作者介绍

王毅斌，新炬网络数据库专家。精通Oracle、MySQL等数据库运维技术，拥有Oracle OCM、MySQL OCP等认证，具有丰富的系统架构设计、数据迁移等经验，擅长Oracle SQL优化，参与多个电信行业核心系统的优化。

一、背景

随着Oracle 11g进入扩展支持阶段，Oracle 19C作为12C家族中最终稳定版，已被多数公司熟知及应用于生产。本人所在公司也在尝试对19C进行部署、测试、升级、迁移，于是借此机会将热克隆这个特性做了一番测试。

二、使用热克隆的前提

1、需要12C R2及以上版本

在12C R1中，要克隆PDB，源PDB必须在克隆操作期间处于静止状态，因此它需要源PDB停机，通俗的讲这是种“冷克隆”。

从12C R2及以后的版本中开始支持“热克隆”，即Oracle数据库支持使用联机克隆的功能。当源PDB以读写方式打开的状态下，完全不需要中断源PDB中的操作，无须应用程序停机，就可以进行克隆操作。

2、必须使用local undo

当使用share undo的情况下，需要将share undo转成local undo后才可以使用热克隆。可以在upgrade模式下用alter database local undo on进行转换。

三、工作原理

从下面三张图可以看出不管是本地克隆、远程克隆，还是non-cdb克隆，都是类似rman方式进行备份恢复。热克隆会有以下3个阶段：

第一阶段：当热克隆开始时（t0），对源PDB的数据文件按块进行读取，直到源PDB最后一个块被读取并将其复制到目标PDB时（t1），此时t0-t1时间段内可能对已经复制的一些块进行了更改。那么，在此阶段，目标PDB可能与源PDB在物理上不一致。

第二阶段：将t0-t1之间对源PDB所做的更改传至目标PDB，进行重做应用。在此阶段，目标PDB将成为t1时源PDB的物理副本，但这里即包括了已提交的事务，也包括未提交的事务，因此可能在事务上不一致。

第三阶段：截止至t1时，源PDB中包含所有已提交的事务，所有未提交的事务将进行回滚，目标PDB将是截至t1时源PDB的事务一致的副本。由此可见，实现热克隆的关键是本地撤销，因此热克隆必须使用local undo。

图1 本地PDB克隆

图2 远程PDB克隆

图3 远程non-cdb克隆

四、常见应用场景

1、本地克隆

1）通过seed模板克隆

此方式主要应用于使用seed模板创建一个全新的PDB。

① 查看pdb的状态

SYS@ora19c>show pdbs;

CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED

---------- ---------------- -------------- ----------

2 PDB$SEED READ ONLY NO

② 查看seed模板的datafile

SYS@ora19c>select con_id,name from v$datafile where con_id=2;

CON_ID NAME

---------- ------------------------------------------------------------

2 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdbseed/system01.dbf

2 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdbseed/sysaux01.dbf

2 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdbseed/undotbs01.dbf

③ 利用seed模板进行新PDB的克隆，无需对源库执行任何操作，指定数据文件转换目录映射

SYS@ora19c>CREATE PLUGGABLE DATABASE pdb1 ADMIN USER pdb_mgr1 IDENTIFIED BY oracle roles=(dba) file_name_convert=(’/u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdbseed’,’/u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1’);

Pluggable database created.

④ 打开新的PDB进行验证

SYS@ora19c>show pdbs;

CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED

---------- ------------------------------ ---------- ----------

2 PDB$SEED READ ONLY NO

3 PDB1 MOUNTED

SYS@ora19c>alter pluggable database pdb1 open;

Pluggable database altered.

SYS@ora19c>show pdbs;

CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED

---------- ------------------------------ ---------- ----------

2 PDB$SEED READ ONLY NO

3 PDB1 READ WRITE NO

SYS@ora19c>select con_id,name from v$datafile where con_id=3;

CON_ID NAME

---------- -----------------------------------------------------------------

3 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1/system01.dbf

3 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1/sysaux01.dbf

3 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1/undotbs01.dbf

2）克隆一个已存在的PDB

此方式常用于将已存在的PDB快速的在本地创建镜像，拥有与源PDB完全相同的数据、结构、用户、权限等。

① 将刚创建的PDB1创建一个u1用户并授权，验证克隆是否会克隆用户及权限

SYS@ora19c>alter session set container=pdb1;

Session altered.

