各種數據類型。

圖1 DSG RealSync數據庫復制技術工作原理

2.2 數據的一致性和完整性

DSG RealSync在數據的一致性和完整性方面的保證主要通過以下幾個方面實現：

（1）保證交易的先后順序。嚴格按照源端交易執行順序在目標端加載，嚴格的I/O順序是保證系統邏輯正確的關鍵因素，RealSync通過對交易的SCN進行判斷，并嚴格保證源系統上先提交的交易在目標端也是先裝載。

（2）檢查日志跟蹤的連續性。RealSync在每次日志讀取結束時，都將記錄當前讀取的日志的Sequence No，Block No和最后讀取的Offset。當下次讀取文件時，總是需要檢查是否和上次讀取的位置嚴格連續，從而保證對日志分析的完整性。

（3）數據的一致性檢查。RealSync提供數據一致性檢查工具，用來比較源端的記錄和目標端的記錄是否完全一致。如果出現數據不一致，RealSync將對不一致的部分進行修復。

2.3 DSG RealSync特點

（1）對生產系統的低干擾性。DSG RealSync實時數據復制技術不需要通過任何數據庫的引擎來獲取變更數據，而是通過數據庫自身的信息獲取源系統上的改變并傳送給目標系統，不會對生產系統造成性能影響。

（2）系統異構，可提供更多的優化空間。源數據庫系統和目標數據庫系統的可異構，主要包括索引規則和存儲參數（數據塊大小、回滾段等）。因此，可以在目標數據庫上根據業務特點進行調整和優化，完全不受源系統的限制。

（3）支持的多種復制策略。DSG RealSync可以被靈活配置，以支持各種復制策略，支持各種增值應用，如一對一單向復制；一對多復制；多對一復制等，支持實時復制、定時復制、手工復制等多種同步模式，并可按需復制。RealSync是基于TCP/IP的復制系統，借助現有的網絡技術，對距離沒有限制。

3 實現在線式應用容災系統的關鍵技術

3.1 日志抓取

RealSync對數據的抓取是通過安裝在源數據端的代理模塊，定時分析Oracle重做日志來獲取源端的交易類型及數據的。RealSync代理在判斷源端的Oracle系統是否有新的交易產生時是通過定期檢查Oracle控制文件中記錄的當前SCN來判斷的，這樣就避免了每次檢查都通過讀取日志文件來判斷是否有新的交易產生造成的系統影響。在控制文件中確認有新的交易產生時，可以同時獲得當前的重做日志組，以及最新日志在日志文件的最新位置。RealSync 代理模塊根據這些信息將上次抓取時記錄的日志位置與本次讀取的最新位置之間的日志讀取并加以分析。然后將這些數據保存在在線日志緩存文件中，等待下一步作交易合成處理。

3.2 日志分析

Oracle數據庫的所有更改都記錄在日志中，其中記錄了對數據庫中的每一個變化。當我們需要了解數據庫中所作的交易時，一個最有效實用而又低成本的方法就是分析Oracle數據庫的日志文件。RealSync代理集成了DSG的優秀日志分析功能，該功能完全不同于Oracle提供的Logminer日志分析工具，在性能和功能上有了很大提高，其主要體現在系統性能的優化上，大幅度提高了日志分析的速度，使得對于高并發業務系統的復制成為可能。RealSync通過對日志的分析，得到該數據庫中的每個SQL指令，并將這些SQL指令生成DXF格式的表達方式。

3.3 交易合成

為了提高系統的可控制性、保證邏輯完整性、避免數據丟失，將復制的最小單位為一個交易，而不是單個SQL指令為復制單位，這樣在目標端的交易裝載更加容易控制。同時，對于復制的數據而言，只有那些提交的數據對于目標系統是有意義的，而對于那些回退的數據無需復制到目標系統上。所以RealSync在復制過程中不是復制每個SQL語句，而是對抓取的數據進行交易整合后以交易為單位進行復制，同時只復制提交的交易。交易合成模塊首先按照交易序號對SOL語句進行劃分，每個交易包含多條SOL語句。然后，以交易為單位進行處理，將已經提交的交易，傳至傳輸處理模塊；將未提交的交易保存在本地，一旦通過日志得知保存的未提交交易已發提交，立即將該交易發送到傳輸處理模塊；對回退的交易作丟棄處理。

