基于云環(huán)境的血液管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份優(yōu)化策略

摘要 血液管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)正常流轉(zhuǎn)是血站采供血相關(guān)業(yè)務(wù)正常開展的保障。血液管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份策略需對備份策略、備份時間、傳輸策略等影響備份的因素進(jìn)行綜合考量。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，重慶市血液中心采用Rsyne技術(shù)，在每周六凌晨進(jìn)行完全備份，其余每天凌晨進(jìn)行Rman1級累積增量備份。備份策略優(yōu)化后，在保證數(shù)據(jù)安全前提下滿足了業(yè)務(wù)要求，為血液安全提供了保障。

關(guān)鍵詞 云環(huán)境；血液管理信息系統(tǒng)；數(shù)據(jù)備份；優(yōu)化策略；血液質(zhì)量

中圖分類號：R197.6；R331.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

血液管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份不僅有助于提升血站數(shù)據(jù)安全，而且對血站相關(guān)業(yè)務(wù)持續(xù)開展具有重要意義。云環(huán)境以虛擬技術(shù)為核心，兼具靈活、快捷、高效等特點(diǎn)，能夠動態(tài)地從虛擬化環(huán)境中獲取計(jì)算與存儲資源，已在采供血行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)物理服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一樣，云服務(wù)器中也需定期對數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，并將備份數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程存儲設(shè)備，以確保數(shù)據(jù)安全。本研究基于云環(huán)境對血液管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份策略進(jìn)行優(yōu)化，以滿足血站采供血業(yè)務(wù)性能要求。

1 現(xiàn)況分析

1.1 現(xiàn)有數(shù)據(jù)備份策略

數(shù)據(jù)備份策略即確定備份內(nèi)容、備份時間及備份方式等。OracleRman備份可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件、控制文件、歸檔日志文件、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器參數(shù)文件等的備份與還原，是以文件級進(jìn)行數(shù)據(jù)的物理備份，在恢復(fù)文件的同時恢復(fù)數(shù)據(jù)。備份策略主要有完全備份和增量備份兩種。

（1）完全備份。即將全部數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。優(yōu)點(diǎn)是備份數(shù)據(jù)全面，每個備份文件均可單獨(dú)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)；缺點(diǎn)是占用存儲空間較大，備份和還原時間較長。

（2）增量備份。即僅備份被修改過的數(shù)據(jù)塊。根據(jù)參照基礎(chǔ)不同，增量備份可分為差異增量備份和累積增量備份。差異增量備份是相對上一次完全備份而言，每次只備份上一次備份后有變化的數(shù)據(jù)。其優(yōu)點(diǎn)是占用空間小，備份時間短；缺點(diǎn)是需將最近一次完全備份和之后每一次差異增量備份文件都進(jìn)行還原，還原耗時較長，且一旦某個備份文件損壞則無法完成數(shù)據(jù)還原。累積增量備份是在最近一次完全備份之后，每次只備份有變化的數(shù)據(jù)，每次備份都和最近一次完全備份的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。其優(yōu)點(diǎn)是占用空間小，耗時短，數(shù)據(jù)還原耗時也比差異增量備份時間短；缺點(diǎn)是備份時間比差異增量備份長，占用空間比差異增量備份多。同時，增量備份還分為0級備份和1級備份。O級備份是完全備份；1級備份是在O級備份基礎(chǔ)上進(jìn)行增量備份。在O級全備基礎(chǔ)上，Rman可以實(shí)現(xiàn)差異增量備份和累積增量備份。

