基于RAC+DataGuard構建醫(yī)院高可用HIS系統(tǒng)研究與應用

黃偉

摘要： 目的：基于Oracle RAC和DataGuard技術構建醫(yī)院高可用HIS系統(tǒng)，保障HIS業(yè)務系統(tǒng)平穩(wěn)運行，生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全可靠。方法：運用RAC技術在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心部署HIS系統(tǒng)作為主庫，同時在異地數(shù)據(jù)中心部署DataGuard作為備庫，主庫LNS進程實時傳輸HIS主庫在線以及歸檔日志至DataGuard備庫進行日志重演，實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份。結果：整套系統(tǒng)的設計無單點故障，將容災和備份相結合，將二者融為一體。結論：通過 RAC和DataGuard技術構建的HIS系統(tǒng)可以有效地減少醫(yī)院HIS系統(tǒng)宕機率，是行之有效的高可用建設方案。

關鍵詞： RAC;DataGuard;高可用;容災;備份

中圖分類號：TP392? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0217-03

Abstract：Objective： Based on Oracle RAC and DataGuard technology， we build our highly available HIS system to ensure the smooth operation of HIS business system and the safety and reliability of production data. Methods： Using RAC technology to deploy HIS system as the main library in our data center， and dataaGuard as the repository in the offso-location data center， transmitting THE main library online and archived logs to DataGuard repository in real time through ORACLE Net network， the repository log receiving process RFS saves the master library log to the local， and the log application process MRP implements log repetition in the DataGuard host to achieve data backup. The DataGuard host is also managed through Data Guard Broker， and the RAC master library is automatically Failvoer repository in the event of a failure. Results： The whole system is designed with no single point of failure， which combines disaster tolerance and backup to combine the two. Conclusion： The HIS system built by RAC and DataGuard technology can effectively reduce the downtime rate of hospital HIS system， and is an effective high-availability construction scheme.

Keywords： RAC; DataGuard; Highly available; Disaster tolerance; Backup

1 引言

近年來，隨著醫(yī)療信息化水平的提升，各級醫(yī)院逐步建成以HIS為中心的門診收費、住院收費、住院醫(yī)生站、電子病歷等醫(yī)院信息化系統(tǒng)，醫(yī)院HIS系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性決定了醫(yī)院能否正常運營。因此構建高可用的HIS系統(tǒng)不僅可以提高醫(yī)院的服務水平與核心競爭力，同時還可以提升醫(yī)生的工作效率，使醫(yī)生有更多的時間為患者服務，從而提升患者滿意度和信任度，無形之中樹立起了良好的口碑。本研究旨在運用RAC和DataGuard技術實現(xiàn)構建高可用醫(yī)院HIS系統(tǒng)，保障醫(yī)院業(yè)務平穩(wěn)運行以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全，從而更好地為患者服務。

2 資料與方法

2.1 RAC技術介紹

Oracle RAC 是運行于集群ClusterWare軟件之上，用來在集群環(huán)境下實現(xiàn)多實例共享數(shù)據(jù)庫，以保證應用的高可用性;同時可以自動實現(xiàn)并行處理及負載均衡，并能實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫在故障時的容錯和無斷點恢復，如果集群內(nèi)的一個節(jié)點發(fā)生故障，Oracle 將可以繼續(xù)在其余的節(jié)點上運行。它是oracle數(shù)據(jù)庫支持網(wǎng)絡計算環(huán)境的核心技術 [1] 。RAC的實質是位于不同操作系統(tǒng)的Oracle實例節(jié)點同時訪問同一個Oracle數(shù)據(jù)庫，每個節(jié)點間通過私有網(wǎng)絡進行通信，互相監(jiān)控節(jié)點的運行狀態(tài)，oracle數(shù)據(jù)庫所有的數(shù)據(jù)文件、聯(lián)機日志文件、控制文件、參數(shù)文件等均放在集群的共享存儲設備上，RAC的基本架構如圖1所示：

