Oracle数据库实时备份技术

 

  1前言

浪擎・镜像系统是业界成熟的应用系统实时备份容灾解决方案，无需源和目标硬件规格或配置相同，具有准实时复制、系统和网络资源占用少、应用方式灵活等特点。

镜像系统的 Oracle 镜像通过数据库逻辑层的复制技术，可以方便地实现 Oracle 数据库的实时备份容灾，严格保障事务的一致性和完整性，在实时备份、本地和异地容灾领域具有非常大的优势。目标数据库系统处于运行状态，无需进行恢复提高容灾切换能力。

2实时备份容灾原理

2.1Oracle事务日志架构

Oracle 通过事务日志记录 所有事务和每个事务对数据库所做的修改。 其中记录了对数据库中的每一个变化 ， 日志包含的数据有已修改数据的前像（ undo ）和后像 (redo) 两种类型。前像是操作执行前的数据复本；后像是操作执行后的数据复本。

Oracle 使用预写日志技术。预写日志确保在相关的日志记录之后才将数据修改写入磁盘。 在将任何数据写入数据文件之前，都必须保证该数据对应的日志已经写入到日志文件中 , 一个事务提交的时候，必须保证该事务中产生的所有日志记录都已经写入到日志文件中。

日志文件是按顺序写入的文件，块大小一般为字节 512 字节，日志文件 有一个文件头信息。紧随文件头之后，是按照顺序写入的一个个 重做记录 。

    重做记录（Redo Record）通常由 redo record header 信息和 一组改变向量组成，是一个改变向量的集合，代表一个数据库的变更（INSERT、UPDATE、DELETE等操作），构成数据库变更的最小恢复单位。例如，一个Update的重做记录包括相应的回滚段的改变向量和相应的数据块的改变向量等。改变向量（Change Vector）表示对数据库内某一个数据块所做的一次变更。改变向量中包含了变更的数据块的版本号、事务操作代码、变更从属数据块的地址（DBA）以及更新后的数据。

基于上述事务日志架构， Oracle 数据库镜像通过实时分析日志文件块，并解析还原成数据库记录，再执行到目标数据库，即可实现 Oracle 数据库实时备份容灾。

2.2镜像引擎架构

Oracle 数据库镜像引擎包括代理、镜像服务器两大部件。代理包含事务日志捕获器、事务日志分析器、自适应数据字典、初步过滤器、传输控制器和任务队列等；镜像服务器包含接收队列、事务队列和 Snapshot 存储、 SQL 应用机构等。

2.3复制流程

事务日志实时捕获器实时监控源 Oracle Redo Log 事务日志文件和捕获其变化数据；事务日志分析器通过数据字典将日志数据解析还原成数据库记录，并过滤不需要镜像的用户、表或其他数据库对象；传输控制器从任务队列中取出记录数据传输至镜像服务器。镜像服务器接收队列将记录数据保存至事务队列和 Snapshot 文件中； SQL 应用机构扫描事务队列，将提交事务应用到目标 Oracle 。

2.4实时事务捕捉及解析

Oracle 镜像中由捕获进程来收集发生变化的数据，此进程的独特之处在于它几乎不对生产数据库带来任何开销。

此捕获过程中完成的操作为：捕获进程从 Oracle redo log 中读取信息，因此复制过程不会给生产数据库实例带来性能问题。只有发生改变的数据被传输，而不是 Redo Log 中的全部信息，因此镜像的网络负载非常小，源数据库不需要参与到数据捕获和传输过程中

浪擎镜像代理的捕获进程不但可以读取在线的 Redo Log ，而且可以读取 Archive Log 。这种能力极大地增强了系统的冗余功能。例如，如果捕获进程由于某种原因被停止，在线日志来不及分析就被覆盖，当它重新启动后可以从归档日志中分析，数据同步不会受到影响，

