數(shù)據(jù)庫容災技術在裝配MES系統(tǒng)中的應用研究

王鵬

（洛陽光電技術發(fā)展中心，洛陽 471000）

0 引言

隨著“大數(shù)據(jù)”時代的到來，數(shù)據(jù)已成為企業(yè)最為重要的資產(chǎn)之一，信息系統(tǒng)的容災建設則成為保護企業(yè)數(shù)據(jù)的重要手段。某企業(yè)裝配MES系統(tǒng)使用人數(shù)眾多，生產(chǎn)過程中形成的重要數(shù)據(jù)文件存儲于該系統(tǒng)上，作為核心組件的數(shù)據(jù)庫一旦出現(xiàn)故障，將引起數(shù)據(jù)丟失，給該企業(yè)的科研生產(chǎn)造成嚴重的影響。本文通過研究和應用Oracle高可用技術Data Guard，在該企業(yè)災備中心建立裝配MES容災數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)主備數(shù)據(jù)庫同步，提升了裝配MES系統(tǒng)的容災能力，其數(shù)據(jù)的完整性指標和故障恢復能力均得到了顯著提高。

1 現(xiàn)狀分析

某企業(yè)裝配MES系統(tǒng)運行架構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)目前所采用的數(shù)據(jù)保護方式是利用NetWorker虛擬磁帶庫技術將數(shù)據(jù)復制到備份存儲上，每天備份1次，雖然采取了一定的備份手段，但裝配MES系統(tǒng)的高可用性建設還存在以下問題：

圖1 裝配MES運行架構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障時，只能恢復到備份時間點以前的數(shù)據(jù)，將丟失最近備份點到災難發(fā)生時的業(yè)務數(shù)據(jù)（RPO大約為8小時）；系統(tǒng)崩潰需要較長的故障恢復時間（RTO大約為3個小時），嚴重影響用戶的正常使用和業(yè)務系統(tǒng)的連續(xù)性；

（2）數(shù)據(jù)庫自身的容災能力較弱，其管理和維護對系統(tǒng)管理員的依賴程度很高，人為的誤操作會造成數(shù)據(jù)丟失或邏輯錯誤，影響數(shù)據(jù)的完整性，同時也加大了系統(tǒng)管理員的壓力。

2 關鍵技術研究及實現(xiàn)

2.1 總體思路

本文基于Oracle提供的數(shù)據(jù)保護技術——Data Guard，在某企業(yè)災備中心建立裝配MES災備數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)主備數(shù)據(jù)庫同步（圖2中雙箭頭實線）。正常情況下，用戶通過裝配MES應用訪問主數(shù)據(jù)庫（圖2中單箭頭實線），當主數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障不能正常訪問時，用戶能夠通過應用訪問災備中心的容災數(shù)據(jù)庫（圖2中單箭頭虛線）；當主數(shù)據(jù)庫恢復正常時，用戶通過裝配MES應用繼續(xù)訪問原主數(shù)據(jù)庫。其運行架構(gòu)如圖2所示：

圖2 裝配MES數(shù)據(jù)庫容災架構(gòu)圖

2.2 功能模塊設計及實現(xiàn)

為滿足某企業(yè)裝配MES數(shù)據(jù)庫的容災需求，本文完成了重做日志傳輸、重做日志應用及主備庫切換等主要功能模塊的設計與程序?qū)崿F(xiàn)，并進行了相關試驗驗證與性能分析，其設計原理圖如圖3所示：

圖3 裝配MES數(shù)據(jù)庫容災原理圖

（1）重做日志傳輸功能

本文中主數(shù)據(jù)庫聯(lián)機重做日志由6組聯(lián)機重做日志文件構(gòu)成（REDO1-REDO6），每組大小為1GB，為保證主備數(shù)據(jù)庫端重做條目的一致性，且重做條目能被及時應用至災備數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)文件中，組成災備數(shù)據(jù)庫的備重做日志的備重做日志文件設計為7組（SLOG1-SLOG7），每組大小與聯(lián)機日志文件一樣，均為1GB。聯(lián)機重做日志文件和備重做日志文件均能夠?qū)崿F(xiàn)自動切換和自動歸檔（寫滿一組切換至下一組，自動對寫滿的聯(lián)機重做或備重做日志文件進行歸檔），且歸檔日志能夠?qū)崿F(xiàn)自動回收，釋放磁盤空間。

（2）歸檔日志自動回收功能

數(shù)據(jù)庫服務器和災備服務器本地磁盤空間均為500GB，裝配MES數(shù)據(jù)庫每天產(chǎn)生的歸檔日志為50GB，歸檔日志寫滿磁盤空間時，就會導致主備數(shù)據(jù)庫均不能正常訪問。本文在主備數(shù)據(jù)庫端建立快速恢復區(qū)實現(xiàn)歸檔日志自動回收功能，即重做條目成功傳送至災備數(shù)據(jù)庫后，主數(shù)據(jù)庫中快速恢復區(qū)內(nèi)相應的歸檔數(shù)據(jù)就可以被自動覆蓋；備重做日志文件中的重做條目成功應用至災備數(shù)據(jù)庫后，備數(shù)據(jù)庫快速恢復區(qū)內(nèi)相應的歸檔條目也可以被自動覆蓋；自動回收功能最大限度地保證了主備庫歸檔日志的保留時間（歸檔日志可用來對數(shù)據(jù)庫進行恢復），本文中主備庫歸檔日志的保留時間大約為5天。