SYS@ora19c>create user u1 identified by oracle;

User created.

SYS@ora19c>grant connect,resource to u1;

Grant succeeded.

② 通过已存在的PDB1克隆出PDB2，源库可以在read write模式下直接进行操作

SYS@ora19c>show pdbs;

CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED

---------- ------------------------------ ---------- ----------

2 PDB$SEED READ ONLY NO

3 PDB1 READ WRITE NO

SYS@ora19c>create pluggable database pdb2 from pdb1 file_name_convert=(‘pdb1’,‘pdb2’);

Pluggable database created.

SYS@ora19c>show pdbs;

CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED

---------- ------------------------------ ---------- ----------

2 PDB$SEED READ ONLY NO

3 PDB1 READ WRITE NO

4 PDB2 MOUNTED

③ 打开新创建的PDB进行验证

SYS@ora19c>alter pluggable database pdb2 open;

Pluggable database altered.

SYS@ora19c>select con_id,name from v$datafile where con_id=4;

CON_ID NAME

---------- -----------------------------------------------------------------

4 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb2/system01.dbf

4 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb2/sysaux01.dbf

4 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb2/undotbs01.dbf

④ 验证克隆的新库是否存在源库的用户及权限

SYS@ora19c>conn u1/oracle@192.168.8.101/pdb2

Connected.

U1@192.168.8.101/pdb2>select * from session_privs;

PRIVILEGE

----------------------------------------

SET CONTAINER

CREATE INDEXTYPE

CREATE OPERATOR

CREATE TYPE

CREATE TRIGGER

CREATE PROCEDURE

CREATE SEQUENCE

CREATE CLUSTER

CREATE TABLE

CREATE SESSION

U1@192.168.8.101/pdb2>select * from session_roles;

ROLE

--------------------------------------------------------

CONNECT

RESOURCE

SODA_APP

2、远程克隆

1）克隆远程已存在的PDB

此方式常用于将已存在的PDB快速的在异机之间创建镜像，拥有与源PDB完全相同的数据、结构、用户、权限等。

①源库pdb_mgr1用户授create pluggable database权限

SYS@ora19c>alter session set container=pdb1;

Session altered.

SYS@ora19c>grant create pluggable database to pdb_mgr1;

Grant succeeded.

② 目标CDB中创建db link

SYS@ora19c>create public database link lk_pdb1 connect to pdb_mgr1 identified by oracle using ‘(DESCRIPTION=(ADDRESS=(PROTOCOL=TCP)(HOST=192.168.8.101)(PORT=1521))(CONNECT_DATA=(SERVER=DEDICATED)(SERVICE_NAME=pdb1)))’;

Database link created.

③ 执行远程克隆操作，源库无须进行其它操作，可以在read write下操作

SYS@ora19c>CREATE PLUGGABLE DATABASE pdb1_r FROM pdb1@lk_pdb1 file_name_convert=(‘pdb1’,‘pdb1_r’);

Pluggable database created.

④ 打开新创建的PDB进行验证

SYS@ora19c>alter pluggable database pdb1_r open;

Pluggable database altered.

SYS@ora19c>show pdbs;

CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED

---------- ------------------------------ ---------- ----------

2 PDB$SEED READ ONLY NO

3 PDB1_R READ WRITE NO

SYS@ora19c>select con_id,name from v$datafile where con_id=3;

CON_ID NAME

---------- --------------------------------------------------------------

3 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1_r/system01.dbf

3 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1_r/sysaux01.dbf

3 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1_r/undotbs01.dbf

2）远程克隆Non-CDB

此方式常用于Non-CDB异机迁移CDB生成新的PDB。

① 查看源库的状态

SYS@noncdb>select name,cdb,con_id from v$database;

NAME CDB CON_ID

--------------------------- --------- ----------

NONCDB NO 0

② 源库pdb_mgr1用户授create pluggable database权限

SYS@noncdb>grant create pluggable database to system;

Grant succeeded.

