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Oracle 零數據丟失恢復一體機(ZDLRA)


適用于:

    實施企業級Oracle數據庫備份以及管理零數據丟失恢復一體機(英文全稱Zero Data Loss Recovery Appliance ,以下簡稱ZDLRA)的相關人員。



目的:


    深入了解ZDLRA的體系架構,以及硬件軟件的組成。并深入了解相關的核心組件技術。


內容:


一、簡介


    ZDLRA是一個云級別的工程系統設備,設計它的目的是為了保護所有跨企業的oracle數據庫。幾乎所有的oracle數據庫的備份和恢復過程都可以在它上面進行,并且對存儲的利用、性能監測和備份的管理更加高效。ZDLRA利用了RMAN的“incremental­forever”的策略可以在統一的存儲設備上保存和管理多個Oracle數據庫備份。利用持續的壓縮、去重和數據塊級別校驗等技術來及時構建虛擬的數據庫全備份。這個虛擬的數據庫全備份其實就是一個數據庫在一個時間點上的唯一鏡像,ZDLRA通過被保護的數據庫增量備份的索引來維護這個虛擬備份。ZDLRA是Oracle推出又一個優異的一體機產品,在性能,擴展性和可管理性都有著非常好的表現。



二、硬件架構
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 目前 Oracle 推出的恢復一體機有兩種硬件配置,X4­2 和 X5­2。每一種配置中,客戶可以根據自身需求去決定購買哪種配置。從如下表格能看到除了本身節點的硬件從X4­2變成了X5­2之外,單個rack的存儲服務器的最大擴展數量也從14增大到18,并達到滿額的配置。這個硬件配置基本和Exadata的四分之一配相同。其中每一個存儲服務器都包含12塊高容量的SAS硬盤。



ZDLRA ­ X4 硬件基礎配置

?ZDLRA ­ X5 硬件基礎配置


三、ZDLRA 環境

    如下是ZDLRA的整體架構圖,各個組成部分構成了Oracle對企業級數據庫及數據庫群的備份恢復解決方案。保護的數據庫相當于客戶端數據庫,它們通過RMAN調用Oracle提供的備份模塊把數據庫備份從網絡上傳輸到ZDLRA上,這個階段用到了永遠的增量備份和實時的redo傳輸技術。當備份數據傳輸到ZDLRA上時,通過Delta Store技術進行壓縮、校驗、存儲并構成虛擬的數據庫全備份。恢復目錄和ZDLRA的一些Metadata數據都會保存在Metadata數據庫中,數據庫備份的位置信息也保存在這個數據庫中。被保護的數據庫就是利用恢復目錄將備份數據傳輸到ZDLRA上。管理員們可以通過Oracle企業管理器對ZDLRA的整個環境進行管理和監控,比如設置數據庫的保護策略,查看哪些數據庫的哪些備份在磁盤上還是在磁帶上。它還可以監控多個ZDLRA設備,和磁帶設備。對于存儲在ZDLRA上的數據庫備份,可以通過OSB(Oracle Secure Backup)備份到特定的磁帶庫上,對備份數據進行有效的磁帶歸檔,也可以復制數據到另一臺ZDLRA上,便于數據的多重保護。




四、關鍵技術

4.1 保護的數據庫


    每個被保護的數據庫使用ZDLRA作為rman備份和恢復的中心。它們將備份統一發送到ZDLRA上,并且使用matedata數據庫上的恢復目錄。在正常工作之前,需要進行一些訪問配置,這個配置包括:創建適當的用戶,分配訪問權限,以及設置對數據庫的保護策略,還包括ZDLRA與每個數據庫之間的連接認證。這個階段分為如下三部分:



4.1.1  備份模塊


    這個模塊是oracle 提供的SBT(System Backup to Tape)程序庫,RMAN通過它將備份的數據通過網絡備份到ZDLRA上,它可以在不同的設備上傳輸數據,比如從一個磁帶設備到ZDLRA上進行數據傳輸。備份模塊必須安裝在oracle home里,假如一個主機上裝了兩個oracle home, 一個11g的,另一個是12c的,一個備份模塊只支持5個保護的數據庫,我們必須在每個home下安裝一個備份模塊才能保護這個兩個home下10個數據庫。


4.1.2  保護策略


    保護策略其實就是賦予多個受保護的數據的屬性的集合,通過它更好的減少管理的時間。通過一個操作可以改變多個保護數據庫的屬性。為了適應不同數據庫的備份和恢復需求,需要定義不同的策略。可以使用DBMS_RA.CREATE_PROTECTION_POLICY過程和企業管理器進行設置。如下表格是默認安裝的保護策略:



4.1.3 支持保護的數據庫版本


    目前支持保護的數據庫版本有10.2.0.5,11.2.0.3,11.2.0.4,12.1.0.2及更高版本。其中一些特殊的功能在其中的版本中不支持。更多信息請訪問My Oracle Support 文檔(Doc ID 1995866.1)。


4.2  delta push


      delta push和delta store是ZDLRA上的核心技術,這兩個技術解決了保護數據庫備份的傳輸和在ZDLRA上的存儲問題。首先我們先介紹一下delta push。它分成兩個操作:永遠的增量備份策略和實時的redo傳輸。