1.2 數(shù)據(jù)備份問題分析

目前，血站大多采用數(shù)據(jù)泵方式進(jìn)行數(shù)據(jù)完全備份，并將文件傳輸至備份服務(wù)器。采用數(shù)據(jù)泵方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯備份，只備份數(shù)據(jù)及對象創(chuàng)建語句，恢復(fù)時需先建立數(shù)據(jù)庫，然后重建對象，最后導(dǎo)人數(shù)據(jù)，且只能恢復(fù)至數(shù)據(jù)備份的時間點(diǎn)。重慶市血液中心搭建了服務(wù)器虛擬化平臺，將存儲數(shù)據(jù)的Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)器遷移至私有云平臺，并定期對數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。同時，中心采用Oracle數(shù)據(jù)庫對采供血數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，數(shù)據(jù)庫占用約400GB磁盤空間，每天采用傳統(tǒng)Oracle數(shù)據(jù)泵方式進(jìn)行完全備份，生成約300GB的數(shù)據(jù)文件后進(jìn)行壓縮處理，再將壓縮后數(shù)據(jù)文件通過FTP傳輸至備份服務(wù)器。

在現(xiàn)有數(shù)據(jù)備份方式下，一是虛擬化后，磁盤性能降低，容易導(dǎo)致系統(tǒng)卡頓問題。有報道稱，虛擬服務(wù)器系統(tǒng)磁盤性能因虛擬磁盤初始化時采用制備方式不同而存在差異，相較于物理磁盤，經(jīng)過虛擬平臺接管后的磁盤性能降低2%～32%，差異明顯。二是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器遷移至虛擬化平臺后，延用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)泵方式每天進(jìn)行完全備份，需占用大量CPU時間片、磁盤I/O和網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，導(dǎo)致血液管理信息系統(tǒng)容易遲滯或卡頓。

2 數(shù)據(jù)備份策略優(yōu)化

血液管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份優(yōu)化策略，需綜合考慮影響數(shù)據(jù)備份的各因素，如備份策略、備份時間、傳輸策略等。

2.1 備份策略的選擇

明確備份策略優(yōu)化需求，通過對不同備份策略的優(yōu)缺點(diǎn)和備份開展條件進(jìn)行綜合比較，選擇最適合所處網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的備份策略或備份策略組合，并進(jìn)行恰當(dāng)配置，讓備份策略與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、業(yè)務(wù)使用等相匹配。

差異增量備份會備份上一次備份（含0級備份和1級備份）后有改動的數(shù)據(jù)塊，累積增量備份會備份最近一次0級備份后有改動的數(shù)據(jù)塊。差異增量備份可有效壓縮每個備份文件的大小，數(shù)據(jù)恢復(fù)時需要最近一個0級備份（完全備份）和所有增量備份文件，其中任何一個文件損壞都將導(dǎo)致數(shù)據(jù)恢復(fù)失敗。累積增量備份的每個文件略大，但數(shù)據(jù)量在可接受范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)恢復(fù)時只需最近的0級（完全）備份和最近的累積增量備份即可恢復(fù)所有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)恢復(fù)失敗概率低。通過對完全備份、差異增量備份和累積增量備份3種備份方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合考量，最終選擇累積增量備份與完全備份相結(jié)合的策略進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。

2.2 備份時間的選擇

在備份時間選擇上，需對現(xiàn)有數(shù)據(jù)備份情況進(jìn)行調(diào)研，掌握業(yè)務(wù)處理低谷數(shù)據(jù)，結(jié)合備份所需時長及業(yè)務(wù)科室意見，選擇業(yè)務(wù)相對較少的時間段作為備份時間。

其中，完全備份耗時較長，選擇合適的開始時間較為關(guān)鍵。結(jié)合前期調(diào)研，重慶市血液中心在周六凌晨業(yè)務(wù)量相對較少，故將完全備份時間設(shè)在每周六凌晨，其余每天凌晨進(jìn)行Rman 1級累積增量備份。

2.3 傳輸策略的選擇

對備份策略生成文件進(jìn)行特征分析，明確備份文件特點(diǎn)，找出能對備份文件進(jìn)行最小化傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸策略，即為合適的傳輸策略。

