Oracle数据库作为一款企业级核心数据产品从诞生之时就对高可用和容灾进行探索和努力。1996年Oracle发布了7.3版本，其中有一个具有跨时代的功能：Standby Database，那时Standby Database（备库）可以看成是主库的一个基于文件的备份。主库与备库的同步只能依赖于归档日志，而归档日志依赖于第三方工具从主库传输到备库。备库只能启动到MOUNT阶段，通过激活命令将数据库从备库状态转为主库状态。1998年Oracle发布了8.1.5版本，Standby Database在这个版本中得到了质的飞越，对它的运维变得更加简单，Standby Database不仅仅有容灾功能，同时还引入了只读功能，使得原来在主库环境中消耗大量资源的报表业务可以迁移到备库端运行。
经过20多年的不断努力和推陈出新，Oracle以DG和RAC技术为主要基石，在Extended RAC，ASM，Sharding，Active Data Guard，Site Guard，Flashback，RMAN+ZDLRA，Global Data Service，Application Continuity，Transaction Guard，Online Redefinition，Edition-based Redefinition等技术加持下已形成完备的数据保护体系，帮助众多关键客户实现了高水平的最高可用性架构。根据2022年4月Oracle发布的最新MAA参考架构，MAA架构已经细分为了基于本地部署、Exadata部署、云端部署三大平台。Oracle MAA 最佳实践定义了四种高可用性参考架构（白金级、黄金级、白银级和青铜级）来解决各行各业中大大小小企业的各种可用性和数据保护需求。
在此基础之上，随着2022年7月DGPDB特性的发布，我们将被带入到完美MAA架构的”最后一公里“。
什么是DGPDB特性，我们不得不从它的基础环境多租户开始说起，在2013年发布的12c中Oracle引入了多租户架构，深刻的改变了Oracle数据库的原有架构，打开了数据库新的整合能力和创建周期，经过多年的发展，多租户架构不断增强，在不同的版本中都引入了新的特性，包括热克隆，可刷新的克隆，在线迁移等等。
测试数据表明，多租户在数据库整合能力上与使用相同系统资源（CPU、内存和 I/O）的单实例数据库相比可实现：
整合密度提高 50%（整合的数据库数量），同时每个数据库可达到相同的吞吐量。
整合相同数量的数据库时，总吞吐量增加80%。
从另一个角度看，这些测试证实了Oracle多租户架构如何带来真正的硬件和软件许可成本的节省。
相信在很多需要实现”两地三中心“架构的客户中大家都反映过一个共同的问题，多租户整合能力变强，但基于ADG技术的复制和切换还是以CDB实例为单位。CDB实例内不同的PDB往往对应不同的业务系统，业务系统的切换需求实际是“众口难调”，例如，按照银行业监管部门要求，有的业务系统需要一年三次切换，有的一年一次切换就可以，有的可能三年一次就可以，有的管理类系统不需要切换；同样的，在某个业务系统出现故障，需要切换它对应的数据库时，PDB对应的CDB实例不得不整体切换，势必会影响其他业务系统的正常运行，所以从切换演练和故障切换的角度来说，传统的基于CDB的ADG切换其实带来了另一种风险和不确定性，由此可见，多租户虽然实现了高效的整合和有效的隔离，但整合的灵活性和跨设备资源的利用率都还有待加强。在同城双中心之间网络带宽和时延都比较理想的情况下，PDB级别不具备ADG切换的功能离大家心目中真正的“双活”，甚至“多活”还差了那么一点点，达不到大家心中对技术”完美“的追求。
2022年7月，Oracle在21.7版本引入了PDB层的Data Guard可用性特性（简称：DGPDB），这个多租户新的Data Guard特性将用来替代传统的CDB架构层的Data Guard。它允许客户实施高效的CDB 层的Data Guard，或者更灵活的PDB层Data Guard（在每个PDB上配置、维护和独立的Switchover、Failover操作）。
CDB在传统的Data Guard配置中，一个CDB是主库，另一个CDB是备库，因此在主CDB中的每个PDB将一直是主库的状态（以读写模式打开），同样，在备CDB中的每个PDB将一直是备库的状态（最多以实时应用日志的只读模式打开），当CDB转变为新的角色，其中的所有PDB同样也跟着转换。
2. 什么是PDB层的Data Guard？
在PDB层的Data Guard保护允许用户独立的Switchover或者Failover一个PDB到远程站点。在这种架构下包含两个重大的进步：
客户能够在两个不同的站点之间平衡业务负载，同时维持多租户的整合优势。
针对单一PDB的角色转换比在相同的CDB层转换更快。
3. PDB层Data Guard架构
PDB层Data Guard架构
跨CDB的PDB之间传输和应用对称架构
4. PDB层Data Guard的局限性
Oracle已经计划在未来的版本中解决以上的部分限制。
5. DGPDB基础功能验证
下面我们通过21.7的数据库版本对DGPDB的基本功能做验证，DGPDB的配置我们使用Broker来完成，操作比较简单。
5.1. 安装21.7软件
下面是我们测试使用到的操作系统和数据库环境：
操作系统 | Centos 7.9 x86 64bit |
Oracle Database | 单机21.7 |
主机 | oradb2101, oradb2102 |
5.2. 创建测试CDB和多个PDB。
下面是我们测试使用到的两个CDB和其中的PDB定义：
SQL> show pdbs
CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED
---------- ------------------------------ ---------- ----------
2 PDB$SEED READ ONLY NO
3 PDB1 READ WRITE NO
4 PDB2 READ WRITE NO
ORACDB02目标CDB包含的PDB：
SQL> show pdbs
CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED
---------- ------------------------------ ---------- ----------
2 PDB$SEED READ ONLY NO
4 PDB4 READ WRITE NO
5 PDB3 READ WRITE NO
5.3. 配置DGPDB准备工作
下面是DGPDB配置前的主要准备工作：
1) 将ORACDB01和ORACDB02两个CDB的DG_BROKER_START设置为TRUE。
2) 确保ORACDB01和ORACDB02两个CDB都使用的是SPFILE，并且都是用SPFILE启动的数据库实例。
3) 源数据库和目标数据库之间必须通过TCP/IP协议进行连接，在ORADB01和ORADB02的两个主机端配置连接到两个CDB的tnsnames.ora文件：
ORACDB01 =
(DESCRIPTION =
(ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = 172.27.21.64)(PORT = 1521))
(CONNECT_DATA =
(SERVER = DEDICATED)
(SERVICE_NAME = oracdb01)
))
ORACDB02 =
(DESCRIPTION =
(ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = 172.27.21.65)(PORT = 1521))
(CONNECT_DATA =
(SERVER = DEDICATED)
(SERVICE_NAME = oracdb02)
))
5.4 配置DGPDB
1) 关于dgmgrl登录
方式一：
[oracle@oradb2101 ~]$ dgmgrl sys/oracle123
方式二：
[oracle@oradb2101 ~]$ dgmgrl
DGMGRL> connect sys
Password:<<<<输入密码
2) 在源和目标端创建CONFIGURATION：
在ORACDB01实例创建源端CONFIGURATION：
[oracle@oradb2101 admin]$ dgmgrl
DGMGRL for Linux: Release 21.0.0.0.0 - Production on Sun Aug 14 15:27:58 2022
Version 21.7.0.0.0
Copyright (c) 1982, 2021, Oracle and/or its affiliates.All rights reserved.
Welcome to DGMGRL, type "help" for information.
DGMGRL> connect sys
Password:
Connected to "oracdb01"
Connected as SYSDBA.
DGMGRL>CREATE CONFIGURATION 'MyConfig1' AS PRIMARY DATABASE IS 'oracdb01' CONNECT IDENTIFIER IS oracdb01;
Connected to "oracdb01"
Configuration "MyConfig1" created with primary database "oracdb01"
在ORACDB02实例创建目标端CONFIGURATION：
[oracle@oradb2102 admin]$ dgmgrl
DGMGRL for Linux: Release 21.0.0.0.0 - Production on Sun Aug 14 15:30:00 2022
Version 21.7.0.0.0
Copyright (c) 1982, 2021, Oracle and/or its affiliates.All rights reserved.
Welcome to DGMGRL, type "help" for information.
DGMGRL> connect sys
Password:
Connected to "oracdb02"
Connected as SYSDBA.
DGMGRL>CREATE CONFIGURATION 'MyConfig2' AS PRIMARY DATABASE IS 'oracdb02' CONNECT IDENTIFIER IS oracdb02;
Connected to "oracdb02"
Configuration "MyConfig2" created with primary database "oracdb02"
3) 在两个CONFIGURATION之间建立连接：
在源数据库ORADB01节点执行以下命令将源端和目标端的CONFIGURAITON关联起来：
DGMGRL>ADD CONFIGURATION 'MyConfig2' CONNECT IDENTIFIER IS oracdb02;
Configuration MyConfig2 added.