（3）重做日志應用功能

該功能主要實現(xiàn)將傳送至備重做日志中的重做條目實時地應用到災備數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)文件中，實現(xiàn)主備數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步。

如圖3所示，主數(shù)據(jù)庫端產(chǎn)生的重做條目傳送到備重做日志文件后，介質(zhì)恢復進程（MRP）應用該重做條目，立刻修改災備數(shù)據(jù)庫中對應的數(shù)據(jù)塊，更新災備數(shù)據(jù)庫中相應的記錄信息。

（4）主備庫切換功能

該功能實現(xiàn)裝配MES主數(shù)據(jù)庫的正常切換和故障切換。

如圖3所示，正常切換功能用于系統(tǒng)升級測試，通過手動切換將Primary角色的主數(shù)據(jù)庫切換至Standby角色，將Standby角色的災備數(shù)據(jù)庫切換至Primary角色；故障切換功能實現(xiàn)當裝配MES主數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障時，可以將災備數(shù)據(jù)庫切換成Primary角色接替主數(shù)據(jù)庫正常工作，保證用戶可以正常訪問裝配MES系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)測試及實施效果

3.1 系統(tǒng)測試

本文的研究將裝配MES主數(shù)據(jù)庫部署在Red hat Linux 6.6（64位）操作系統(tǒng)平臺上，數(shù)據(jù)庫采用Oracle 11g R2（64位）企業(yè)版，生產(chǎn)數(shù)據(jù)存放在共享存儲EMC VNX5500上；裝配MES災備數(shù)據(jù)庫部署在Red hat Linux 6.6（64位）操作系統(tǒng)平臺上，數(shù)據(jù)庫采用Oracle 11g R2（64位）企業(yè)版，災備數(shù)據(jù)存放在共享存儲EMC CX240上，容災拓撲圖如圖4所示。

圖4 裝配MES系統(tǒng)容災拓撲示意圖

（1）重做傳輸功能測試

本試驗利用聯(lián)機重做日志和備重做日志自動切換和自動歸檔的特性，查詢當前聯(lián)機重做日志文件序列號和當前備重做日志文件的序列號，如圖5、圖6所示，序列號相同且均為155780，對主數(shù)據(jù)庫進行增、刪、改、更新產(chǎn)生的操作日志同步到了災備數(shù)據(jù)庫端。

圖5 當前聯(lián)機重做日志文件序列號

圖6 當前備重做日志文件序列號

（2）歸檔日志自動回收功能測試

本試驗建立主備數(shù)據(jù)庫的快速恢復區(qū)，快速恢復區(qū)大小均設置為300GB，將歸檔日志存放在快速恢復區(qū)內(nèi)，查詢主備庫快速恢復區(qū)歸檔日志的空間使用率和可回收率，如圖7所示，主數(shù)據(jù)庫快速恢復區(qū)歸檔日志占用的空間為99.17%，這99.17%的歸檔日志均可被自動覆蓋進行空間釋放，如圖8所示，災備數(shù)據(jù)庫快速恢復區(qū)歸檔日志占用的空間為99.17%，其中97.3%的歸檔日志可被自動覆蓋進行空間釋放，主備庫歸檔日志均可實現(xiàn)自動回收。

圖7 主數(shù)據(jù)庫快速恢復區(qū)

圖8 災備數(shù)據(jù)庫快速恢復區(qū)狀態(tài)

（3）重做應用功能測試

本試驗在裝配MES主數(shù)據(jù)中建立測試表，對表中數(shù)據(jù)進行添加、修改、刪除、更新等操作，然后分別提交這些操作，經(jīng)查詢?yōu)膫鋽?shù)據(jù)庫中存在相同的測試表，如圖9所示，且表中字段、數(shù)據(jù)與主數(shù)據(jù)庫中相同，從主數(shù)據(jù)庫傳輸至災備數(shù)據(jù)庫的重做條目成功應用至災備數(shù)據(jù)庫中。

圖9 主備數(shù)據(jù)庫中的測試表

（4）主備庫切換測試

本試驗模擬裝配MES主數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障，如圖10、11所示，系統(tǒng)不能正常訪問；將災備數(shù)據(jù)庫切換成Primary角色，切換后裝配MES系統(tǒng)能夠正常訪問，故障切換功能正常。

圖10 出現(xiàn)故障時系統(tǒng)

災備數(shù)據(jù)庫切換:

SQL＞ALTER DATABASE COMMIT TO SWITCHO?VER TO PRIMARY WITH SESSION SHUTDOWN

3.2 實施效果

通過本文的研究和應用，當主數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障時，災備數(shù)據(jù)庫能夠快速接替主數(shù)據(jù)庫進行工作；故障發(fā)生時，裝配MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性指標RPO（即業(yè)務數(shù)據(jù)的丟失量）由8小時降低為1小時，數(shù)據(jù)庫故障恢復時間RTO由3小時降低為0.5小時。

圖11 故障切換后系統(tǒng)

4 結(jié)語

本文研究和應用的容災技術處于國際領先水平，該企業(yè)的同城異地容災機房已經(jīng)投入使用，后續(xù)可利用本項目研究的數(shù)據(jù)庫高可用技術，針對該企業(yè)的關鍵業(yè)務系統(tǒng)如 ERP、CAPP、PDM、TDM、門戶、RAC 集群，在異地容災機房建立災備數(shù)據(jù)庫，提高關鍵業(yè)務系統(tǒng)的容災能力。

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