3.4 交易傳輸

RealSync為了保證數據傳輸的安全、可靠，在傳輸處理上作了特殊的處理與支持：數據在傳輸之前首先存入源端的緩存，傳輸進程從緩存中讀取交易數據封裝為TCP/IP數據包傳送給目標端的輸入進程。在目標端，輸入進程在收到傳輸的交易數據包后，首先存入隊列，然后由裝載進程從隊列中嚴格按照交易的順序裝載交易信息。負責傳輸的進程從本地隊列中按照先進先出的原則抓取需要傳輸的交易，將交易數據封裝成一個數據包后通過TCP/IP協議傳遞給對端系統。在封裝的數據包的包頭部分描述了包的大小。對應端系統在接受到傳來的數據包后，首先根據包頭描述的包大小進行傳輸的合法性檢查，判斷是否傳輸完整。

3.5 數據裝載

在傳統的復制技術中，常用的數據裝載方式是采用Oracle 的SQL接口，通過Insert、Update、Delete等SQL語句實現數據的裝載。這種方式在通用性上很好，但關鍵在于性能問題非常突出。SQL語句的執行需要經過parse、plan、格式轉換等過程，造成大量的系統開銷。尤其是Update和Delete操作的大量Where子句操作需要進行復雜的查詢定位任務，從而導致裝載性能低下，對處理能力的要求比生產系統的還高。DSG RealSync在裝載性能上進行了大幅度的改善，使得裝載端的性能和處理能力需求降至最低。DSG RealSync采用了DXF數據格式的裝載和Rowid mapping的方式實現快速定位兩個關鍵技術提高了系統的裝載速度。

4 結束語

容災不單單是備份那么簡單[6-7]，而是指當災難發生時，系統可以在最短時間內、最少的損失下恢復業務的運行[8-9]。我院通過DSG RealSync軟件構建的容災系統在災難發生時無需進行數據恢復，保障了系統運行的可靠性、連續性。通過數據實時復制，保障了業務數據不丟失。而且主備硬件無需一致，減少了投入成本。在源系統發生災難時，源端和目標端停止復制進程，在目標端執行切換腳本即可快速切換系統。當源端修復完成可以正常使用時，只需在反向同步環境中發起一個全同步操作，然后完成整個反向回切過程即可切換到源系統。經過實踐驗證，我院構建的應用容災系統是切實可行的，并且在排除小型機故障和Oracle問題時發揮了極大的作用。

[1] 趙春曉.醫院信息系統中的數據安全[J].醫療裝備,2010,23(2): 31-32.

[2] 翁錦陽,何萍,朱鐵兵.大型醫院信息系統的容災設計和應用[J].中國醫療設備,2011,21(1):59-60.

[3] 翁盛鑫,黃影,莊嚴.信息系統容災技術的應用設計與比較[J].醫療衛生裝備,2010, 31(4):45-46.

[4] 馬錫坤,楊國斌,袁波.構筑信息網絡基礎平臺 保障人財物科學管理[J].中國數字醫學,2010,5(8):20-22.

[5] 汪瑤,顧慧,任凱,等.醫院數據容災系統建設及相關探討[J].江蘇衛生事業管理,2010,21(6):100-101.

[6] 羅緋,李明,張安仁,等.醫院信息系統備份策略[J].西南國防醫藥,2010,20(11):1254-1255.

[7] 王宏偉.關于醫院信息系統容災與數據備份的思考[J].中國醫學教育技術,2009,23(2):181-183.

[8] 陳嫻.淺談醫院容災系統的設計[J].中國醫療前沿,2009,4(9): 125-126.

[9] 黃志中,王占明.醫院信息系統容災技術淺談[J].醫療衛生裝備,2009,30(6):48-50.

Construction of Application Disaster Tolerance System Based on Oracle Online

MA Xi-kun
Information Department, Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command, Nanjing Jiangsu 210002, China

This paper introduces the characteristic and the principle of the DSG Real Sync software and the hole progress of application in disaster tolerance system online with it.

No 1 military project; online application disaster tolerance system; application disaster tolerance; data disaster tolerance

TP393.08

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.02.010

1674-1633(2012)02-0038-03

2011-07-07

本文作者：馬錫坤，碩士研究生，高級工程師。

作者郵箱：maxikun@163.com