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Oracle 跨云灾备实现

随着云计算的普及,越来越多的企业采用多云架构,将业务部署在多个云平台上。跨云灾备作为多云架构的重要组成部分,能够提供更高的可用性和灾难恢复能力。本文将详细介绍Oracle跨云灾备的架构设计、实现方法、监控维护和最佳实践,帮助DBA构建可靠的跨云灾备系统。

跨云灾备概述

跨云灾备的定义与价值

跨云灾备是指将生产数据从一个云平台复制到另一个云平台,以确保在发生灾难时能够快速恢复业务。

跨云灾备的核心价值

  • 避免供应商锁定:不依赖单一云平台,降低业务风险
  • 地域覆盖更广:利用不同云平台的地域优势,提供更全面的灾备覆盖
  • 成本优化:根据不同云平台的定价策略,选择更经济的灾备方案
  • 服务多样性:利用不同云平台的特色服务,提升业务灵活性
  • 更高的可用性:当一个云平台发生故障时,业务可以快速切换到另一个云平台

跨云灾备的挑战

技术挑战

  • 不同云平台之间的网络延迟和带宽限制
  • 云平台之间的兼容性问题
  • 跨云数据同步的性能和可靠性
  • 跨云灾备的监控和管理复杂性

管理挑战

  • 跨云灾备的配置和维护复杂性
  • 跨云灾备的成本管理
  • 跨云灾备的合规性要求
  • 跨云灾备的人才缺口

跨云灾备架构设计

1. 架构模式

架构模式描述适用场景RTO/RPO
主备模式一个云平台作为主库,另一个云平台作为备库大多数跨云灾备场景RTO分钟级,RPO秒级
双活模式两个云平台都处理业务请求,互相备份关键业务系统,要求高可用性RTO秒级,RPO接近0
多活模式多个云平台同时处理业务,提供最高级别的可用性超大型业务系统,要求极高可用性RTO秒级,RPO接近0

2. 数据同步方式

同步方式描述适用场景优势劣势
Data Guard基于Redo日志的物理或逻辑复制同版本、同平台Oracle数据库可靠性高,RPO低配置复杂,对网络要求高
GoldenGate基于逻辑变更记录的复制跨版本、跨平台、跨数据库类型灵活性高,支持跨平台配置复杂,需要额外许可
云平台原生服务如AWS DMS、Azure Data Factory云平台之间的数据迁移和同步配置简单,集成度高功能有限,灵活性低
第三方工具如Quest SharePlex、Attunity Replicate复杂的跨云数据同步需求功能丰富,支持多种数据源成本高,需要额外培训

3. 网络架构设计

网络连接方式描述成本安全性可靠性适用场景
公网连接通过Internet连接两个云平台测试环境,对安全性要求低的场景
VPN连接通过IPsec VPN连接两个云平台大多数跨云灾备场景
专线连接如AWS Direct Connect、Azure ExpressRoute关键业务系统,对安全性和可靠性要求高的场景
云间高速通道云平台提供的专有高速连接,如阿里云高速通道中高同品牌云平台之间的跨区域连接

4. 存储架构设计

存储架构描述优势劣势
块存储云平台提供的块级存储,如AWS EBS、Azure Managed Disks性能高,兼容性好成本高,管理复杂
对象存储云平台提供的对象存储,如AWS S3、Azure Blob Storage成本低,扩展性好性能较低,不适合直接作为数据库存储
共享存储如Oracle ASM Cluster File System (ACFS)适合RAC环境,性能高配置复杂,成本高

基于Data Guard的跨云灾备实现

1. 环境准备

云平台选择

云平台Oracle数据库服务支持的跨云灾备方案
AWSRDS for Oracle, EC2上的OracleData Guard, GoldenGate
AzureAzure Oracle DB, VM上的OracleData Guard, GoldenGate
Google CloudCloud SQL for Oracle, GCE上的OracleData Guard, GoldenGate
OCIOracle Cloud DatabaseData Guard, GoldenGate
阿里云RDS for Oracle, ECS上的OracleData Guard, GoldenGate
华为云GaussDB for Oracle, ECS上的OracleData Guard, GoldenGate

网络配置

步骤1:建立云间网络连接

以AWS和Azure之间的VPN连接为例:

  1. 在AWS上创建Virtual Private Gateway并关联VPC
  2. 在Azure上创建Virtual Network Gateway
  3. 创建AWS到Azure的IPsec VPN连接
  4. 配置AWS和Azure的路由表
  5. 测试网络连通性

步骤2:配置安全组和防火墙

  • 允许主备库之间的Oracle Net通信(默认1521端口)
  • 允许SSH/RDP访问,用于管理和维护
  • 配置必要的入站和出站规则

2. 基于EC2/VM的Data Guard跨云配置

主库配置

sql
-- 1. 启用归档模式和强制日志记录
ALTER DATABASE ARCHIVELOG;
ALTER DATABASE FORCE LOGGING;

-- 2. 启用闪回数据库(可选)
ALTER DATABASE FLASHBACK ON;

-- 3. 创建密码文件
ORAPWD FILE='+DATA/ORCL/orapworcl' FORMAT=12.2 SYSPASSWORD="Oracle123" FORCE=YES

-- 4. 配置参数
ALTER SYSTEM SET log_archive_config = 'DG_CONFIG=(PROD_AWS,DR_AZURE)';
ALTER SYSTEM SET standby_file_management = 'AUTO';
ALTER SYSTEM SET fal_server = 'DR_AZURE';
ALTER SYSTEM SET fal_client = 'PROD_AWS';
ALTER SYSTEM SET log_archive_dest_2 = 'SERVICE=DR_AZURE ASYNC NOAFFIRM delay=0 OPTIONAL COMPRESSION=ENABLE DB_UNIQUE_NAME=DR_AZURE VALID_FOR=(ONLINE_LOGFILES,PRIMARY_ROLE) DB_UNIQUE_NAME=DR_AZURE';
ALTER SYSTEM SET log_archive_dest_state_2 = 'ENABLE';

备库配置

步骤1:安装Oracle数据库

在Azure VM上安装与AWS EC2上相同版本的Oracle数据库。

步骤2:创建备库

sql
-- 1. 创建pfile
CREATE PFILE='/tmp/initDR_AZURE.ora' FROM SPFILE;

-- 2. 修改pfile,添加备库参数
-- 添加以下参数:
-- db_unique_name=DR_AZURE
-- standby_file_management=AUTO
-- fal_server=PROD_AWS
-- fal_client=DR_AZURE
-- log_archive_config='DG_CONFIG=(PROD_AWS,DR_AZURE)'
-- log_archive_dest_2='SERVICE=PROD_AWS ASYNC NOAFFIRM delay=0 OPTIONAL COMPRESSION=ENABLE DB_UNIQUE_NAME=PROD_AWS VALID_FOR=(ONLINE_LOGFILES,PRIMARY_ROLE) DB_UNIQUE_NAME=PROD_AWS'
-- log_archive_dest_state_2='ENABLE'

-- 3. 使用RMAN恢复备库
RMAN> CONNECT TARGET sys/Oracle123@PROD_AWS
RMAN> CONNECT AUXILIARY sys/Oracle123@DR_AZURE
RMAN> DUPLICATE TARGET DATABASE FOR STANDBY FROM ACTIVE DATABASE NOFILENAMECHECK;

-- 4. 启动Redo应用
ALTER DATABASE RECOVER MANAGED STANDBY DATABASE USING CURRENT LOGFILE DISCONNECT;

3. 基于RDS/Azure DB的Data Guard跨云配置

注意事项

  • AWS RDS for Oracle支持跨区域Data Guard,但跨云Data Guard需要使用RDS Custom或EC2上的Oracle数据库
  • Azure Oracle DB支持跨区域Data Guard,跨云Data Guard需要使用Azure VM上的Oracle数据库
  • Oracle Cloud Infrastructure (OCI) 支持与其他云平台的Data Guard配置

基于GoldenGate的跨云灾备实现

1. 环境准备

步骤1:安装GoldenGate

在主库和备库所在的云平台上安装GoldenGate软件,确保版本与Oracle数据库版本兼容。

步骤2:数据库配置

sql
-- 1. 启用强制日志记录和补充日志
ALTER DATABASE FORCE LOGGING;
ALTER DATABASE ADD SUPPLEMENTAL LOG DATA;
ALTER DATABASE ADD SUPPLEMENTAL LOG DATA (PRIMARY KEY, UNIQUE INDEX) COLUMNS;

