Oracle零数据丢失恢复一体机（ZDLRA）
美国GE通用航空
零数据丢失恢复一体机成功案例分享
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目
录
1
案例概述 ............................................................................... 4
1.1 各行业数据库备份恢复领域面临的挑战 ............................................. 4
1.2 甲骨文在数据库保护备份恢复领域的解决方案 ....................................... 4
2
业务挑战 ............................................................................... 6
2.1 客户介绍 ....................................................................... 6
2.2 业务挑战 ....................................................................... 6
3
解决方案 ............................................................................... 9
3.1 方案介绍 ....................................................................... 9
3.1.1
甲骨文推荐的ZDLRA方案 ........................................................... 9
3.1.1.1 方案概述 .......................................................................... 9
3.1.1.2 方案架构图 ....................................................................... 10
3.1.1.3 方案实现原理/流程 ................................................................ 11
3.1.1.4 方案效果与扩展 ................................................................... 11
3.2 业务价值 ...................................................................... 12
3.3 技术亮点 ...................................................................... 15
4
经验与收获 ............................................................................ 21
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1 案例概述
1.1 各行业数据库备份恢复领域面临的挑战
此成功案例主要是数据库保护备份与恢复领域的成功案例。
随着服务器海量数据的不断增长，数据的体积变得越来越庞大。同时，各种数据的安全性
和重要程度也越来越被人们所重视。
备份的市场已经非常成熟，但近十年发展却一直停滞不前，因为一系列的备份顺序批处理
工作始终是围绕着以磁带库为基础的存储介质做备份。虚拟磁带库技术利用到了高性能或者大容
量磁盘提高备份速度，但如果要保持大量备份数据在磁盘上的话将会导致价格非常昂贵。PBBAs
市场的引领者-- Data Domain，因为它们可以保持原有的备份脚本，对原有的备份环境可做无缝
迁移而大受欢迎。Data Domain使用的消重技术可以极大地减少磁盘的使用成本。PBBAs有效地排
除了以磁带库为主要备份介质，而把磁带库作为归档，或者是最后的灾难恢复手段。
目前，最佳实践是利用快照技术加上每天多次的增量变化传递给PBBAs, 通过这种方式减少
以往每天一次的备份窗口的RPO。这种方式，虽然官方声称可以做到持续数据保护，并且可放在云
端，但可行性与理论性都值得质疑，因为你不知道什么时候会发生灾难，代表着你不可能在那一
刻毫秒级别地做快照，并且，所有这些快照都是基于存储的快照，并不是基于应用的内存，因此，
无法做到交易完整一致。
并且，随着数据的增长以及数据实例的增多，以快照方式为基础的备份保护方式将会消耗
资源越来越多，消耗时间越来越长，备份和恢复时间显著增长，同时严重影响着生产环境数据库
运行的性能，因为所有备份操作都是在生产环境数据库上运行，在备份窗口越来越短的IT环境里，
此种备份保护方式将日渐无法满足客户的需求。
1.2 甲骨文在数据库保护备份恢复领域的解决方案
针对数据库保护备份和保护市场所面临的挑战，甲骨文提出了全方位解决这些问题的方案。
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ZDLRA（零数据丢失恢复一体机）是甲骨文公司开发的一体机，采用与Active Data Guard
同样的工作原理，直接从内存中捕获实时重做日志，并将它们实时发送到ZDLRA设备上。ZDLRA的