注意：执行这步之前需要将ORACDB01实例的密码文件拷贝到ORACDB02实例下，并按实例名称重命名，确保两个CDB使用的是相同的密码文件及拷贝。
在源数据库ORACDB01端执行以下命令查看关联的CONFIGURATION：
DGMGRL> show configuration;
Configuration - MyConfig1
Protection Mode: MaxPerformance
Members:
oracdb01 - Primary database
oracdb02 - Primary database in MyConfig2 configuration
<<<<出现了两个主数据库，其中oracdb02是目标端的数据库
Fast-Start Failover:Disabled
Configuration Status:
DISABLED
在目标数据库ORACDB02端执行以下命令查看关联的CONFIGURATION：
DGMGRL> show configuration;
Configuration - MyConfig2
Protection Mode: MaxPerformance
Members:
oracdb02 - Primary database
oracdb01 - Primary database in MyConfig1 configuration
<<<< oracdb01主数据库被自动添加到MyConfig2中。
Fast-Start Failover:Disabled
Configuration Status:
DISABLED
4) 拷贝数据文件：
在目标数据库开始恢复之前，确保源数据库相应的数据文件被拷贝到了目标数据库，可以使用RMAN或者操作系统copy命令。拷贝源和目标数据库的数据文件位置必须符合ADD PLUGGABLE DATABASE命令指定的PDBFileNameConvert子句。
测试过程我们使用的是操作系统命令进行的拷贝。
5) 启用所有的CONFIGURATION：
在源数据库ORADB01节点执行以下命令启用所有的配置：
DGMGRL>enable configuration all;
Succeeded.
DGMGRL> show configuration;
Configuration - MyConfig1
Protection Mode: MaxPerformance
Members:
oracdb01 - Primary database
oracdb02 - Primary database in MyConfig2 configuration
Fast-Start Failover:Disabled
Configuration Status:
SUCCESS(status updated 45 seconds ago)
两个主数据库的CONFIGURATION都被启用成功。
6) 创建源PDB的Data Guard（添加目标PDB）：
在目标数据库ORADB02节点执行以下命令添加DGPDB：
[oracle@oradb2102 ~]$ dgmgrl sys/oracle123
DGMGRL for Linux: Release 21.0.0.0.0 - Production on Sun Aug 14 18:24:13 2022
Version 21.7.0.0.0
Copyright (c) 1982, 2021, Oracle and/or its affiliates.All rights reserved.
Welcome to DGMGRL, type "help" for information.
Connected to "oracdb02"
Connected as SYSDBA.
DGMGRL>ADD PLUGGABLE DATABASE 'dgpdb_pdb2' AT 'oracdb02'
SOURCE IS 'pdb2' AT 'oracdb01'
PDBFileNameConvert IS "'/opt/oracle/oradata/ORACDB01/pdb2/','/opt/oracle/oradata/ORACDB02/dgpdb_pdb2/'";
Connected to "oracdb01"
Connected to "oracdb02"
Pluggable Database "DGPDB_PDB2" added
……
SQL> show pdbs
CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED
---------- ------------------------------ ---------- ----------
2 PDB$SEED READ ONLY NO
3 DGPDB_PDB2 MOUNTED
4 PDB4 READ WRITE NO
5 PDB3 READ WRITE NO
执行完以上命令之后，目标端的CDB中就会多一个DGPDB_PDB2的新PDB。
注意：
1. 当目标PDB被添加之后，在两个CONFIGURAITON中的主数据库之间会自动建立Redo传输。
2. PDBFileNameConvert关键字指定如何将源PDB的数据文件转换到目标PDB。
7).强制日志记录：
在ORACDB01和ORACDB02实例下执行以下命令打开FORCE LOGGING：
SQL>alter database force logging;
Database altered.
SQL>
SQL>
SQL> select force_logging from v$database;
FORCE_LOGGING
---------------------------------------
YES
8).添加Standby Redo Log：
在ORACDB01和ORACDB02实例下执行以下命令添加4组Standby Redo Log：
SQL> select group#,thread#,sequence#,bytes/1024/1024 mb,status from v$log;
GROUP# THREAD# SEQUENCE# MB STATUS
---------- ---------- ---------- ---------- ----------------
1 1 10 200 INACTIVE
2 1 11 200 INACTIVE
3 1 12 200 CURRENT
SQL> ALTER DATABASE ADD STANDBY LOGFILE THREAD 1 ('/opt/oracle/oradata/ORACDB01/sredo01.log') SIZE 200M;
Database altered.
