數(shù)據(jù)庫(kù)容災(zāi)技術(shù)在裝配MES系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

王鵬

（洛陽(yáng)光電技術(shù)發(fā)展中心，洛陽(yáng) 471000）

0 引言

隨著“大數(shù)據(jù)”時(shí)代的到來(lái)，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(zāi)建設(shè)則成為保護(hù)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(guò)程中形成的重要數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)于該系統(tǒng)上，作為核心組件的數(shù)據(jù)庫(kù)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(yán)重的影響。本文通過(guò)研究和應(yīng)用Oracle高可用技術(shù)Data Guard，在該企業(yè)災(zāi)備中心建立裝配MES容災(zāi)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)主備數(shù)據(jù)庫(kù)同步，提升了裝配MES系統(tǒng)的容災(zāi)能力，其數(shù)據(jù)的完整性指標(biāo)和故障恢復(fù)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(yùn)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(hù)方式是利用NetWorker虛擬磁帶庫(kù)技術(shù)將數(shù)據(jù)復(fù)制到備份存儲(chǔ)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(shè)還存在以下問(wèn)題：

圖1 裝配MES運(yùn)行架構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生故障時(shí)，只能恢復(fù)到備份時(shí)間點(diǎn)以前的數(shù)據(jù)，將丟失最近備份點(diǎn)到災(zāi)難發(fā)生時(shí)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（RPO大約為8小時(shí)）；系統(tǒng)崩潰需要較長(zhǎng)的故障恢復(fù)時(shí)間（RTO大約為3個(gè)小時(shí)），嚴(yán)重影響用戶的正常使用和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)性；

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)自身的容災(zāi)能力較弱，其管理和維護(hù)對(duì)系統(tǒng)管理員的依賴程度很高，人為的誤操作會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失或邏輯錯(cuò)誤，影響數(shù)據(jù)的完整性，同時(shí)也加大了系統(tǒng)管理員的壓力。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究及實(shí)現(xiàn)

2.1 總體思路

本文基于Oracle提供的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)——Data Guard，在某企業(yè)災(zāi)備中心建立裝配MES災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)主備數(shù)據(jù)庫(kù)同步（圖2中雙箭頭實(shí)線）。正常情況下，用戶通過(guò)裝配MES應(yīng)用訪問(wèn)主數(shù)據(jù)庫(kù)（圖2中單箭頭實(shí)線），當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生故障不能正常訪問(wèn)時(shí)，用戶能夠通過(guò)應(yīng)用訪問(wèn)災(zāi)備中心的容災(zāi)數(shù)據(jù)庫(kù)（圖2中單箭頭虛線）；當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)正常時(shí)，用戶通過(guò)裝配MES應(yīng)用繼續(xù)訪問(wèn)原主數(shù)據(jù)庫(kù)。其運(yùn)行架構(gòu)如圖2所示：

圖2 裝配MES數(shù)據(jù)庫(kù)容災(zāi)架構(gòu)圖

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

為滿足某企業(yè)裝配MES數(shù)據(jù)庫(kù)的容災(zāi)需求，本文完成了重做日志傳輸、重做日志應(yīng)用及主備庫(kù)切換等主要功能模塊的設(shè)計(jì)與程序?qū)崿F(xiàn)，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證與性能分析，其設(shè)計(jì)原理圖如圖3所示：

圖3 裝配MES數(shù)據(jù)庫(kù)容災(zāi)原理圖

（1）重做日志傳輸功能

本文中主數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)機(jī)重做日志由6組聯(lián)機(jī)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(kù)端重做條目的一致性，且重做條目能被及時(shí)應(yīng)用至災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)文件中，組成災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)的備重做日志的備重做日志文件設(shè)計(jì)為7組（SLOG1-SLOG7），每組大小與聯(lián)機(jī)日志文件一樣，均為1GB。聯(lián)機(jī)重做日志文件和備重做日志文件均能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)切換和自動(dòng)歸檔（寫(xiě)滿一組切換至下一組，自動(dòng)對(duì)寫(xiě)滿的聯(lián)機(jī)重做或備重做日志文件進(jìn)行歸檔），且歸檔日志能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)回收，釋放磁盤(pán)空間。

（2）歸檔日志自動(dòng)回收功能

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和災(zāi)備服務(wù)器本地磁盤(pán)空間均為500GB，裝配MES數(shù)據(jù)庫(kù)每天產(chǎn)生的歸檔日志為50GB，歸檔日志寫(xiě)滿磁盤(pán)空間時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致主備數(shù)據(jù)庫(kù)均不能正常訪問(wèn)。本文在主備數(shù)據(jù)庫(kù)端建立快速恢復(fù)區(qū)實(shí)現(xiàn)歸檔日志自動(dòng)回收功能，即重做條目成功傳送至災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)后，主數(shù)據(jù)庫(kù)中快速恢復(fù)區(qū)內(nèi)相應(yīng)的歸檔數(shù)據(jù)就可以被自動(dòng)覆蓋；備重做日志文件中的重做條目成功應(yīng)用至災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)后，備數(shù)據(jù)庫(kù)快速恢復(fù)區(qū)內(nèi)相應(yīng)的歸檔條目也可以被自動(dòng)覆蓋；自動(dòng)回收功能最大限度地保證了主備庫(kù)歸檔日志的保留時(shí)間（歸檔日志可用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行恢復(fù)），本文中主備庫(kù)歸檔日志的保留時(shí)間大約為5天。