-- 2. 创建GoldenGate管理用户
CREATE USER ggadmin IDENTIFIED BY ggadmin DEFAULT TABLESPACE users QUOTA UNLIMITED ON users;
GRANT CONNECT, RESOURCE, DBA TO ggadmin;
GRANT SELECT ANY DICTIONARY, SELECT ANY TABLE TO ggadmin;
GRANT FLASHBACK ANY TABLE TO ggadmin;
GRANT EXECUTE ON DBMS_FLASHBACK TO ggadmin;
GRANT EXECUTE ON UTL_FILE TO ggadmin;

-- 3. 启用GoldenGate捕获进程所需的权限
EXEC DBMS_GOLDENGATE_AUTH.GRANT_ADMIN_PRIVILEGE('GGADMIN', CONTAINER=>'ALL');

2. GoldenGate配置

源端配置(AWS)

bash
-- 1. 配置Manager进程
EDIT PARAMS MGR
PORT 7809
DYNAMICPORTLIST 7810-7909
AUTORESTART EXTRACT *, RETRIES 5, WAITMINUTES 3
PURGEOLDEXTRACTS ./dirdat/*, USECHECKPOINTS, MINKEEPDAYS 7

-- 2. 启动Manager进程
START MGR

-- 3. 创建Extract进程
EDIT PARAMS EXT1
EXTRACT EXT1
USERID ggadmin@PROD_AWS, PASSWORD ggadmin
EXTTRAIL ./dirdat/et
TABLE SCOTT.*;

-- 4. 创建Data Pump进程
EDIT PARAMS DP1
EXTRACT DP1
USERID ggadmin@PROD_AWS, PASSWORD ggadmin
RMTHOST azure_host, MGRPORT 7809
RMTTRAIL ./dirdat/rt
TABLE SCOTT.*;

-- 5. 注册Extract进程
ADD EXTRACT EXT1, TRANLOG, BEGIN NOW
ADD EXTTRAIL ./dirdat/et, EXTRACT EXT1, MEGABYTES 100
ADD EXTRACT DP1, EXTTRAILSOURCE ./dirdat/et
ADD RMTTRAIL ./dirdat/rt, EXTRACT DP1, MEGABYTES 100

-- 6. 启动Extract进程
START EXT1
START DP1

目标端配置(Azure)

bash
-- 1. 配置Manager进程
EDIT PARAMS MGR
PORT 7809
DYNAMICPORTLIST 7810-7909
AUTORESTART EXTRACT *, RETRIES 5, WAITMINUTES 3
PURGEOLDEXTRACTS ./dirdat/*, USECHECKPOINTS, MINKEEPDAYS 7

-- 2. 启动Manager进程
START MGR

-- 3. 创建Replicat进程
EDIT PARAMS REP1
REPLICAT REP1
USERID ggadmin@DR_AZURE, PASSWORD ggadmin
ASSUMETARGETDEFS
DISCARDFILE ./dirrpt/rep1.dsc, PURGE
MAP SCOTT.*, TARGET SCOTT.*;

-- 4. 注册Replicat进程
ADD REPLICAT REP1, EXTTRAIL ./dirdat/rt, NODBCHECKPOINT

-- 5. 启动Replicat进程
START REP1

Oracle 19c与21c跨云灾备新特性

Oracle 19c增强特性

  1. 云原生集成增强

    • 更好的OCI、AWS、Azure集成
    • 支持在云环境中自动部署Data Guard
    • 增强的云备份和恢复功能
  2. Data Guard增强

    • 支持Far Sync Standby,降低主库网络延迟
    • 增强的Active Data Guard,备库可用于更多只读操作
    • 自动执行计划演进
  3. GoldenGate增强

    • 支持更多云平台和数据源
    • 增强的监控和管理功能
    • 更好的性能和可靠性

Oracle 21c增强特性

  1. 跨云Data Guard增强

    • 简化了跨云Data Guard的配置
    • 增强了跨云Data Guard的性能
    • 支持更多云平台之间的Data Guard配置
  2. 云原生自动化

    • 增强的自动化配置工具,简化跨云灾备部署
    • 支持基础设施即代码(IaC),如Terraform、Ansible
    • 更好的云平台API集成
  3. 性能优化