2.2 DataGuard技術介紹

Oracle DataGuard是Oacle數(shù)據(jù)同步功能，基本原理是將日志文件從原數(shù)據(jù)庫傳輸?shù)侥繕藬?shù)據(jù)庫，然后在目標數(shù)據(jù)庫上應用這些日志文件，從而使目標數(shù)據(jù)庫與源數(shù)據(jù)庫保持同步，是一種數(shù)據(jù)庫級別的高可用性方案[2]。DataGuard可以提供Oracle數(shù)據(jù)庫的冗災、數(shù)據(jù)保護、故障恢復等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫快速切換與災難性恢復。在生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的保證"事務一致性"時，使用生產(chǎn)庫的物理全備份創(chuàng)建備庫，備庫會通過生產(chǎn)庫傳輸過來的歸檔日志或重做條目自動維護備用數(shù)據(jù)庫?？梢愿鶕?jù)不同業(yè)務需求部署為最大保護、最大可用性、最大性能三種部署模式 [2]。

2.3 設計與方法

2.3.1高可用HIS方案設計

本方案中通過在醫(yī)院主數(shù)據(jù)中心部署雙節(jié)點RAC主數(shù)據(jù)庫，在醫(yī)院災備機房部署雙節(jié)點DataGuard災備數(shù)據(jù)庫。如圖2所示所有應用程序通過RAC的SCAN IP連接到RAC主數(shù)據(jù)庫上，主庫上啟用RAC負載均衡和透明切換Failover功能，應用程序所有的事務產(chǎn)生的任何數(shù)據(jù)變化首先會記錄在本地在線和歸檔日志文件中、同時主庫LNS進程將產(chǎn)生變化的日志文件通過Oracle Net傳輸至DataGuard備庫。RSF日志接收進程將接收的日志存入備庫StandBy日志文件中，日志應用進程MRP應用接收的日志，從而實現(xiàn)和主庫數(shù)據(jù)同步以及異地災備功能，通過配置Data Guard Broker管理Data Guard 備庫，當監(jiān)聽到主庫故障時自動進行failover至備庫 [3]。

如果主RAC數(shù)據(jù)庫的某個節(jié)點出現(xiàn)如主機故障、網(wǎng)絡故障時該節(jié)點上的 SCAN IP會自動漂移至該RAC數(shù)據(jù)庫的另一個節(jié)點，已經(jīng)連接在發(fā)生故障的節(jié)點上的會話，會通過透明切換的功能，將這些會話轉移至其他另一個節(jié)點上繼續(xù)運行。而這些錯誤的發(fā)生，對應用程序而言沒有任何影響，不需要做任何修改，應用程序就可以繼續(xù)在主RAC數(shù)據(jù)庫上繼續(xù)運行，整個過程對用戶是透明無感知的。

如果主RAC數(shù)據(jù)庫兩個節(jié)點都出現(xiàn)故障，此時則主RAC數(shù)據(jù)庫將完全停止，需要對主RAC數(shù)據(jù)庫進行恢復才可以繼續(xù)使用。當Data Guard Broker監(jiān)聽到RAC主庫完全故障時，迅速將Data Guard備庫激活成主庫，確保業(yè)務的正常運行。

2.3.2高可用數(shù)據(jù)容災方法

主RAC庫hisdb上日志同步模式啟用最大可用性模式，將主庫log_archive_dest_2日志保存路徑通過LGWR進程采用ASYNC異步模式同步至災備主機hisdg上，同時指定hisdb和hisdg聯(lián)機數(shù)據(jù)文件和日志文件在角色切換時轉換關系。

sql> alter system set log_archive_dest_1='LOCATION=USE_DB_RECOVERY_FIL E_DEST db_unique_name=hisdb valid_for=（ALL_LOGFILES， ALL_ROLES）'; log_archive_dest_2='SERV ICE=hisdg LGWR ASYNC db_unique_name=hisdg valid_for=（ONLINE_LOGFIL ES，PRIMARY_ROLE）'? scope=both sid=*;

sql> alter system set? *.db_file_name_convert=（'hisdg'，hisdb'） scope=both? sid=*;

sql>alter system set? *.log_file_name_convert= （hisdg，'hisdb'） scope=both? sid=*;