③ 目标CDB中创建db link

SYS@ora19c>create public database link lk_noncdb connect to system identified by oracle using ‘(DESCRIPTION=(ADDRESS=(PROTOCOL=TCP)(HOST=192.168.8.101)(PORT=1521))(CONNECT_DATA=(SERVER=DEDICATED)(SERVICE_NAME=noncdb)))’;

Database link created.

SYS@ora19c>select name,cdb,con_id from v$database@lk_noncdb;

NAME CDB CON_ID

--------------------------- --------- ----------

NONCDB NO 0

④ 执行noncdb的远程克隆

SYS@ora19c>CREATE PLUGGABLE DATABASE noncdb_pdb FROM noncdb@lk_noncdb file_name_convert=(’/u01/app/oracle/oradata/NONCDB’,’/u01/app/oracle/oradata/ORA19C/noncdb_pdb’);

Pluggable database created.

⑤ 打开新的PDB进行验证

SYS@ora19c>show pdbs;

CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED

---------- ------------------------------ ---------- ----------

2 PDB$SEED READ ONLY NO

3 PDB1_R READ WRITE NO

5 NONCDB_PDB MOUNTED

SYS@ora19c>alter pluggable database NONCDB_PDB open;

Warning: PDB altered with errors.

⑥ open失败，执行nocdb to pdb的脚本

SYS@ora19c>alter session set container=NONCDB_PDB;

Session altered.

SYS@ora19c>@?/rdbms/admin/noncdb_to_pdb.sql

⑦ 打开新创建的PDB进行验证

SYS@ora19c>alter pluggable database NONCDB_PDB open;

Pluggable database altered.

SYS@ora19c>show pdbs;

CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED

---------- ------------------------------ ---------- ----------

2 PDB$SEED READ ONLY NO

3 PDB1_R READ WRITE NO

5 NONCDB_PDB READ WRITE NO

SYS@ora19c>select con_id,name from v$datafile where con_id=5;

CON_ID NAME

---------- ---------------------------------------------------------------------

5 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/noncdb_pdb/system01.dbf

5 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/noncdb_pdb/sysaux01.dbf

5 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/noncdb_pdb/undotbs01.dbf

5 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/noncdb_pdb/users01.dbf

五、特殊应用场景

1、子集克隆

从12.1.0.2开始，引入了User Tablespaces，简单的说就是可以按表空间（用户创建的）来克隆PDB。比如，当前PDB1中，用户新建了两个表空间ts1,ts2，克隆只需要ts1表空间中的数据，那么我们可以用USER_TABLESPACES子句只克隆PDB1中的ts1表空间，这样大大的缩短了时间和不必要的空间开销。对于拆分统招证书数据也很有用，可以把一个库按照表空间拆分。

语法：

USER_TABLESPACES=ALL 默认，所有表空间都克隆；USER_TABLESPACES=NONE 所有用户创建的表空间都不克隆；USER_TABLESPACES=(‘ts1’) 指定只克隆ts1；USER_TABLESPACES=ALL EXCEPT(‘ts1’) 除了ts1之外，其他表空间都克隆。

1）源库创建表空间ts1,ts2

SYS@ora19c>create tablespace ts1 datafile ‘/u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1/ts1.dbf’ size 10m;

Tablespace created.

SYS@ora19c>create tablespace ts2 datafile ‘/u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1/ts2.dbf’ size 10m;

Tablespace created.

2）进行子集克隆，只克隆ts1表空间

SYS@ora19c>CREATE PLUGGABLE DATABASE pdb1_z FROM pdb1 file_name_convert=(‘pdb1’,‘pdb1_z’) user_tablespaces=(‘ts1’);

Pluggable database created.

3）打开新创建的PDB进行验证

SYS@ora19c>alter pluggable database pdb1_z open;

Pluggable database altered.

