校园网数据中心同城容灾系统设计与实现

吕元海　杜程　孙江辉

摘 要：随着西安邮电大学校园一卡通数据中心项目的建成，按照西邮信息系统建设方案的要求，充分利用现有的软件资源和硬件资源，建设一套基于校园网数据中心的同城容灾系统是很有必要的。文中主要借助Oracle DataGuard技术完成容灾系统的总体设计，并且对该系统进行了同步模块以及主从切换的测试。该容灾系统可实现对西邮新老两个校区的关键性业务、关键性数据的保护，保障业务连续性及数据的完整性和高可用性，并且避免了单点故障等问题。

关键词：容灾；Oracle DataGuard；业务连续性；数据复制

中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）10-00-04

0 引 言

在各高校大力建设信息化基础设施的数字化校园过程中，高性能、高安全性、高可靠性、高可用性和可扩展性等的数据中心的建设备受关注，为了保障数据中心业务连续性及数据的完整性和可用性，建立容灾备份系统是必不可缺的。该系统必须能够解决一系列突发状况，如自然灾害、人为灾难、技术灾难等。当发生灾难时，从库可以快速充当主服务器正常提供服务。本文主要通过Oracle DataGuard技术以及容灾的技术架构来实现西邮校园网数据中心数据和一卡通业务的容灾备份，保障数字校园建设的高性能、高安全性、高稳定性、可管理性等。

1 相关技术

1.1 Oracle DataGuard介绍

Oracle DataGuard（后面简称DG）是Oracle数据库自带的一个数据同步工具，DG技术实现了数据库的复制，保证了对数据库的连续性访问，保障了数据的零丢失。DG提供了三种日志传输（Redo Transport）方式，分别是ARCH传输、LGWR同步传输和LGWR异步传输[1]。通过REDO日志进行传送，主库（Primary Database）生成出来的REDO日志传送到从库（Standby Database），从库应用REDO日志到从服务器，保持主库与从库的一致。在同一个DG架构中最多可以存在9个从数据库。图1所示为DG架构图[2]。

在生产数据库中因为某次事务处理发生了改变，它将在一个联机重做日志文件（REDO Log）中记录此次更改。DG配置中写日志这个过程，把日志记录到本地的联机日志文件中和归档文件中，并要通过网络把日志文件发送到远程的从库服务器上。当从库接收到日志信息后，DG可以自动利用日志信息实现主库的实时同步。当主库打开并处于活动状态时，从库可以执行恢复操作，如果主库出现了故障，从库即被激活并接管生产数据库的工作。

图1 Oracle DataGuard架构图

1.2 容灾技术

容灾或称容灾备份，主要目的是提高系统的高可用性。容灾分为对数据、应用和业务3个级别的保护[3，4]。容灾系统是指在异地建立数据中心，通过配置容灾技术将本地用户数据实时或者相对滞后的进行远程复制，完成数据的异地备份，确保系统业务连续性，这是目前抵御大规模灾难、保证数据安全与完整的主要方法。

（1）数据备份是将数据从生产系统备份到备份系统中的过程。主要包括DAS备份、基于LAN的集中备份模式、LAN-FREE备份模式、SERVER-FREE备份模式。

（2）数据复制是容灾系统的核心，通过不断将生产系统的数据复制到另一个备份系统中，防范灾难，减少损失。分为同步和异步数据复制。主要差异就是前者对系统性能影响较大，后者对性能影响较小。

（3）数据存储。目前比较重要的存储技术有直接附加存储（DAS）、网络附加存储（NAS）和存储区域网络（SAN）。

本文主要采用的是基于LAN的集中备份模式、异步数据复制及SAN存储技术来完成容灾系统的设计与实现。

2 设计方案

2.1 数据迁移

将西邮新校区的数据迁移到老校区（雁塔校区）的存储平台，保证两地在建立同城容灾时数据的一致性。再通过EMC Networker实现所有需要备份数据的统一性。经过调研确定原有存储系统使用情况：共有5台主机使用EMC CX4-240，牵涉到的应用有邮件、OA协同办公、教学平台和直播，已使用存储容量3 TB，其中，教学平台和直播两个应用占用容量较大。迁移方案分为两个方向：一个是待新的存储平台和服务器平台部署完成后，建议各应用部门协调相应厂家新建系统，并将数据迁移到新系统，测试成功后，再进行业务切割；二是可以利用二标段虚拟化平台迁移工具将应用迁移到虚拟化平台，测试成功后，再进行切割。数据迁移完成后，将原有EMC CX4-240搬迁到老校区作为容灾数据存储和备份存储使用。