備庫hisdg上日志同步模式也啟用最大可用性模式，將備庫log_archive_dest_2日志保存路徑通過LGWR進程采用ASYNC異步模式同步主庫hisdb上，同時指定角色切換時聯(lián)機數(shù)據(jù)文件和日志文件數(shù)據(jù)轉換關系。

sql> alter system set log_archive_dest_1='LOCATION=USE_DB_RECOVERY_FIL E_DEST db_unique_name=hisdg valid_for=（ALL_LOGFILES， ALL_ROLES）'; log_archive_dest_2='SERV ICE=hisdb LGWR ASYNC db_unique_name=hisdb valid_for=（ONLINE_LOGFIL ES，PRIMARY_ROLE）'? scope=both sid=*;

sql> alter system set? *.db_file_name_convert=（hisdb，hisdg'） scope=both? sid=*;

sql>alter system set? *.log_file_name_convert= （hisdb，'hisdg'） scope=both? sid=*;

備庫啟用實時日志同步接收進程，RFS將主庫日志保存至本地，日志應用進程MRP在備庫主機實現(xiàn)日志重演，實現(xiàn)數(shù)據(jù)異地備份 [4]。

Sql> ALTER DATABASE RECOVER MANAGED STANDBY DATABASE USING CURRENT LOGFILE DISCONNECT FROM SESSION;

2.3.3 Data Guard Broker自動Failvoer管理

通過Data Guard Broker 分布式管理框架，自動化Data Guard配置的創(chuàng)建、維護和監(jiān)視，并使用DGMGRL命令行管理工具簡化對Data Guard主機的管理，進行集中化的統(tǒng)一管理 [5]。配置Data Guard 為最高可用性或最佳性能模式同時啟用 Fast-Start Failover 在Broker 的基礎上再增加了一個單獨的 observer，用來監(jiān)控 hisdb和 hisdg數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)，一旦 hisdb不可用，observer 就會自動的切換到指定的備庫上，同時客戶端啟用TAF功能。當數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障時自動檢測發(fā)現(xiàn)主機故障，實現(xiàn)主備切換，故障轉移，以此保障HIS業(yè)務系統(tǒng)的高可用性。

3 成效

3.1 實現(xiàn)高可用HIS無單點故障

通過RAC雙機模式部署的HIS系統(tǒng)，采用雙擊并行的方式，通過虛擬SCAN IP地址對外提供HIS服務。RAC集群的所有成員都同時接收對外請求，實現(xiàn)了容錯、單點的故障解決。故障容錯和無縫切換功能，將硬件和軟件錯誤造成的影響最小化，能夠保證在集群中只要有一個節(jié)點存活，就能正常對外提供服務。同時可以實現(xiàn)多節(jié)點負載均衡，不同節(jié)點可以相互配合，分擔負載，可以實現(xiàn)基于服務端或者客戶端的負載均衡，有效保障了HIS的穩(wěn)定性。

3.2 實現(xiàn)HIS生產(chǎn)數(shù)據(jù)容災

依靠Data Guard全面的創(chuàng)建、維護、管理和監(jiān)控一個或多個備數(shù)據(jù)庫，使得生產(chǎn)HIS數(shù)據(jù)庫在遇到災難和數(shù)據(jù)損壞中得以幸存。Data Guard 實時同步生產(chǎn)數(shù)據(jù)，維護備數(shù)據(jù)庫作為生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的事務一致性拷貝。如生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫因為計劃的或計劃外的突發(fā)中斷而變得不可用。Data Guard 能切換任何備數(shù)據(jù)為生產(chǎn)角色，從而最小化中斷引起的宕機時間。將傳統(tǒng)的備份、恢復和cluster技術一起使用，以提供高級別的數(shù)據(jù)保護和數(shù)據(jù)可用性及容災。