    • 针对云环境的性能优化
    • 增强的压缩和加密功能,减少网络带宽消耗
    • 自适应网络带宽调整
  4. 安全性增强

    • 增强的加密功能,保护跨云数据传输
    • 更好的身份验证和授权机制
    • 增强的审计和合规功能

跨云灾备监控与维护

1. 监控指标

Data Guard监控指标

  • Redo传输延迟
  • Redo应用延迟
  • 日志序列差距
  • 备库状态
  • 网络延迟和带宽使用
  • 磁盘空间使用情况

GoldenGate监控指标

  • Extract和Replicat进程状态
  • Trail文件大小和增长速度
  • 数据处理速率
  • 复制错误和Discard文件
  • 冲突解决统计

2. 监控工具

监控工具功能适用场景
Oracle Enterprise Manager全面的Oracle数据库和GoldenGate监控企业级监控,适合大型环境
CloudWatch/Azure Monitor云平台原生监控服务云环境监控,与云平台集成
Prometheus + Grafana开源监控解决方案,可自定义监控指标灵活的监控需求,适合各种规模
Zabbix开源监控工具,支持Oracle和GoldenGate监控中小型环境,预算有限
GoldenGate Director专门用于GoldenGate监控和管理的工具GoldenGate专用监控

3. 定期维护任务

每日维护

  • 检查主备库状态
  • 监控Redo传输和应用延迟
  • 检查GoldenGate进程状态
  • 检查网络连接状态

每周维护

  • 验证备库的数据一致性
  • 检查磁盘空间使用情况
  • 清理旧的日志和Trail文件
  • 检查备份状态

每月维护

  • 执行跨云灾备切换演练
  • 更新统计信息
  • 检查数据库和GoldenGate的补丁状态
  • 优化性能

季度维护

  • 完整的灾难恢复测试
  • 性能评估和优化
  • 更新灾备文档
  • 培训和知识共享

跨云灾备切换管理

1. 切换类型

切换类型触发原因数据丢失风险操作流程适用场景
计划内切换(Switchover)主库维护、升级、迁移主备角色互换,可控主库维护、数据中心迁移
计划外切换(Failover)主库灾难性故障可能丢失部分数据将备库提升为主库主库故障、灾难事件
测试切换灾备演练模拟故障场景,验证灾备系统灾备演练、有效性验证

2. Data Guard切换流程

计划内切换

sql
-- 1. 验证主库和备库状态
SELECT SWITCHOVER_STATUS FROM V$DATABASE; -- 主库应返回TO STANDBY

-- 2. 主库切换为备库
ALTER DATABASE COMMIT TO SWITCHOVER TO PHYSICAL STANDBY WITH SESSION SHUTDOWN;

-- 3. 关闭并重启原主库
SHUTDOWN IMMEDIATE;
STARTUP MOUNT;

-- 4. 备库切换为主库
ALTER DATABASE COMMIT TO SWITCHOVER TO PRIMARY;

-- 5. 打开新主库
ALTER DATABASE OPEN;

-- 6. 启动新备库的Redo应用
ALTER DATABASE RECOVER MANAGED STANDBY DATABASE USING CURRENT LOGFILE DISCONNECT;

计划外切换

sql
-- 1. 确认原主库已不可用

-- 2. 备库执行故障切换准备
ALTER DATABASE RECOVER MANAGED STANDBY DATABASE FINISH FORCE;

-- 3. 备库切换为主库
ALTER DATABASE COMMIT TO SWITCHOVER TO PRIMARY;

-- 4. 打开新主库
ALTER DATABASE OPEN;