2.2 数据备份

2.2.1 备份系统架构

在这个系统中，我们采用集中统一的备份策略管理，通过衔接到LAN中的NW Server，对整个数据库和应用系统的备份工作进行集中管理、监控，如图2所示。

将EMC CX240放在老校区作为二级备份存储介质，连接到容灾服务器上，数据的流向是先备份数据到备份服务器，然后通过分级复制策略将数据备份到老校区。

图2 EMC Networker备份架构

2.2.2 备份策略

根据备份数据类型的不同划分为4个备份组：oracle、VMWARE、OS、FILE，设置不同的备份起始时间，自动备份。并且给不同的数据类型分配不同大小的存储池。

2.2.3 一卡通数据库复制规划

利用DG技术进行一卡通数据库的复制，从而避免一卡通业务数据库的单点故障问题。根据学校现状，将生产数据库放到新校区，备份数据库放在老校区，实现两地数据库的同步，因此可以预防数据库单点故障问题。

2.3 容灾系统架构

容灾系统服务器使用老校区数据机房现有设备作为容灾系统应用服务器和数据库服务器，利用新校区老机房替换下来的EMC CX4-240作为容灾存储，服务器和存储之间采用现有光纤存储交换机，通过SAN网络连接；容灾系统采用应用层的数据同步复制技术，将新校区一卡通业务数据实时备份到容灾系统数据库，当新校区一卡通数据中心业务丢失或者平台故障时，容灾系统仍保留核心业务数据，可以继续为西邮师生提供数据访问服务，即实现数据容灾。图3所示是西安邮电大学的容灾系统构架。

图3 容灾系统架构

3 同城容灾系统的实现

3.1 主机与数据库配置

生产服务器的IP为192.168.240.12，名称为orcl；容灾服务器的IP为192.168.240.13，名称为orcl_STBY，磁盘都划分200 G。生产数据库和物理备份数据库的db_name和Oracle_sid必须一致，db_unique_name和service_name配置不同[3]。因为db_name为同步的数据库名，Oracle_sid为数据库实例名，db_unique_name为数据库的唯一命名，所以两个不能相同。一般情况db_unique_namehe和Service_name相同如表1所列。

3.2 实现过程

首先确认主库开启了归档日志模式进行同步，并设置为强制日志模式[5，6]（force logging）。

然后创建standby control file。并查看主库上数据库文件，同步主库上的数据库文件到从库，保证在两边基础环境一致及复制前数据的一致性，具体见图4所示。

然后再修改主库上的参数文件，并在主库上创建pfile和passwordfile，保证两数据库相互密码验证；对备库的初始化文件进行修改；再通过静态注册的方式对主库和从库的listener.ora和tnsnames.ora进行配置，图5所示为主库的配置。

（a） 查看文件

（b） 同步文件

图4 查看主库并同步主库上的数据库文件到从库的过程图

（a） 配置listener.ora

（b） 配置tnsnames.ora

图5 listener.ora和tnsnames.ora配置图

通过上面配置的监控服务等，分别使用sqlplus sys/xxx@orcl_STBY as sysdba、sqlplus sys/xxx@orcl as sysdba可以进行互相登录验证。最后启动备份数据库。

4 同城容灾验证测试

4.1 同步模块测试

同步模块是容灾系统最为重要的部分，只有同步模块成功，保证主库与备库的同步，才能方便主备的切换，以下对已经搭建好的Oracle DG进行验证。通过图6所示可知数据同步测试成功。

4.2 主备切换测试

目前大多数业务都需要24×7小时提供正常服务。那么做好容灾系统，实现主备切换就能实现该需求。如果生产服务器由于某种原因无法正常提供服务，这样要迅速进行主备切换，让备份服务器提供服务，尽量不影响正常用户使用，图7就是Oracle DG的主备切换的具体步骤图。

（a） 在主库上创建一个表test

（b） 验证从库的备份

（c） 查看从库上备份的数据

图6 数据同步模块测试图

（a） 登录orcl主机

（b） 关闭主库

（c） 登录 orcl_STBY主机并设为主库

图7 主备切换测试图

若原主库启动恢复管理模式，则登录orcl主机，执行alter database recover managed standby database disconnect 切换主库。

5 结 语

通过DG技术以及容灾的相关技术架构实现对西邮校园数据中心的容灾备份，从而保障数据的安全性和可用性。实现校园网数据中心的同城容灾系统是数字化校园建设过程中很关键的组成部分，是信息化时代防范灾难、降低损失的重要手段。

参考文献

[1]张晓明.大话Oracle RAC[M].北京：人民邮电出版社，2011：411-466.

[2] Scott J. Bryan V. Oracle Database 11g R2高可用性[M].北京：清华大学出版社，2012.

[3]陈思，李华峰，涂庆华，等.数字化校园异地容灾系统设计与实现[J]. 计算机与现代化，2014（4）：47-50.

[4]郝乐.数据容灾技术研究[J].电子科技，2011，24（3）：20-21.

[5] Mike Smith. MAA/Data Guard 10 g Setup Guide – Creating a RAC Physical Standby[EB/OL].http：//www.oracle.com/technetwork/database/features/availability/maa-wp-10g-racprimaryracphysicalsta-131940.pdf.2009-4.

[6] Mike Smith. Oracle Active Data Guard Oracle Database 11 g Release 1[EB/OL]. http：//www.oracle.com/technetwork/database/features/availability/Oracle_Active_Data_Guard_Maximum.pdf.2011-09.