基于RAC+DataGuard構建醫院高可用HIS系統研究與應用

黃偉

摘要： 目的：基于Oracle RAC和DataGuard技術構建醫院高可用HIS系統，保障HIS業務系統平穩運行，生產數據安全可靠。方法：運用RAC技術在醫院數據中心部署HIS系統作為主庫，同時在異地數據中心部署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，實現數據備份。結果：整套系統的設計無單點故障，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系統可以有效地減少醫院HIS系統宕機率，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，隨著醫療信息化水平的提升，各級醫院逐步建成以HIS為中心的門診收費、住院收費、住院醫生站、電子病歷等醫院信息化系統，醫院HIS系統的整體穩定性決定了醫院能否正常運營。因此構建高可用的HIS系統不僅可以提高醫院的服務水平與核心競爭力，同時還可以提升醫生的工作效率，使醫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技術實現構建高可用醫院HIS系統，保障醫院業務平穩運行以及生產數據安全，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，用來在集群環境下實現多實例共享數據庫，以保證應用的高可用性;同時可以自動實現并行處理及負載均衡，并能實現數據庫在故障時的容錯和無斷點恢復，如果集群內的一個節點發生故障，Oracle 將可以繼續在其余的節點上運行。它是oracle數據庫支持網絡計算環境的核心技術 [1] 。RAC的實質是位于不同操作系統的Oracle實例節點同時訪問同一個Oracle數據庫，每個節點間通過私有網絡進行通信，互相監控節點的運行狀態，oracle數據庫所有的數據文件、聯機日志文件、控制文件、參數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數據同步功能，基本原理是將日志文件從原數據庫傳輸到目標數據庫，然后在目標數據庫上應用這些日志文件，從而使目標數據庫與源數據庫保持同步，是一種數據庫級別的高可用性方案[2]。DataGuard可以提供Oracle數據庫的冗災、數據保護、故障恢復等，實現數據庫快速切換與災難性恢復。在生產數據庫的保證"事務一致性"時，使用生產庫的物理全備份創建備庫，備庫會通過生產庫傳輸過來的歸檔日志或重做條目自動維護備用數據庫。可以根據不同業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

本方案中通過在醫院主數據中心部署雙節點RAC主數據庫，在醫院災備機房部署雙節點DataGuard災備數據庫。如圖2所示所有應用程序通過RAC的SCAN IP連接到RAC主數據庫上，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生的任何數據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，從而實現和主庫數據同步以及異地災備功能，通過配置Data Guard Broker管理Data Guard 備庫，當監聽到主庫故障時自動進行failover至備庫 [3]。

如果主RAC數據庫的某個節點出現如主機故障、網絡故障時該節點上的 SCAN IP會自動漂移至該RAC數據庫的另一個節點，已經連接在發生故障的節點上的會話，會通過透明切換的功能，將這些會話轉移至其他另一個節點上繼續運行。而這些錯誤的發生，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在主RAC數據庫上繼續運行，整個過程對用戶是透明無感知的。

如果主RAC數據庫兩個節點都出現故障，此時則主RAC數據庫將完全停止，需要對主RAC數據庫進行恢復才可以繼續使用。當Data Guard Broker監聽到RAC主庫完全故障時，迅速將Data Guard備庫激活成主庫，確保業務的正常運行。

2.3.2高可用數據容災方法

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聯機數據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機數據文件和日志文件數據轉換關系。

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在備庫主機實現日志重演，實現數據異地備份 [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配置的創建、維護和監視，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，用來監控 hisdb和 hisdg數據庫的狀態，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。當數據庫出現故障時自動檢測發現主機故障，實現主備切換，故障轉移，以此保障HIS業務系統的高可用性。

3 成效

3.1 實現高可用HIS無單點故障

通過RAC雙機模式部署的HIS系統，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點存活，就能正常對外提供服務。同時可以實現多節點負載均衡，不同節點可以相互配合，分擔負載，可以實現基于服務端或者客戶端的負載均衡，有效保障了HIS的穩定性。

3.2 實現HIS生產數據容災

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

3.3 實現HIS故障時自動切換

采用分布式的管理構架，自動化Data Guard 配置的創建、維護、和監控。當HIS數據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據庫，無需DBA的介入并且不丟失數據，實現自動無縫、無感知切換。

4 討論

HIS簡稱醫院運營管理系統，是為醫院的整體運行提供全面的自動化運營管理及各種醫療服務的信息系統，是醫院日常業務正常開展的核心所在。傳統的HIS系統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提供服務方式在發生系統故障時HIS服務將不可用，存在安全風險。傳統基于的RMAN的本地數據備份方式，沒有完全實現容災的功能，故障時需DBA手工恢復且恢復時間較長，恢復期間HIS業務將服務使用，這是醫院無法承受的 [6]。

目前隨著國家公立醫院智慧醫院建設以及三級公立醫院績效級考核工作的推進，醫院在以HIS系統為中心信息化建設工作中對整體HIS系統日常系統的穩定性、可靠性以及生產數據安全性的要求越來越高。這也是醫院智慧醫院評級、互聯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，規避傳統HIS系統的設計弊端，唯一解決的方法即徹底顛覆傳統HIS的設計思想，建立可靠、安全、節約成本的HIS系統。

相比于傳統的HIS系統，基于RAC+DataGuard技術構建的HIS系統具有以下優點：①解決單點故障：如果有節點故障，其他節點可以繼續提供服務和多節點負載均衡，不同節點可以相互配合分擔負載。②高可用服務：實現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點存活，就能正常對外提供服務。③全方位的數據容災：生產數據實時同步至異地主機，確保數據安全，實時監控主服務狀態，故障時自動無縫切換接管。④節約成本：能使用較低廉的服務器來實現高可用性、高吞吐量的集群環境，比通過使用高端服務器增加硬件實現高可用性、高吞吐量花費的成本低很多。因此基于RAC+DataGuard技術構建的HIS系統突破傳HIS系統的局限，更加靈活、有效地在醫療機構中發揮作用，應得到積極研究與推廣應用。

參考文獻：

[1] 張曉明.大話Oracle RAC：集群、高可用性、備份與恢復[M].北京：人民郵電出版社，2009.

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

[3] 喬梁. Oracle RAC集群運行模式研究與分析[J]. 內蒙古石油化工，2019（4）：13-14.

[4] 李鵬.Oracle數據庫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：數據安全警示錄[M].北京：電子工業出版社，2012.

【通聯編輯：王力】