因Rman備份產(chǎn)生的文件較為零散，采用傳統(tǒng)的FTP、WGET等方式進(jìn)行備份文件傳輸時，每次需對備份文件夾下的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，或?qū)浞莺蟮乃形募M(jìn)行壓縮后再傳輸。采用Rsyne技術(shù)對Rman備份產(chǎn)生的文件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，每次只傳輸差異數(shù)據(jù)，可有效緩解因數(shù)據(jù)重復(fù)讀取造成的高磁盤I/O和高網(wǎng)絡(luò)帶寬占用情況，進(jìn)而縮短數(shù)據(jù)備份及傳輸總耗時，提升血液管理信息的可用性及服務(wù)器業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理能力。綜合考慮Rman備份產(chǎn)生文件的特點(diǎn)、數(shù)據(jù)壓縮耗時、備份策略選擇等對備份的影響，最終選用能進(jìn)行增量數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞syne技術(shù)作為數(shù)據(jù)傳輸策略。

2.4 其他注意事項(xiàng)

2.4.1 設(shè)置備份環(huán)境

確保Oracle處于歸檔模式并修改環(huán)境參數(shù)，在Oracle數(shù)據(jù)庫的Rman環(huán)境中修改Rman備份參數(shù)，以確保每次備份時都能自動備份控制文件和初始化參數(shù)文件，以便在進(jìn)行恢復(fù)時數(shù)據(jù)庫能正常裝載并打開。

2.4.2 Rman累積增量備份

為減少人為干預(yù)，通過備份腳本實(shí)現(xiàn)完全備份和累積增量備份，并將0級備份和1級備份數(shù)據(jù)保存至同一目錄，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。

2.4.3 配置同步環(huán)境

安裝Rsyne程序，并在備份服務(wù)器對Rsyne服務(wù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置，進(jìn)行上行數(shù)據(jù)同步測試，以確保Rsyne正常工作。完成環(huán)境配置后的數(shù)據(jù)備份流向如圖1所示。

2.4.4 Rsyne數(shù)據(jù)增量同步

數(shù)據(jù)傳輸時需同步文件時間戳，以便Rsyne通過時間戳和文件大小排除已經(jīng)完成同步的文件，同時確定文件是否被修改或?yàn)樾略鑫募M(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)增量同步。

3 應(yīng)用效果

為了解數(shù)據(jù)備份策略優(yōu)化效果，重慶市血液中心在應(yīng)用優(yōu)化策略后的90d內(nèi)對數(shù)據(jù)備份完成情況進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測和記錄發(fā)現(xiàn)，每日均能正常完成數(shù)據(jù)備份和傳輸，數(shù)據(jù)備份穩(wěn)定性達(dá)100％。同時，對數(shù)據(jù)完整性進(jìn)行隨機(jī)抽樣驗(yàn)證，共計(jì)隨機(jī)抽檢5次，均能完全恢復(fù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)完整性達(dá)100%。

對數(shù)據(jù)備份與傳輸耗時進(jìn)行比較，采用數(shù)據(jù)泵方式進(jìn)行全量數(shù)據(jù)備份，再將備份文件壓縮后通過FTP傳輸至備份服務(wù)器，各步驟耗時如表1所示。采用Rman備份和Rsyne數(shù)據(jù)增量同步的備份策略，各步驟耗時如表2所示。對比表1、表2，完成一周數(shù)據(jù)備份時，采用數(shù)據(jù)泵加FTP方式進(jìn)行數(shù)據(jù)備份與傳輸，周耗時為4620min，采用Rman加Rsyne方式進(jìn)行數(shù)據(jù)備份與傳輸時，周耗時為1450min，策略優(yōu)化后數(shù)據(jù)備份與傳輸耗時縮短了68.61%。

