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1. DataGuard 概述

• 定义：DataGuard 是一种保障数据安全的高可用架构，通过搭建与主数据库同步的备用数据库，提供 Oracle 数据库的容灾、数据保护、故障恢复等功能，实现数据库快速切换与灾难性恢复。
• 原理：日志文件从主库传输到备库，然后在备库上应用这些日志，从而使备库与主库保持同步。
• 组成：由一个 primary 数据库及一个或多个 standby 数据库组成，备库最多 9 个。
  • 主库：即被大部分应用访问的生产数据库，可以是单实例数据库或 RAC。
  • 备库：备库也支持单机或 RAC，备库正常为只读状态。

2. DataGuard 分类

• 物理 DataGuard：
  • 应用的是主库的归档日志，无论从逻辑结构和物理结构都与主库保持一致。
  • 通过块拷贝方式同步，使用数据库 recovery 恢复功能来应用主库的更改。
  • 通过接收并应用主库的 redo log 以介质恢复的方式 (Redo Apply) 实现同步。
• 逻辑 DataGuard：
  • 应用的是主库归档日志中提取的 SQL 语句，只需保证逻辑结构一致。
  • 通过接收 primary 数据库的 redo log 并转换成 SQL 语句，然后在 standby 数据库上执行 SQL 语句 (SQL Apply) 实现同步。

3. 日志传输

• 概念：DataGuard 数据同步过程分为三个阶段：日志传输、日志接收、日志应用。
• 传输方式：
  • ARCH 进程（传归档日志）：
    • 主库：产生日志后通过 LGWR 进程写入在线重做日志，当满足相关条件后在线重做日志会进行切换，ARC0 进程归档该日志至主库本地的归档目录 (log_archive_dest_1 配置)，归档完成后，ARC1 进程将归档日志传输到备库 (log_archive_dest_2 配置)。
    • 备库：备库 RFS 进程负责接收日志。如果备库有 standby 重做日志，则把日志复制到 standby 重做日志，接着把 standby 重做日志归档至备库本地归档目录，最后应用归档日志；如果没有配置 standby 重做日志，RFS 进程接收日志后直接放到备库的归档目录下，再应用该日志。
  • LGWR 进程（传重做日志）：
    • ASYNC 模式：
      • 主库：只要有新的重做日志产生，LGWR 进程将触发 LNSn（Log Network Server）进程把新生成的重做日志传输到备库。
      • 备库：RFS 进程负责接收日志。接收到日志后将其写入 standby 重做日志，如果备库开启了实时应用，就立即做日志应用，如果没有开启，则等 standby 重做日志归档后再应用。
    • SYNC 模式（不建议，会影响生产）：
      • 主库：redo log buffer 中只要有新的变更产生，LGWR 进程将触发 LNSn 进程把新生成的重做日志传输到备库。
      • 备库：RFS 进程负责接收日志。接收到日志后将其写入 standby 重做日志，如果备库开启了实时应用，就立即做日志应用，如果没有开启，则等 standby 重做日志归档后再应用。这种方式备库需要给主库一个回复，证明传输成功，如果有问题一直不回复就会导致主库的 LGWR 进程一直挂起，影响主库。
• FAL（Fetch Archive Log）进程：
  • 用于解决主库产生的连续归档日志在备库接受时不连续的问题。
  • 通过 fal_client 和 fal_server 参数进行交互。
  • 当主库的某些日志没有成功发送到备库时，会发生归档裂缝（Archive Gap），缺失的日志就是裂缝（Gap）。
  • DG 能够自动检测并解决归档裂缝，不需要 DBA 的介入，但需要配置 fal_client 和 fal_server 参数。

4. 日志接收及应用

• 日志接收：

  • 备库使用 RFS（Remote File Server）进程接收日志，接收到日志后，就把日志写到 standby redo log（如果有这个就先写这个，没有这个就直接写 archived log 文件中）或者 archived log 文件中。
  • 如果写到 standby redo log 文件中，则当主库发生日志切换时，也会触发备库上的 standby redo log 的日志切换，并把这个 standby redo log 归档。

• 日志应用：

  • 应用接收到的主库日志，实现主备库的数据同步。
  • 物理备库：使用 MRP（Managed Recovery Process）进程应用日志。
  • 逻辑备库：使用 LSP（Logical Standby Process）进程应用日志。

• 日志应用模式：

  • Redo 应用：物理备库数据库专用，通过介质恢复的方式保持与 primary 数据库的同步。
  • SQL 应用：逻辑备库数据库专用，核心是通过 LogMiner 分析出 SQL 语句在 standby 端执行。

• 日志应用服务：

  • 实时应用（Real-time Apply）：必须使用 standby redo log，每当日志被写入 standby redo log 时，就会触发恢复。这种方式可以减少数据库切换（switchover 或 failover）的时间。

    ALTER DATABASE RECOVER MANAGED STANDBY DATABASE USING CURRENT LOGFILE DISCONNECT;
    

  • 非实时应用：在主库发生日志切换，触发备库归档操作，归档完成后触发恢复。

    ALTER DATABASE RECOVER MANAGED STANDBY DATABASE DISCONNECT;
    

5. DataGuard 三种保护模式及转换

• 最大保护（Maximum Protection）：

  • 保证主库和备库的同步，任何情况下主库的损毁都不会导致已提交数据的丢失。
  • 如果主库和备库之间的网络出现问题，或者备库本身出现问题，都会导致主库宕机。
  • 要求主库必须配置 Standby RedoLog，而备库必须使用 LGWR，SYNC，AFFIRM 方式归档到 Standby Database。

  ALTER DATABASE SET STANDBY DATABASE TO MAXIMIZE PROTECTION;
  

• 最大可用（Maximum Availability）：

  • 保证主库和备库的同步，与最大保护的区别在于当网络或备库不可用时，主库仍可以继续使用。
  • 正常情况下，主备库之间是同步的。当网络或者备库出现问题时，不会影响到主库的宕机，主库会自动转换为最高性能模式，等待备库可用时，将归档传输到备库做恢复。

  ALTER DATABASE SET STANDBY DATABASE TO MAXIMIZE AVAILABILITY;
  

• 最大性能（Maximum Performance）：

  • 缺省模式，主库和备库是异步的。这种模式可能在主库出现损坏时，丢失一部分数据。
  • 保证主库性能最大化，主备库之间数据是异步传输的。即主库日志归档以后才会传输到备用库，在备库上使用归档日志文件做恢复操作。

  ALTER DATABASE SET STANDBY DATABASE TO MAXIMIZE PERFORMANCE;
  

• 模式转换：

  • 转换为最高可用：

    ALTER DATABASE SET STANDBY DATABASE TO MAXIMIZE AVAILABILITY;
    

  • 转换为最大性能：

    ALTER DATABASE SET STANDBY DATABASE TO MAXIMIZE PERFORMANCE;
    

  • 转换为最大保护：

    ALTER DATABASE SET STANDBY DATABASE TO MAXIMIZE PROTECTION;
    

6. 总结

• 关于 DataGuard 的架构和概念主要是需要搞懂日志的传输、接收及应用。
• 建议阅读官方文档及《Oracle Data Guard 11g 完全参考手册》。