SYS@ora19c>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

6 PDB1_Z READ WRITE NO

SYS@ora19c>select con_id,name from v$datafile where con_id=6;

CON_ID NAME

---------- ------------------------------------------------------------

6 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1_z/system01.dbf

6 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1_z/sysaux01.dbf

6 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1_z/undotbs01.dbf

6 /u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1_z/ts1.dbf

仅元数据的子集克隆，使用no data，创建语法：

create pluggable database pdb_nodata from pdb1 file_name_convert=(‘pdb1’,‘pdb1_nodata’) no data;

2、利用可刷新PDB的功能进行数据迁移

可刷新PDB功能是建立在热克隆的基础之上的。

当生产PDB数据量非常大，需要在很短的窗口时间进行数据迁移，当有了可刷新PDB和热克隆的功能后，一切将变得简单。无需考虑克隆需要花多长时间，因为源数据库无需停机。当目标PDB变得陈旧时，我们可以对其刷新，应用自上次刷新以来积累的所有增量。即使源数据库非常庞大，增量重做通常也将小得多。最后只在需要做割接时将源PDB置为read only后进行一次增量刷新。

刷新PDB须注意以下几点：

源库必须开启归档日志和local undo；可以手动刷新或者自动定时刷新，但刷新时目标端必须是mounted状态；在不刷新期间，目标端可以以只读模式打开；如果需以读写模式打开目标端，则必须将refresh mode设置为none，设置none之后就无法再回退回其它刷新模式；刷新PDB必须使用dblink，dblink可以指向同一个CDB，也可以指向不同CDB。

1）在目标PDB创建db link

SYS@ora19c>create public database link lk_pdb1 connect to pdb_mgr1 identified by oracle using ‘(DESCRIPTION=(ADDRESS=(PROTOCOL=TCP)(HOST=192.168.8.101)(PORT=1521))(CONNECT_DATA=(SERVER=DEDICATED)(SERVICE_NAME=pdb1)))’;

Database link created.

2）通过db link创建refresh PDB

SYS@ora19c>CREATE PLUGGABLE DATABASE pdb1_ref FROM pdb1@lk_pdb1 file_name_convert=(‘pdb1’,‘pdb1_ref’) REFRESH MODE EVERY 60 MINUTES;

Pluggable database created.

SYS@ora19c>show pdbs;

CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED

---------- ------------------------------ ---------- ----------

2 PDB$SEED READ ONLY NO

3 PDB1_R READ WRITE NO

4 PDB1_REF MOUNTED

5 NONCDB_PDB READ WRITE NO

3）当PDB处于REFRESH模式时只能有mounted和read only两种状态

SYS@ora19c>alter pluggable database pdb1_ref open;

alter pluggable database pdb1_ref open

*

ERROR at line 1:

ORA-65341: cannot open pluggable database in read/write mode

SYS@ora19c>alter pluggable database pdb1_ref open read only;

Pluggable database altered.

SYS@ora19c>select pdb_id,pdb_name,refresh_mode from cdb_pdbs;

PDB_ID PDB_NAME REFRES

---------- --------------- ------

2 PDB$SEED NONE

4 PDB1_REF AUTO

5 NONCDB_PDB NONE

3 PDB1_R NONE

4）PDB只能在mounted状态下使用REFRESH功能

SYS@ora19c>alter pluggable database refresh;

alter pluggable database refresh

*

ERROR at line 1:

ORA-65025: Pluggable database PDB1_REF is not closed on all instances.

Alert log:

PDB1_REF(4):PDB1_REF(4):ERROR:PDB needs to be closed for auto refresh

PDB1_REF(4):Completed: alter pluggable database refresh

5）源PDB创建测试数据

U1@192.168.8.101/pdb1>create table t1 as select * from dba_objects;

Table created.

U1@192.168.8.101/pdb1>select count(*) from t1;

COUNT(*)

----------

72359

6）模拟应用侧停应用，将源端PDB置为read only

SYS@ora19c>alter pluggable database pdb1 close immediate;

Pluggable database altered.

SYS@ora19c>alter pluggable database pdb1 open read only;

Pluggable database altered.

7）目标端手动刷新，应用最近的增量，观察目志是否正常

SYS@ora19c>alter pluggable database pdb1_ref refresh;

Pluggable database altered.