3.3 實現(xiàn)HIS故障時自動切換

采用分布式的管理構架，自動化Data Guard 配置的創(chuàng)建、維護、和監(jiān)控。當HIS數(shù)據(jù)庫變得不可用時快速啟動故障轉移來自動轉移故障。由Data Guard broker自行決定是否需要故障轉移，并自動啟動故障轉移到指定的目標備數(shù)據(jù)庫，無需DBA的介入并且不丟失數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動無縫、無感知切換。

4 討論

HIS簡稱醫(yī)院運營管理系統(tǒng)，是為醫(yī)院的整體運行提供全面的自動化運營管理及各種醫(yī)療服務的信息系統(tǒng)，是醫(yī)院日常業(yè)務正常開展的核心所在。傳統(tǒng)的HIS系統(tǒng)采用單臺主機提供服務的方式存在很多弊端，容易形成單點故障，單臺HIS提供服務方式在發(fā)生系統(tǒng)故障時HIS服務將不可用，存在安全風險。傳統(tǒng)基于的RMAN的本地數(shù)據(jù)備份方式，沒有完全實現(xiàn)容災的功能，故障時需DBA手工恢復且恢復時間較長，恢復期間HIS業(yè)務將服務使用，這是醫(yī)院無法承受的 [6]。

目前隨著國家公立醫(yī)院智慧醫(yī)院建設以及三級公立醫(yī)院績效級考核工作的推進，醫(yī)院在以HIS系統(tǒng)為中心信息化建設工作中對整體HIS系統(tǒng)日常系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全性的要求越來越高。這也是醫(yī)院智慧醫(yī)院評級、互聯(lián)互通等級測評以及電子病歷評級工作中的最基礎要求。為了行之有效的解決這類問題，規(guī)避傳統(tǒng)HIS系統(tǒng)的設計弊端，唯一解決的方法即徹底顛覆傳統(tǒng)HIS的設計思想，建立可靠、安全、節(jié)約成本的HIS系統(tǒng)。

相比于傳統(tǒng)的HIS系統(tǒng)，基于RAC+DataGuard技術構建的HIS系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：①解決單點故障：如果有節(jié)點故障，其他節(jié)點可以繼續(xù)提供服務和多節(jié)點負載均衡，不同節(jié)點可以相互配合分擔負載。②高可用服務：實現(xiàn)故障容錯和無縫切換，將硬件和軟件錯誤造成的影響最小化，能夠保證在集群中只要有一個節(jié)點存活，就能正常對外提供服務。③全方位的數(shù)據(jù)容災：生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時同步至異地主機，確保數(shù)據(jù)安全，實時監(jiān)控主服務狀態(tài)，故障時自動無縫切換接管。④節(jié)約成本：能使用較低廉的服務器來實現(xiàn)高可用性、高吞吐量的集群環(huán)境，比通過使用高端服務器增加硬件實現(xiàn)高可用性、高吞吐量花費的成本低很多。因此基于RAC+DataGuard技術構建的HIS系統(tǒng)突破傳HIS系統(tǒng)的局限，更加靈活、有效地在醫(yī)療機構中發(fā)揮作用，應得到積極研究與推廣應用。

參考文獻：

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[2] 林樹澤，盧芬，柳冬青.Oracle DBA 高可用、備份恢復與性能優(yōu)化[M].北京：清華大學出版社，2015.

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[4] 李鵬.Oracle數(shù)據(jù)庫RAC技術解決方案及分析[J].電腦編程技巧與維護，2013（24）：31-32，45.

[5] 李丙洋.涂抹Oracle：三思筆記之一步一步學ORACLE[M].北京：水利水電出版社，2010.

[6] 蓋國強.Oracle DBA手記·4：數(shù)據(jù)安全警示錄[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

【通聯(lián)編輯：王力】