醫院雙活數據中心災備系統的探討和實踐

劉志國 薛家貴

摘要：目的：在原有的業務雙活主機架構基礎上升級容災備份系統，探索符合我院現狀的容災方案，進一步保障業務系統平穩運行，生產數據安全可用。方法：通過對比和分析，在節約成本的情況下，保留已有的容災和集中備份，利用Oracle Data Guard 構建容災備份，提高閑置設備的利用率。成效：整套系統設計無任何設備單點故障，實現本地和異地數據中心環境下生產、應急、容災、備份的完美結合。結論：實踐證明，生產中心、災備中心兩端都為“雙活”架構，是行之有效的容災建設方案。

關鍵詞：醫院信息化;數據安全;容災;備份;節約成本

一、引言

如今醫院信息化建設不斷發展，業務也在不斷擴大，信息也成為醫院的生產資源，業務流、資金流、信息流相互作用，貫穿醫院運營管理的全過程。各種業務系統產生的核心數據逐漸增多，業務系統容災和數據備份保護顯得尤其重要。數據安全、業務連續和用戶隱私保護，是信息化環境下各類用戶最重要的安全原則。如何通過災備保證系統安全及業務連續性，成為醫院信息科室關注的問題，經濟性也是重要考量因素。災備系統規劃建設中，將新舊設備分別建設于生產和容災是合理化利用物理設備的有效解決方案。

二、醫院現狀

我院現有HIS、LIS、EMR、PACS等核心系統來承擔醫院的日常業務運行，HIS、LIS、PACS、EMR、體檢、銀醫通、物資設備等業務系統都建有相應的備份功能，為了實現對系統和數據的多重保護，確保重要數據萬無一失，同時提高系統和數據應急恢復能力，我們采用備份一體機AnyBackup 5.0對現有業務系統的生產數據、服務器操作系統、虛擬化平臺的虛擬機系統和數據等重要數據采取統一的、集中的備份，同時采用增量備份和完全備份相結合的模式，提高防災、容災的能力。備份一體機恢復數據需要專業的環境，恢復時間受環境搭建、硬件設備等影響。原備份一體機基于應用層備份，無存儲層備份。醫院原搭建的oracle RAC群集的物理設備已經使用超過5年，我院已于今年進行更換。但是閑置下來的RAC群集物理設備變得相對雞肋，使用在低端業務應用有些奢侈，使用在高端業務安全性能不夠，原設計方案建設的軟件無法與新搭建的軟件并行。

三、需求分析

為了保護我院信息化平臺的數據信息，必須對其信息系統平臺上的數據進行有效的備份。通過配置相應的數據備份軟件、磁帶庫等軟、硬件系統，以防止因為硬件損壞、邏輯錯誤、人為誤操作等故障而引起計算機系統的數據丟失與數據損壞[1]。基于我院信息化發展中長期建設規劃，結合我院現有實際情況和未來發展需求，我院組織專家組經過詳細考察和論證，提出建設數據生產中心和災備中心兩端都為雙活架構的災備系統[2]。采用不同技術實現醫院信息系統的容災備份，對我院的HMIS系統提供全面的容災保護，最大限度地消除造成業務中斷或導致系統性能下降的各種因素。提供一種完整、可靠的數據備份方案，實現對各種平臺的數據進行基于策略的自動備份、集中管理，備份工作無需人工干預，不需要耗費大量的人力和時間;可以進行數據庫在線備份，支持磁帶庫、硬盤備份等多種的備份方式，確保系統的數據的安全性與可靠性，在數據被破壞時擁有可靠的恢復能力。

四、容災升級方案設計原則

重視系統架構設計，優化系統建設方案;

實現應用級和數據級容災;

盡量避免影響到業務系統正常運行;

雙中心業務統一部署，統一管理;

網絡資源與計算資源高效利用;

保證恢復數據的可靠性。

五、災備方案設計與實現

（一）我院原網絡環境拓撲圖

（二）存儲雙活實現方式對比分析

本次通過相關技術對比，確定：

1.數據中心內的存儲設備的品牌型號，屬歷次采購形成，為保證兼容性，采用存儲虛擬化雙活統一管理各存儲，在存儲網關層實現本地雙活。

2.數據中心之間，采用Oracle DataGuard實現實時復制。為避免影響生產中心業務，采用異步方式，避免偶爾的光纖線路故障對業務的影響。

（三）解決方案設計

搭建數據庫雙活必須構建網絡和存儲雙活，我院通過華為CSS技術搭建網絡雙活，通過虛擬化存儲網關搭建存儲雙活，加上部署的Oracle RAC已經構建合格的災備技術處理方案，但因為物理硬件的升級，閑置物理設備的高效合理化應用需要，我院計劃在災備的基礎上升級為容災，升級后解決數據可用性的問題。