4.2.1  永遠的增量備份策略


    對于保護的數據庫,只需要做一個0級的增量備份并傳輸到ZDLRA上就可以了,對于一個磁帶的全備份,這個0級的增量備份不會包括提交的undo塊或者當前沒有用到的數據塊。由于除了開始的時候做了一個0級的全備份,以后不需要全備份。因此永遠的增量備份策略極大的減少了備份窗口的設置工作和備份負載。正常情況下,系統會自動執行如下操作:從保護的數據庫上接受1級的增量備份的計劃安排;驗證傳輸過來的備份用來繼續保護物理數據塊的損壞;使用特殊的塊級別的算法對備份進行壓縮;將備份寫到ZDLRA存儲位置上的delta store里。


4.2.2  實時的redo傳輸


    所有對數據庫的改變全部保存在redo里,如果數據損壞時redo可以最大程度減少數據的丟失。用實時的redo傳輸特性可以最大程度避免當archived log 損壞時的數據丟失。當實時的redo傳輸啟用時,在受保護的數據庫端的內存中生成redo的改變,并立即將它們傳輸到ZDLRA上,驗證之后,將其寫到存儲區域。當保護的數據庫進行在線log switch時,ZDLRA將這些redo的改變轉換和裝配到壓縮的歸檔日志文件的備份里。ZDLRA目錄可以自動跟蹤歸檔日志備份它自己的恢復目錄。RMAN可以像正常一樣還原和應用這些歸檔日志。這種機制有很多益處,第一,在rodo傳輸流突然中斷時, ZDLRA 可以馬上關閉正在到來的redo 流,并生成部分的歸檔日志備份,從而保護了事務最后對數據的改變。當檢測到redo 傳輸流重新啟動時,它會從保護的數據庫端自動接收所有丟失的歸檔日志,這樣ZDLRA才能保護預設的恢復窗口目標。另外一個益處是由于只是轉換和傳輸在線redo 日志,不需要傳輸歸檔日志,從而減少了開銷。 ZDLRA 不會應用傳輸過來的redo,只是在delta store里構建虛擬的0級備份和相關的1級的備,只有在用0級備份來恢復數據庫時用到這些redo進行前滾操作。


4.3  ZDLRA metadata 數據庫


    這個數據庫是ZDLRA上最關鍵的組件,它管理了所有備份的metadata和rman的恢復目錄。下圖展示了metadata 數據庫的整體結構。


 被保護的數據庫通過delta push的技術將redo 和增量備份傳輸到ZDLRA上的Delta Store里,具體的文件存放在相應的Delta pools里,由Delta pools 來維護一個虛擬全備份。Delta Store的保存位置其實就在ZDLRA的Oracle 的ASM 磁盤組里。保護數據庫的contorl file的備份metadata也會保存在這個metadata數據庫中。這個數據庫包括了Dalta store 的metadata,恢復目錄和ZDLRA的schema信息。


4.3.1 Delta Store


    所有被保護的數據庫的備份數據和歸檔日志的備份數據都會保存在Delta Store。具體的存儲位置在ZDLRA的磁盤組里。


4.3.2  Delta Pools


     Delta Store相當于Delta Pools的集合。ZDLRA 接受保護數據庫的備份數據后,將其放在delta pools 里,并建立相應的索引。ZDLRA構建虛擬的全備份其實就是一套完整的數據庫文件塊并保存在Delta Pool 里。每一個接受的備份的數據文件都會有一個單獨的Delta Pool 。數據文件1是來自數據庫A的,那么數據文件1就有一個單獨的delta Pool,同理,數據文件100是來自數據庫B的,那么數據文件100也有自己單獨的Delta Pool。



4.3.3 虛擬全備份


    Delta Store中最重要的技術就是構造虛擬全備份的技術。這種技術是依靠每天傳輸過來的增量備份構造一個虛擬的全備份。如下圖所示,第一天(day0)構造出全備份,其它四天中,每天都會構造出增量備份數據的虛擬全備份。通過這種技術data store中可以儲存基于每個時間點上完全的數據庫鏡像。



4.3.4  自動的Delta Pools 空間管理


    ZDLRA 提供一些功能對這個Delta Pools空間 進行自動有效的管理,他們包括:定義哪些備份在ASM里或是磁帶里已經超出了恢復窗口和磁帶的保留策略已經廢棄和過期了。如果有恢復操作,標識哪些數據塊不再需要。為了改善存儲操作的性能,ZDLRA會對Delta Pool進行有效的存儲優化。

4.4  ZDLRA存儲

    Oracle ASM提供了ZDLRA對數據庫備份和歸檔redo log的物理共享存儲。 在ZDLRA以外來看,有很多可選的文件系統路徑來存放這些備份數據和redo日志。當實時的redo傳輸啟用時,會在ASM里創建臨時的存儲區域來放置redo 流。并且不斷搜集redo數據到歸檔日志文件,然后壓縮這些歸檔日志文件的備份到ASM的存儲區域。ZDLRA的存儲位置為占用ASM磁盤組的空間。默認情況下,Delta pool 被存儲在normal的磁盤組DELTA里。ZDLRA的medata的數據庫放在了high冗余策略的磁盤組CATALOG中。

五、EM 管理

   EM里可以對ZDLRA的各個組件進行管理。如下是管理界面,只作為參考。

六,參考資料

 ZDLRA 官方文檔:


https://docs.oracle.com/cd/E55822_01/AMAGD/amagd_concepts.htm#AMAGD573

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