RPO可以达到毫秒级，并在ZDLRA一体机内管理重做日志和增量备份，利用它们的元数据以及数据
生成最新的虚拟全备份。通过每天生成虚拟全备份的机制，使得ZDLRA在数据库一旦发生灾难的时
候，省去了增量备份合成的时间，能够最快地恢复生产环境的数据库。相比PBBA提供商，ZDLRA
提供了一个极富竞争力的价格，而且不要要支付额外的Oracle数据库许可证或功能。
ZDLRA的工作原理如下，实时功能是在内存级别完成，从而达到RPO为毫秒级别。
1. 数据库（启动实时日志传输功能）将内存中实时重做日志的变化以毫秒级别传输到 ZDLRA。ZDLRA 验证实
时重做日志的正确性，并压缩存放在 ZDLRA 存储中，更新 ZDLRA 里的 RMAN Catalog。
2. 上层的 ZDLRA 把备份的变化复制到下层的 ZDLRA，统一由 Oracle Enterprise Manager 管理。
所有的优化备份和元数据管理都由ZDLRA接管，DBA无需操心备份所放的地方和其他的管理工
作。对比其他的PBBAs,ZDLRA具有以下优势，提供毫秒级别的RPO，快速的恢复时间，内置集成的
统一的所有数据库备份恢复状态网页管理工具。更多的信息可在此链接里找到。
举个例子，如果使用PBBA一天备份两次，比如 12 小时运行一次，那么平均的RPO时间将会达
到 6 小时。对比实时恢复架构的ZDLRA，这是一个几何级别的差距，ZDLRA所提供的是毫秒级别的
RPO。
未来的IT应用将会更注重实时性，采用内存密集型计算，需要更低延迟的响应和 7×24 小时
的实时服务。近年以来，CPU的主频并没有提高多少，而CPU的核数却发展飞快，越来越多。所有
这些因素将导致应用所要处理的数据在内存里越来越多，这增加了应用程序将数据从内存状态移
动到存储状态的挑战，同时也加重了在系统重新启动的情况下从存储刷新内存的挑战。随着应用
程序变得更加实时和内存中的数据量的急剧增长，应用程序的状态越来越难与存储状态做到一致。
未来的应用的确需要实时恢复服务做为坚强的后盾。
Oracle公司是实时恢复架构服务的领先者，使用ZDLRA可以达到毫秒级别的RPO，多元化的可
选择的RTO以及价格，支持私有云和公有云。
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2 业务挑战
2.1 客户介绍
美国通用航空，通用电气的子公司，总部设在美国埃伦代尔，俄亥俄州。通用航空在飞机发
动机供应商名单中名列前茅，并提供了大部分的商用飞机引擎。通用航空是通用电气的一部分砾
岩，通用电气是世界上其中一个最大的公司。通用航空在航空发动机市场的主要竞争对手是劳斯
莱斯和普惠。通用航空经营着两家合资企业,CFM国际公司和CFM材料。
2.2 业务挑战
美国通用航空具有多个数据中心，生产环境数据中心，品质检验数据中心，开发数据中心
等等。
ERP系统运营着超过 500 个Oracle数据库，主要的数据库都运行 11gr2 的数据库版本，既有
使用RAC方式，也有使用单实例方式运行Oracle数据库，既然使用Exadata一体机，也有使用各厂
商小机运行数据库。生产数据库目前所采用的数据保护备份方法是使用Netbackup（NBU）以及Data
Domain(DD) VTL结合使用，以BCV(business continue Volume)的方式进行数据库保护，在每次做
数据库保护备份的时候，需要先把要备份的数据库搁置到热备份状态，然后在存储层上做快照功
能并把快照发送到NBU的Media Server之后备份到DD VTL上，这种备份操作下，每次备份都需要把
数据库所有文件和数据块都备份到DD上。同时，品质检验数据中心以及开发数据中心的数据库也
利用生产环境所生成的快照建立所需要的数据库。生产环境数据中心所有ERP系统没有使用磁带库
建立更长久的备份方案，现有的备份策略使用 35 天保留磁盘的策略，之后将删除备份以节省空间。
ERP系统目前的生产环境备份与恢复架构图如下：
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经过调查，目前的数据库保护备份方案，明显有以下缺陷，在生产环境上已经多次遇见这
些缺点，随着数据库实例数据的膨胀以及数据库实例不断增多，这些缺陷将会越来越被放大：
一但灾难发生，涉及多个部门共同合作进行恢复，需要参与的人员包括DBA，系统管理
员，存储管理员等等。
某些数据库实例BCV克隆过程耗时长久，有些克隆工作甚至高达数天，严重影响效率。
克隆过程中严重影响生产环境性能。
不能单独恢复个别文件。如果客户只想恢复一个数据文件或控制文件，则需要恢复整
个克隆到相应数据库服务器，然后再由DBA做restore/recover整个数据库的恢复，低
效率且经历时间极久。
恢复过程相当复杂，不尽可靠，极易导致恢复数据不一致。
备份系统架构臃肿，恢复ERP系统一个数据库实例长达数天。
在灾难恢复过程以及生成测试数据库过程失败率高达 45%。
备份架构可扩展性差。
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Renee Reed -- 通用航空公司ERP系统平台总监，急需一套数据库保护备份方案解决目前所
有的业务和技术难题，最大的目标是去除并取缔现有的BCV的快照方式备份保护数据库以及生成品
质检测环境数据库和开发测试环境数据库的方式。
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3 解决方案
3.1 方案介绍
通用航空公司ERP系统平台总监Renee Reed在数据库备份恢复方案中明确提出，新的数据库
保护备份和恢复方案必需满足以下几个条件：