Oracel的數據災備技術有3個，分別是RAC、DataGuard、GoldenGate。RAC用于本地數據庫雙活，RAC的優點主要在于高可用性和負載均衡，一臺機器有故障不影響業務系統訪問數據庫[3]。DataGuard用于災備，是在主節點與備用節點間通過日志同步來保證數據的同步，可以實現數據庫快速切換與災難性恢復。GoldenGate用于異構主機的數據災備和實時復制[4]。GoldenGate最大特點是異構，即異構數據庫支持，應用場景多為業務級災備，目前我院沒有實際需求，所以這里不做深入探討研究。

1. DataGuard優缺點對比分析

2.備用庫測試困難

3.切換后數據庫的IP發生變化，應用需要更改數據源信息

4.完成處于主備模式下，會導致備機硬件長期閑置

5.需要專業化數據庫工程師運維

6.應用場景相對較窄，多用于容災備份

我院已有ORACLE RAC數據庫，今年更新物理設備后導致原環境的物理設備閑置。搭建Oracle DataGuard可以補充oracle rac群集，原有的RAC群集環境及物理設備可以保留作為備機，在Oracle DataGuard主備工作模式中，既合理利用了原來的數據庫環境、降低資源閑置的建設費用，又增加了災備切換模式，一舉多得。隨著醫院業務量的不斷攀升，原有的工作人員運維能力、工作內容都出現不足，業務量的攀升也必然導致引進專業的運維公司駐場運維，所以Oracle DataGuard缺點中的1、4、5、6點對我院實際生產工作中不存在問題。

基于Oracle DataGuard在容災備份中出現的人工干預和備用庫測試困難等情況，我院引進某品牌DBRA全業務容災系統和運維一體機做為容災中的補充和完善。某品牌DBRA全業務容災系統依舊支持災難應急恢復切換和計劃維護切換兩類場景[5]，主要體現在以下兩步驟：

1.數據同步：實現應用程序、中間件和數據庫等業務系統各組成部分的數據同步，同時確保數據一致性和系統可用性;

2.災難恢復：當發生故障時，能夠在5分鐘內根據不同的細粒度要求一鍵應急切換到災備中心，保障整個業務系統持續運行。

（四）技術方案描述

采取oracle RAC與DataGuard用于主從結構的高可用災備解決方案，RAC為實例級的冗余提供負載均衡與實例高可用性，DataGuard為數據庫級冗余提供數據存儲級高可用性和數據安全災備服務。同時增加第三方某品牌DBRA全業務容災系統設備，保留原備份一體機用于處理數據級災備。

1.根據以上分析，依據我院對HIS系統業務接管的建設目標，采用生產中心+應急中心+容災中心+數據備份相結合的災備模式，本地生產機房仍采用2臺服務器+2臺光纖交換機+2臺存儲虛擬化網關+2臺核心存儲的雙活架構，實現主機端的高可用和負載均衡，解決設備的單點故障問題，實現生產機房的本地容災。容災機房使用原有的2臺HIS服務器+2臺光纖交換機+2臺存儲虛擬化網關+2臺核心存儲的雙活架構也實現高可用和負載均衡，解決設備的單點故障問題，實現災備機房的本地容災。兩套系統通過Oracle Data Guard實現兩套RAC冗余，通過網絡實現遠程數據容災。主節點與備用節點間通過日志同步來保證數據的同步，出現應急故障時可以應急切換，可以實現快速切換與災難性恢復。有效地保障了業務運行的持續性和穩定性。

2.原備份一體機繼續使用，原備份一體機系列產品是一種集備份、容災、磁盤陣列、虛擬磁帶庫等功能為一體的軟、硬件一體化備份平臺。為業務環境提供了各類數據與應用的備份恢復，并且提供業務災難接管功能。隨著時間的更替，其業務災難接管功能已不滿足使用，現繼續使用其備份和還原功能，備份應用服務器的文件備份如PACS的圖片等。