5.5 验证DGPDB传输和应用
1) 查看CONFIGURATION状态：
在源端执行以下的命令查看MyConfig1配置的状态：
DGMGRL> show configuration;
Configuration - MyConfig1
Protection Mode: MaxPerformance
Members:
oracdb01 - Primary database
oracdb02 - Primary database in MyConfig2 configuration
Data Guard for PDB:Enabled in SOURCE role
<<<<表明DGPDB是源库的角色
Configuration Status:
SUCCESS(status updated 54 seconds ago)
2) 查看源PDB状态：
在源端执行以下的命令查看pdb2在oracdb01上的状态：
DGMGRL>show pluggable database pdb2 at oracdb01;
Pluggable database 'pdb2' at database 'oracdb01'
Data Guard Role: Primary
Con_ID: 4
Active Target: con_id 3 at oracdb02
Pluggable Database Status:
SUCCESS
表明了pdb2的DGPDB角色为主库。
3) 查看目标PDB状态：
在源端执行以下的命令查看dgpdb_pdb2在oracdb02上的状态：
DGMGRL>show pluggable database dgpdb_pdb2 at oracdb02;
Connected to "oracdb02"
Pluggable database 'dgpdb_pdb2' at database 'oracdb02'
Data Guard Role: Physical Standby
Con_ID: 3
Source: con_id 4 at oracdb01
Transport Lag: 0 seconds (computed 64 seconds ago)
Intended State: APPLY-ON
Apply State: Running
Apply Instance: oracdb02
Average Apply Rate: 22 KByte/s
Real Time Query: OFF
Pluggable Database Status:
SUCCESS
表明Redo传输和应用都是实时的。
5.6 Switchover PDB DG
Switchover常被称为计划内的切换，是最常用的ADG切换方式，下面我们通过将PDB2 Switchover到DGPDB_PDB2来验证基于PDB层的ADG切换。
1.Switchover前的必要条件：
1).主数据库的传输状态为TRANSPORT-ON，对应的目标PDB的应用状态为APPLY-ON。
2).源数据库和目标数据库都是健康状态，没有任何报错和告警。
3).在源数据库创建了Standby Redo日志。
2.检查源数据库和源PDB的状态：
执行如下的命令查看源数据库和源PDB的状态和属性：
DGMGRL> show database oracdb01;
Database - oracdb01
Role: PRIMARY
Intended State: TRANSPORT-ON
PDB Data Guard Role: SOURCE
Data Guard Source PDB(s): 1
Instance(s):
oracdb01
Database Status:
SUCCESS
DGMGRL> show pluggable database pdb2 at oracdb01;
Pluggable database 'pdb2' at database 'oracdb01'
Data Guard Role: Primary
Con_ID: 4
Active Target: con_id 3 at oracdb02
Pluggable Database Status:
SUCCESS
以上命令没有任何报错。
3.查看目标数据库和目标PDB的状态：
执行如下的命令查看目标数据库和目标PDB的状态和属性：
DGMGRL> show database oracdb02;
Database - oracdb02
Role: PRIMARY
Intended State: TRANSPORT-ON
PDB Data Guard Role: TARGET
Data Guard Target PDB(s): 1
Instance(s):
oracdb02
Database Status:
SUCCESS
DGMGRL> show pluggable database dgpdb_pdb2 at oracdb02;
Connected to "oracdb02"
Pluggable database 'dgpdb_pdb2' at database 'oracdb02'
Data Guard Role: Physical Standby
Con_ID: 3
Source: con_id 4 at oracdb01
Transport Lag: 0 seconds (computed 29 seconds ago)
Intended State: APPLY-ON
Apply State: Running
Apply Instance: oracdb02
Average Apply Rate: 22 KByte/s
Real Time Query: OFF
Pluggable Database Status:
SUCCESS
以上命令没有任何报错。
4.执行SWITCHOVER TO命令切换到目标数据库：
执行以下的命令将主数据库从pdb2切换到dgpdb_pdb2：
DGMGRL>SWITCHOVER TO PLUGGABLE DATABASE dgpdb_pdb2 AT oracdb02;
Verifying conditions for Switchover...
Connected to "oracdb02"
Connected to "oracdb01"
Source pluggable database is 'PDB2' at database 'oracdb01'
Performing switchover NOW, please wait...
Closing pluggable database 'PDB2'...
Switching 'PDB2' to standby role...
Connected to "oracdb02"
Waiting for 'DGPDB_PDB2' to recover all redo data...
Stopping recovery at 'DGPDB_PDB2'...
Converting 'DGPDB_PDB2' to primary role...
Opening new primary 'DGPDB_PDB2'...
Connected to "oracdb01"
Waiting for redo data from new primary 'DGPDB_PDB2'...
Starting recovery at new standby 'PDB2'...
Switchover succeeded, new primary is "DGPDB_PDB2"
Switchover切换成功，新的主数据库变成了DGPDB_PDB2。
5.验证Switchover操作：
在源端数据库执行以下的命令显示源和目标数据库切换后的DG PDB配置：
DGMGRL> SHOW CONFIGURATION;
Configuration - MyConfig1
Protection Mode: MaxPerformance
Members:
oracdb01 - Primary database
oracdb02 - Primary database in MyConfig2 configuration
Data Guard for PDB:Enabled in TARGET role
<<<<MyConfig1角色变更为了TARGET
Configuration Status:
SUCCESS(status updated 35 seconds ago)
通过以上的例子我们简单验证了在Oracle Database 21.7的环境下，如何通过Broker工具实现PDB层面的DG配置与DGPDB的Switchover。当然如文章前面所说，这是DGPDB的第一个特性版本，相信在未来的版本中，DGPDB的功能会有更多的改进。
编辑：范宏伟