捕获进程驻留在源系统上，自动读取 Oracle 的在线 Redo Log 。这种读操作是从操作系统的角度来完成的，而不是通过数据库。通过将 Redo Log 作为获取变化信息的源泉，可以完成数据的复制而不会给生产系统带来额外的开销。由于 Oracle 使用 Redo Log 进行系统恢复，因此 Redo Log 信息足够，其数据格式也足够稳定。

捕获进程连续监控 Redo Log 用以捕捉变化信息。当 Redo Log 中出现一条新记录时，事务日志分析器判断其是否属于被复制对象，如果是，则为该条记录加入存储队列，存储队列存在于数据库进程之外。发生改变的数据被立即处理并被发送到目标系统中而不等待提交或回滚动作的完成，因为等待提交或回滚完成将带来延迟。当提交或回滚信息被写入 Redo Log 时，它们也将被发送到目标系统中，从而在目标系统中完成相对应的操作。

事务日志分析器根据数据字典依次解析日志文件块，获取该记录的操作类型、涉及对象等，忽略不在数据字典中的对象并放弃该日志记录的后续解析。

当 DDL 语言更改了数据库结构时，事务日志分析器将通知数据字典使其动态调整对象结构。因此数据字典具备自适应能力，无需重新启动即可解析后续日志文件块。

2.5传输控制

镜像系统的传输协议基于 TCP/IP 实现。传输控制器记录当前传输成功的事务点。当连接中断等因素导致传输失败，传输控制则停止传输工作，尝试连接直至成功。

镜像系统可创建多个通道进行并行传输，提高传输效率。

2.6应用数据

镜像系统将客户端传送到信息转化为 SQL 语句，并按照在源数据库中的 Commit 顺序发送给目标 Oracle 数据库执行。

3技术特性

1）目标数据库状态

目标 Oracle 数据库处于运行状态，能读能写，运行的目标系统保证了系统的一致性。

2）两阶段检查（2PC）

在传输阶段和数据库记录提交阶段均设置成功检查点。两阶段检查可防止如网络连接断开、目标数据库没有运行、进程崩溃等意外因素发生造成的事务丢失。

3 ）特性 列表

技术参数	说明
复制原理	捕获Oracle的增量事务进行复制
复制粒度	数据库记录
复制DDL语言	复制数据库定义语言，如： 1)      增加、删除、修改表 2)      增加、删除、修改字段定义 3)      增加、删除、修改触发器、存储过程 …
复制DML语言	复制应用程序提交的数据
保存事务日志	系统保存捕获的事务日志
源与目标硬件规格要求	无需一致
网络带宽占用	远小于存储层复制
复制时延	异步复制，秒级延时
复制最大距离	无限制
对系统性能的影响	源系统CPU占用率不超过5%
支持应用方式	一对一、一对多、多对一
事务完整性	完整、一致
目标应用系统状态	运行状态，能读能写
复制方向	单向，从源至目标
支持过滤	可设置过滤条件
支持版本	Oracle 8i/9i
支持操作系统	Windows 、Linux、AIX、Solaris、HPUX
不支持字段	用户自定义字段类型
Archive Log 配置	无需开启Archive Log

 

4）其他功能

定时镜像计划， 定时镜像计划，系统还提供便捷的定时镜像计划。镜像计划作业可配置信息字段：开始时间、结束时间和日期以及在这段时间之内的镜像频率、需要镜像表。定时镜像计划通过 exp/imp 实现。

数据库备份存储， 镜像系统可将基准装载或定时镜像计划使用的数据库备份保存在磁盘上；系统采用时间戳命名备份文件。用户可调节保存的备份版本数量或时间；用户可手工通过 imp 命令装载定时镜像的数据。

基于Web的任务和状态监控， 镜像系统提供基于 WEB 的监控、管理平台，用户可以通过浏览器即可管理全网的镜像代理、镜像服务器、传输备份策略以及任务监控。

镜像任务监控是镜像系统的一个组成部分，用来实时的监控信息包括：

ü 从主（源）服务器到备（目标）服务器数据复制的结果；

ü 镜像客户端和镜像服务器的工作状态。

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