4 討論

血站采供血相關(guān)業(yè)務(wù)的正常開展依賴于血液管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的正常流轉(zhuǎn)，若數(shù)據(jù)備份導(dǎo)致服務(wù)器性能降低，系統(tǒng)使用出現(xiàn)卡頓，將對血站整體運(yùn)行效率帶來不利影響。對血液管理信息系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化，可確保血液信息的正常流轉(zhuǎn)。血液管理信息系統(tǒng)主流軟件服務(wù)商多以O(shè)racle作為系統(tǒng)的支撐數(shù)據(jù)庫。就數(shù)據(jù)庫本身而言，可從磁盤陣列、雙機(jī)熱備、集群技術(shù)、備份一體機(jī)等硬件角度制訂備份解決方案，但硬件成本相對較高。因資金受限，在硬件性能無法進(jìn)行變更的情況下，如何從備份耗時、數(shù)據(jù)備份量、傳輸耗時、備份時間等方面減少數(shù)據(jù)備份對血液管理信息系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)的影響，是采供血機(jī)構(gòu)管理者關(guān)注的主要內(nèi)容。

本研究提出了Rman備份加Rsyne數(shù)據(jù)增量同步的備份策略，應(yīng)用效果良好。優(yōu)化策略具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）備份時長縮短。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后備份策略周耗時縮短了68.61%；（2）獻(xiàn)血體驗(yàn)改善。優(yōu)化后備份策略不再對采血及獻(xiàn)血數(shù)據(jù)查詢產(chǎn)生影響，獻(xiàn)血過程中自助數(shù)據(jù)查詢體驗(yàn)得以改善；（3）血站工作效率提高。數(shù)據(jù)備份在凌晨非工作時段內(nèi)完成，不影響日常工作開展，血站工作效率提高；（4）系統(tǒng)故障風(fēng)險降低，數(shù)據(jù)安全性增加。備份實(shí)質(zhì)是進(jìn)行磁盤讀寫操作，容易出現(xiàn)磁盤故障導(dǎo)致系統(tǒng)中斷。因備份時長縮短，出現(xiàn)系統(tǒng)故障風(fēng)險也相應(yīng)降低，采供血相關(guān)數(shù)據(jù)安全性相應(yīng)增加；（5）服務(wù)器性能改善。優(yōu)化后的備份策略減少了備份對服務(wù)器CPU時間片、磁盤I/O的占用，采供血業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)備份安全性和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器性能改善效果明顯。

需要注意的是，備份策略優(yōu)化后，備份文件需要待Rman備份完成后才開始Rsyne數(shù)據(jù)增量傳輸，在備份數(shù)據(jù)量相對較大的Rman 0級備份（全備）時，大量數(shù)據(jù)傳輸不能與備份同步進(jìn)行，延長了完成備份所需時間總量。后續(xù)可采用Rman、Rsyne和Inotify方式對數(shù)據(jù)備份策略進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使用Inoti-fy對文件系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)Rman備份生成一個新的備份文件后，Ino-tify立即通知Rsyne對新生成或有修改文件進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，使備份、傳輸同步進(jìn)行，同等條件下可進(jìn)一步縮短備份和傳輸總耗時，進(jìn)而提升數(shù)據(jù)安全性和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理能力。同時，各血站間業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟硬件環(huán)境及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在差異，進(jìn)行數(shù)據(jù)備份策略優(yōu)化調(diào)整時，需對服務(wù)器性能影響較大的因素進(jìn)行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)庫自身特點(diǎn)及相應(yīng)軟硬件環(huán)境，對備份策略進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化調(diào)整，以確保數(shù)據(jù)安全，為血液安全和采供血相關(guān)業(yè)務(wù)高效開展提供更好的保障。

基金項(xiàng)目：重慶市九龍坡區(qū)基礎(chǔ)研究與成果類科技計(jì)劃項(xiàng)目——云計(jì)算平臺的數(shù)據(jù)庫備份和恢復(fù)技術(shù)及策略研究（編號：2021-02 -007Y）；重慶市渝中區(qū)技術(shù)預(yù)見與制度創(chuàng)新項(xiàng)目（編號：20180163）

收稿日期：2022-08-22

修回日期：202301-05

責(zé)任編輯：吳小紅