（3）重做日志應(yīng)用功能

該功能主要實(shí)現(xiàn)將傳送至備重做日志中的重做條目實(shí)時(shí)地應(yīng)用到災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)文件中，實(shí)現(xiàn)主備數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)同步。

如圖3所示，主數(shù)據(jù)庫(kù)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(fù)進(jìn)程（MRP）應(yīng)用該重做條目，立刻修改災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊，更新災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)的記錄信息。

（4）主備庫(kù)切換功能

該功能實(shí)現(xiàn)裝配MES主數(shù)據(jù)庫(kù)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(jí)測(cè)試，通過(guò)手動(dòng)切換將Primary角色的主數(shù)據(jù)庫(kù)切換至Standby角色，將Standby角色的災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)切換至Primary角色；故障切換功能實(shí)現(xiàn)當(dāng)裝配MES主數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)故障時(shí)，可以將災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)切換成Primary角色接替主數(shù)據(jù)庫(kù)正常工作，保證用戶可以正常訪問(wèn)裝配MES系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)測(cè)試及實(shí)施效果

3.1 系統(tǒng)測(cè)試

本文的研究將裝配MES主數(shù)據(jù)庫(kù)部署在Red hat Linux 6.6（64位）操作系統(tǒng)平臺(tái)上，數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)EMC VNX5500上；裝配MES災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)部署在Red hat Linux 6.6（64位）操作系統(tǒng)平臺(tái)上，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle 11g R2（64位）企業(yè)版，災(zāi)備數(shù)據(jù)存放在共享存儲(chǔ)EMC CX240上，容災(zāi)拓?fù)鋱D如圖4所示。

圖4 裝配MES系統(tǒng)容災(zāi)拓?fù)涫疽鈭D

（1）重做傳輸功能測(cè)試

本試驗(yàn)利用聯(lián)機(jī)重做日志和備重做日志自動(dòng)切換和自動(dòng)歸檔的特性，查詢當(dāng)前聯(lián)機(jī)重做日志文件序列號(hào)和當(dāng)前備重做日志文件的序列號(hào)，如圖5、圖6所示，序列號(hào)相同且均為155780，對(duì)主數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行增、刪、改、更新產(chǎn)生的操作日志同步到了災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)端。

圖5 當(dāng)前聯(lián)機(jī)重做日志文件序列號(hào)

圖6 當(dāng)前備重做日志文件序列號(hào)

（2）歸檔日志自動(dòng)回收功能測(cè)試

本試驗(yàn)建立主備數(shù)據(jù)庫(kù)的快速恢復(fù)區(qū)，快速恢復(fù)區(qū)大小均設(shè)置為300GB，將歸檔日志存放在快速恢復(fù)區(qū)內(nèi)，查詢主備庫(kù)快速恢復(fù)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(kù)快速恢復(fù)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(dòng)覆蓋進(jìn)行空間釋放，如圖8所示，災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)快速恢復(fù)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(dòng)覆蓋進(jìn)行空間釋放，主備庫(kù)歸檔日志均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回收。

圖7 主數(shù)據(jù)庫(kù)快速恢復(fù)區(qū)

圖8 災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)快速恢復(fù)區(qū)狀態(tài)

（3）重做應(yīng)用功能測(cè)試

本試驗(yàn)在裝配MES主數(shù)據(jù)中建立測(cè)試表，對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)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(kù)中存在相同的測(cè)試表，如圖9所示，且表中字段、數(shù)據(jù)與主數(shù)據(jù)庫(kù)中相同，從主數(shù)據(jù)庫(kù)傳輸至災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)的重做條目成功應(yīng)用至災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)中。

圖9 主備數(shù)據(jù)庫(kù)中的測(cè)試表

（4）主備庫(kù)切換測(cè)試

本試驗(yàn)?zāi)M裝配MES主數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生故障，如圖10、11所示，系統(tǒng)不能正常訪問(wèn)；將災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)切換成Primary角色，切換后裝配MES系統(tǒng)能夠正常訪問(wèn)，故障切換功能正常。

圖10 出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)

災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)切換:

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

3.2 實(shí)施效果

通過(guò)本文的研究和應(yīng)用，當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生故障時(shí)，災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)能夠快速接替主數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行工作；故障發(fā)生時(shí)，裝配MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性指標(biāo)RPO（即業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的丟失量）由8小時(shí)降低為1小時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)故障恢復(fù)時(shí)間RTO由3小時(shí)降低為0.5小時(shí)。

圖11 故障切換后系統(tǒng)

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究和應(yīng)用的容災(zāi)技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，該企業(yè)的同城異地容災(zāi)機(jī)房已經(jīng)投入使用，后續(xù)可利用本項(xiàng)目研究的數(shù)據(jù)庫(kù)高可用技術(shù)，針對(duì)該企業(yè)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)如 ERP、CAPP、PDM、TDM、門(mén)戶、RAC 集群，在異地容災(zāi)機(jī)房建立災(zāi)備數(shù)據(jù)庫(kù)，提高關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)的容災(zāi)能力。

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