Alert log:

2020-02-19T13:23:44.457060+08:00

alter pluggable database pdb1_ref refresh

2020-02-19T13:23:45.940479+08:00

Applying media recovery for pdb-4099 from SCN 2793352 to SCN 2793357

Remote log information: count-1

thr-1, seq-12, logfile-/u01/app/oracle/product/db_1/dbs/archparlog_1_12_4aa635f6_1029786031.arc, los-2752894, nxs-18446744073709551615

PDB1_REF(4):Media Recovery Start

2020-02-19T13:23:45.942469+08:00

PDB1_REF(4):Serial Media Recovery started

PDB1_REF(4):max_pdb is 9

2020-02-19T13:23:45.996021+08:00

PDB1_REF(4):Media Recovery Log /u01/app/oracle/product/db_1/dbs/archparlog_1_12_4aa635f6_1029786031.arc

2020-02-19T13:23:46.257650+08:00

PDB1_REF(4):Incomplete Recovery applied until change 2793357 time 02/19/2020 13:23:09

2020-02-19T13:23:46.264473+08:00

PDB1_REF(4):Media Recovery Complete (ora19c)

Completed: alter pluggable database pdb1_ref refresh

8）目标端PDB关闭刷新模式

SYS@ora19c>ALTER PLUGGABLE DATABASE pdb1_ref REFRESH MODE NONE;

Pluggable database altered

9）拉起目标端PDB

SYS@ora19c>ALTER PLUGGABLE DATABASE pdb1_ref open read write;

Pluggable database altered.

SYS@ora19c>show pdbs;

CON_ID CON_NAME OPEN MODE RESTRICTED

---------- ------------------------------ ---------- ----------

2 PDB$SEED READ ONLY NO

3 PDB1_R MOUNTED

4 PDB1_REF READ WRITE NO

5 NONCDB_PDB MOUNTED

10）应用连接新PDB，校验业务

SYS@ora19c>conn u1/oracle@192.168.8.102/pdb1_ref

Connected.

U1@192.168.8.102/pdb1_ref>select count(*) from t1;

COUNT(*)

----------

72359

六、热克隆中常见的错误

错误一：

ORA-65040: operation not allowed from within a pluggable database

解决方法：alter session set container=cdb$root;

错误二：

ORA-17628: Oracle error 1031 returned by remote Oracle server

ORA-01031: insufficient privileges

解决方法：到源库里对用户授create pluggable database权限即可。

错误三：

ORA-19504: failed to create file ‘/u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1’

ORA-27038: created file already exists

解决方法：文件映射路径问题，将“文件夹—文件夹”或“文件—文件”进行一一对应。

错误四：

ORA-65005: missing or invalid file name pattern for file-/u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1/system01.dbf

解决方法：路径错误或注意路径中的大小写。

错误五：

ORA-01578: ORACLE data block corrupted (file # 72, block # 33609)

ORA-01110: data file 72: ‘/u01/app/oracle/oradata/ORA19C/pdb1_ref/system01.dbf’

ORA-26040: Data block was loaded using the NOLOGGING option

解决方法：创建可刷新PDB时，源端未开启归档模式。

七、小结

热克隆的方式目前都已经比较成熟，并且可以灵活使用，适合多种应用场景。既可以应用于快速创建生产环境的完整副本或子集副本，也可以应用于较短停机时间的迁移。业务中断时间短，甚至无需业务中断，操作简单，不易出错，但某些场景下对环境要求较高。

从过去40年至今，数据库的形态基本经历了传统商业数据库、开源数据库到云原生数据库的演进过程。云时代下数据库将如何革新与创变？来Gdevops全球敏捷运维峰会北京站寻找答案：

《All in Cloud 时代，下一代云原生数据库技术与趋势》阿里巴巴集团副总裁/达摩院首席数据库科学家 李飞飞（飞刀）《AI和云原生时代的数据库进化之路》腾讯数据库产品中心总经理 林晓斌（丁奇）《ICBC的MySQL探索之路》工商银行软件开发中心 魏亚东《民生银行在SQL审核方面的探索和实践》民生银行资深数据库专家 李宁宁《OceanBase分布式数据库在西安银行的落地和实践》蚂蚁金服P9资深专家/OceanBase核心负责人 蒋志勇《金融行业MySQL高可用实践》爱可生技术总监 明溪源