-- 5. 如果需要,重建原主库作为备库

3. GoldenGate切换流程

计划内切换

bash
-- 1. 停止源端的Extract进程
STOP EXT1
STOP DP1

-- 2. 等待目标端的Replicat进程应用完所有Trail文件
INFO REP1

-- 3. 切换业务流量到目标端

-- 4. 在目标端配置新的Extract进程,捕获目标端的变更

-- 5. 在源端配置新的Replicat进程,应用目标端的变更

-- 6. 启动新的Extract和Replicat进程

计划外切换

bash
-- 1. 确认源端已不可用

-- 2. 等待目标端的Replicat进程应用完所有可用的Trail文件
INFO REP1

-- 3. 切换业务流量到目标端

-- 4. 在目标端配置新的Extract进程,捕获目标端的变更

-- 5. 当源端恢复后,在源端配置新的Replicat进程,应用目标端的变更

-- 6. 启动新的Extract和Replicat进程

跨云灾备最佳实践

1. 架构设计最佳实践

  • 选择合适的架构模式:根据业务需求选择主备模式、双活模式或多活模式
  • 优先考虑Data Guard或GoldenGate:对于Oracle数据库,这两种方案最为成熟和可靠
  • 设计冗余网络架构:配置多条网络链路,确保主备库之间的通信可靠性
  • 考虑云平台的地域和可用区:选择距离合适的地域和可用区,平衡RTO/RPO和成本
  • 设计合理的存储架构:选择合适的存储类型和配置,确保性能和可靠性

2. 配置和部署最佳实践

  • 使用基础设施即代码(IaC):如Terraform、Ansible,简化跨云灾备部署
  • 保持版本一致性:尽量保持主备库的Oracle版本和补丁一致
  • 配置适当的压缩和加密:减少网络带宽消耗,保护数据安全
  • 优化网络配置:配置QoS,优先保障数据库同步流量
  • 使用自动化工具:如Oracle Enterprise Manager、CloudWatch,简化监控和管理

3. 监控和维护最佳实践

  • 建立完善的监控体系:监控关键指标,及时发现和解决问题
  • 配置告警机制:设置合理的告警阈值,及时通知DBA
  • 定期进行灾备演练:至少每半年进行一次灾备切换演练
  • 保持文档更新:及时更新跨云灾备配置和切换文档
  • 培训团队成员:确保团队成员掌握跨云灾备的管理和操作技能

4. 成本优化最佳实践

  • 选择合适的云平台和实例类型:根据业务需求选择合适的云平台和实例类型
  • 使用按需付费或预留实例:根据业务需求选择合适的计费方式
  • 优化存储配置:根据数据重要性选择合适的存储类型和备份策略
  • 共享灾备资源:多个系统共享同一个跨云灾备环境,降低成本
  • 定期评估资源使用情况:及时调整资源配置,避免资源浪费

常见问题与故障处理

1. Data Guard常见问题

问题1:Redo传输延迟过高

原因

  • 网络带宽不足
  • 网络延迟过高
  • 主库或备库负载过高
  • Redo日志生成速度过快

解决方案

  • 增加网络带宽
  • 调整Redo传输模式(从同步改为异步)
  • 使用Far Sync Standby
  • 优化主库或备库的性能
  • 调整Redo日志大小和数量

问题2:备库应用延迟过高

原因

  • 备库资源不足
  • 复杂的SQL语句导致应用缓慢
  • 备库上的只读查询导致资源竞争
  • Redo日志生成速度过快

解决方案

  • 增加备库的资源(CPU、内存)
  • 优化备库上的SQL语句
  • 考虑使用多个备库,分离只读查询和Redo应用
  • 调整备库的并行应用设置
  • 优化主库的SQL语句,减少Redo日志生成量

2. GoldenGate常见问题

问题1:Extract进程异常终止

原因

  • 源端数据库连接中断
  • 源端数据库结构变更
  • Extract进程遇到无法处理的变更
  • 磁盘空间不足

解决方案

  • 检查源端数据库状态和连接
  • 重新初始化Extract进程
  • 检查并修复数据结构变更
  • 清理磁盘空间,增加磁盘容量

问题2:Replicat进程出现复制错误

原因

  • 目标端数据与源端不一致
  • 目标端数据库结构变更
  • 数据冲突
  • 权限问题

解决方案

  • 检查并修复目标端数据一致性
  • 重新初始化Replicat进程
  • 配置合适的冲突检测和解决策略
  • 检查并修复权限问题

3. 网络常见问题

问题1:跨云网络连接中断

原因

  • 云平台网络故障
  • 网络配置错误
  • 防火墙或安全组规则变更
  • 网络设备故障

解决方案

  • 检查云平台状态页面,确认是否有网络故障
  • 检查网络配置,修复错误
  • 检查防火墙和安全组规则,确保正确配置
  • 联系云平台支持,解决网络设备故障

问题2:网络延迟过高

原因

  • 云平台之间的距离过远
  • 网络带宽不足
  • 网络拥堵
  • 网络设备配置不当

解决方案

  • 选择距离较近的云平台地域
  • 增加网络带宽
  • 优化网络路由
  • 调整网络设备配置,如MTU、QoS等

常见问题(FAQ)

Q1: 如何选择合适的跨云灾备方案?