3.由于容災備份往往涉及應用系統、中間件、數據庫、網絡和其他容災對象等復雜情況，因此傳統容災產品及方案往往對切換過程的處理并不是很完善，整個切換過程非常復雜，往往牽涉到各個環節的切換操作，甚至有些還需要人工通過命令行的方式進行操作，整個應急切換流程非常復雜耗時不說，往往還容易出錯，造成整個應急切換的失敗，無法實現災難恢復的目標。使用某品牌全業務容災系統的一鍵切換功能，在WEB管理界面中設立一個功能鍵，通過流程自定義編排，無論在災難應急還是計劃內維護切換時，均可以通過一個按鍵完成切換，整個流程自切換啟動后全部自動化完成，極大降低了人為干預和切換耗時，極大保障了切換成功率，降低了RTO[6]。

六、災備系統建設成效

（一）實現網絡雙活

我院采用的是華為CSS技術將多臺網絡設備虛擬化為一臺網絡設備（虛擬設備），并將這些設備作為單一設備管理和使用。

（二）實現存儲雙活

通過虛擬化存儲網關整合光纖存儲陣列、iSCSI存儲陳列、SAS存儲陣列實現儲雙活，基于虛擬化技術的無縫數據遷移技術將存儲做雙向鏡像，其中一臺存儲故障，不影響業務使用，保障數據不丟失的兩大特點，最大程度降低客戶停機時間，實現高效統一管理。

（三）實現數據庫雙活

在兩臺服務器上部署oracle數據庫，使用Oracle RAC和DG技術實現雙活數據庫[7]。其中一臺出現故障，另一臺持續運行，可以保障生產狀態不中斷。在主機層面和數據中心層面均實現了數據庫雙活。在任意節點出現故障時能夠迅速切換到另一方（分鐘級），保證業務高可用性。

（四） 實現異地容災備份

新搭建RAC環境為主業務數據庫，替換下的rac環境為備用業務數據庫。將兩套RAC部署分別部署在本地和異地，通過日志同步來保證兩邊的數據同步，保持生產和備份的兩個業務數據庫事務上的一致性，實現快速切換與災難性恢復。當RAC環境出現災難性的損害徹底無法使用的時候可以通過一鍵failover腳本切換到備庫[8]。醫院的重要業務數據采用 Lan-Free 的備份方式，將數據直接寫入院內備份介質，同時通過備份一體機的復制功能將數據復制到災備機房，實現備份數據的異地容災，同時采用重復數據刪除技術，節約95% 以上的帶寬和復制時間[9]。

七、結束語

隨著國家對信息化建設的重視，信息安全已經上升為國家的戰略性高度，信息安全離不開災備系統的建設，災備系統在受到更多關注的同時也獲得的很大的發展。同時隨著科技的發展，高新技術的使用，必將產生大量老舊的物理設備，信息化的投入逐年遞增，如何合理地利用老舊設備，如何節約成本提高設備利用率也值得大家共同探討。本文以我院災備系統建設為例，結合實踐，通過對災備升級技術和方案深入的研究和分析，探索一條符合我院現狀的容災之路，建設切合實際的容災備份系統，保障業務系統平穩運行，生產數據安全可用。實踐證明，生產中心、容災中心利用科技手段合理優化利用老舊物理設備是行之有效的災備建設方案。

參? 考? 文? 獻

[1]陳文昭. 中大型民營醫院信息系統的云容災與備份[J]. 現代醫院，2013，13（8）：146-147.

[2]王春苗，劉玥. 再論Citrix PVS雙活系統架構設計與實現[J].電腦知識與技術，2020，16（22）：28-32.

[3]（美）K Gopalakrishnan 著 .Oracle Database 11g RAC 手冊（第 2 版）[M].賈洪峰等譯 .北京：清華大學出版社，2012.

[4] Oracle Database 9i/10g/11g編程藝術：深入數據庫體系結構（第2版） [M]：人民郵電出版社.

[5]美創DBRA全業務容災系統產品白皮書[M] .2020.14-19.

[6]閆瑾，宮思明，姚丹，楊曉玫.信息系統容災備份技術探討[J].信息與電腦：理論版，2020（12）：46-47.

[7]余莎莎，肖輝. HIS雙活架構實現讀寫分離的設計及實踐[J].中國數字醫學，2018，13（10）：106-108 .

[8]龐焱.醫院信息安全管理中異地雙活容災技術的應用[J]. 電子技術與軟件工程，2020（14）：236-237.

[9]陳詩唐，賴小琴. 醫院信息化應用容災的設計與實踐[J].數字通信世界，2019（11）：106-106.

作者單位：劉志國? ? 薛家貴? ? 淮安市第三人民醫院