A1: 选择跨云灾备方案时,需要考虑以下因素:

  • 业务需求:RTO/RPO要求,业务重要性
  • 技术条件:数据库版本、平台类型、网络条件
  • 成本预算:许可成本、云平台成本、人力成本
  • 团队技能:团队成员的技术水平和经验
  • 合规要求:行业合规性和数据保护要求

Q2: 跨云灾备的网络带宽如何估算?

A2: 网络带宽估算公式:

所需带宽 = 每日日志生成量 / 每日复制时间 / 网络利用率系数
  • 每日日志生成量:主库每天生成的Redo日志量或GoldenGate Trail文件量
  • 每日复制时间:考虑到网络波动,通常按20小时计算
  • 网络利用率系数:通常为0.7,根据实际情况调整

示例:如果主库每天生成100GB的Redo日志,所需带宽约为:

100GB / 20小时 / 0.7 ≈ 7.14GB/小时 ≈ 16.5Mbps

Q3: 如何验证跨云灾备的有效性?

A3: 验证跨云灾备有效性的方法:

  1. 定期进行灾备切换演练,验证RTO/RPO指标
  2. 定期检查备库的数据一致性
  3. 监控备库的应用延迟
  4. 测试备库的恢复能力
  5. 模拟各种故障场景,验证灾备系统的响应
  6. 检查监控和告警机制是否正常工作

Q4: 跨云灾备的成本如何控制?

A4: 控制跨云灾备成本的方法:

  1. 选择合适的云平台和实例类型,避免过度配置
  2. 使用按需付费或预留实例,优化计费方式
  3. 选择合适的网络连接方式,平衡成本和性能
  4. 使用压缩和加密技术,减少网络带宽消耗
  5. 共享灾备资源,多个系统共享同一个灾备环境
  6. 定期评估资源使用情况,及时调整配置
  7. 考虑使用云平台的免费或低成本服务

Q5: 如何处理跨云灾备中的数据一致性问题?

A5: 处理数据一致性问题的方法:

  1. 使用成熟的复制技术,如Data Guard或GoldenGate
  2. 定期验证主备库的数据一致性,如使用DBMS_COMPARISON包
  3. 配置完善的监控机制,及时发现数据不一致问题
  4. 建立数据不一致的应急处理流程
  5. 考虑使用分布式事务或两阶段提交,确保数据一致性
  6. 设计合理的应用架构,避免数据一致性问题

Q6: Oracle 21c在跨云灾备方面有哪些值得关注的新特性?

A6: Oracle 21c在跨云灾备方面的主要新特性:

  1. 简化了跨云Data Guard的配置和管理
  2. 增强了与云平台的集成,如OCI、AWS、Azure
  3. 针对云环境进行了性能优化,减少网络带宽消耗
  4. 增强的自动化工具,简化跨云灾备部署
  5. 支持基础设施即代码(IaC),如Terraform、Ansible
  6. 增强的安全性功能,保护跨云数据传输
  7. 更好的监控和管理功能,简化跨云灾备运维

总结

Oracle跨云灾备是多云架构的重要组成部分,能够提供更高的可用性和灾难恢复能力。本文详细介绍了跨云灾备的架构设计、实现方法、监控维护和最佳实践,帮助DBA构建可靠的跨云灾备系统。

在实施跨云灾备时,需要根据业务需求选择合适的架构模式、数据同步方式和网络连接方式。优先考虑Data Guard或GoldenGate,这两种方案最为成熟和可靠。同时,需要建立完善的监控和维护机制,定期进行灾备切换演练,确保灾备系统的有效性。

随着Oracle 19c和21c的发布,跨云灾备的配置和管理变得更加简单和高效。DBA应关注Oracle新版本的跨云灾备特性,及时更新技能,为企业构建更加可靠和高效的跨云灾备系统。