1. 灾难发生时，能够快速重建生产系统。
2. 必需确保所有ERP交易数据不能丢失。
3. 必需确保每一个ERP数据库备份都是可恢复的。
4. 能够快速地复制生成品质控制数据中心以及开发数据中心所需的数据库实例。
5. 统一集中式管理所有ERP数据库实例备份和恢复。
6. 容量，传输速度都可以进行线性的增加扩展，性能要有保证。
7. 最大程度地节省Capex和Opex。
3.1.1甲骨文推荐的ZDLRA方案
3.1.1.1 方案概述
为解决通用航空公司ERP系统数据库备份与恢复所碰到的所有难题，甲骨文公司针对现有的
ERP系统数据库保护备份恢复方案进行全面改造，引进甲骨文成熟的数据库保护一体机，零数据丢
失恢复一体机，完全摒弃以往BCV快照做备份的方式。
ORACLE零数据丢失恢复系统(ZDLRA),是ORACLE公司专门针对其数据库推出的新一代数据保
护解决方案。通过Data Guard容灾技术与RMAN备份技术的完美融合，即解决了数据保护的及时性
问题，又提供了数据库逻辑错误的保障。是目前业界最为先进的数据库综合保护解决方案。
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ZDLRA开创的永远增量、后台自动合成虚拟全备份的技术；无论在数据库保护阶段，还是系
统还原恢复阶段，都提供了最佳的性能，并最大程度降低了对数据库生产系统的影响。
此外，ZDLRA采用Oracle Enterprise Manager管理软件(简称OEM)，通过这套管理软件，可
以实现对ORACLE数据库的端到端管理。对ORACLE数据库的日常监控、管理，数据库保护的配置、
监控、管理，数据保护所涉及的服务器、存储设备，都用这一套软件实现集中、统一管理。简化
管理复杂度、提升效率。
同时，ZDLRA支持横向扩展以及单向，双向，多台之间备份互为复制，达到高可用性目的。
比如单向复制，受保护数据库备份发送到一个ZDLRA上，此ZDLRA称为Upstream ZDLRA，在单向复
制模式下，它会继续传递到另一个数据中心ZDLRA，此ZDLRA称为Downstream ZDLRA。通过这种方
式，客户可以在多个数据中心有着多份备份，避免单节点故障问题，同时，可利用多份备份实现
多方位功能。
3.1.1.2 方案架构图
下图为引进零数据丢失恢复一体机做为数据库的备份恢复方案图：
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3.1.1.3 方案实现原理/流程
此方案实现原理与流程如下：
1. 在生产环境数据中心端放置Upstream ZDLRA，日常数据库运行期间，在生产环境中ERP
Production数据库以及ERP Batch数据库实例主动将变化数据推送到远端的ZDLRA数据
保护系统。数据实时传输，消除了数据丢失的风险；而且多个数据库可通过统一的管
理工具，并发传输到ZDLRA数据保护系统。ZDLRA数据保护系统中保留最新和历史的数
据库数据，可支持将系统恢复到所需的任意时间点。
2. 在品质控制数据中心端放置Downstream ZDLRA，通过前期定制好的恢复脚本，将数据导入
备用服务器中，生成最近的完整数据库。一旦生产中心发生灾难或出现无法挽回的逻
辑错误，可通过ZDLRA将数据库系统恢复到最近的完整数据集或任意指定时点的数据
集，并对外提供数据库服务。
3. ZDLRA亦可将数据导入到生产中心的数据库服务器中，与步骤 2 中导入容灾中心备用服务器
的方式相同。出现站点级或逻辑错误等重大灾难时，业界通常做法是由人工判断，启
用容灾站点亦或直接在生产站点恢复。
4. 此外，在互联网+时代，新业务启动快、开发测试迭代速度快是一大特点，这就是互联网时
代流行的敏捷开发。我们可以利用ZDLRA的实时数据保护功能，可将数据库恢复到开发
测试过程中的任意时间版本，大大提升了开发测试的敏捷性和易用性。
3.1.1.4 方案效果与扩展
采用零数据丢失恢复一体机数据库保护方案后，极大地提高了通用航空ERP系统的整体备份
和生产效率，ERP系统总监很快意识到方案的优越性，在多个子公司与部门复制衍生了同样的
方案，分别在通用健康，交通，企业子公司和分部门购买了六套零数据丢失恢复一体机搭建
同样的备份架构。目前，通用航空，健康，交通，企业子公司和分部门共有八套零数据丢失
恢复一体机，为通用公司系统全天候提供保护。
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下图是通用公司八套零数据丢失恢复一体机的部署架构，通用航空，健康，交通，企业子
公司和分部门的生产数据中心分别部署四套Upstream ZDLRA,通过网络远程复制备份到通用航
空，健康，交通，企业子公司和分部门的品质检测数据中心的另外四套Downstream ZDLRA。
3.2 业务价值
对于改造完的ERP数据库保护系统而言，已经完全达到通用航空ERP系统平台总监Renee
Reed的改造要求，完全摒弃BCV的备份方式，并且在数据库层面提供实时保护、零数据丢失的解决
方案。无论是发生物理性逻辑性错误，都可以在短时间内恢复到最近的准确数据，最大限度的保
障数据库数据的完整性。
经更改过的ERP数据库保护系统对于通用航空公司而言，具有以下业务价值：
1. 备份时间大幅度减少，CPU计算资源大为减小，从而腾出更多的时间资源供给生产环境
ERP系统以应付ERP日常业务运作。
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以下是改造前后备份所占空间与时间对比。从结果可以看到：
以往核心数据库使用NBU+DD备份方式所占用的存储空间由 39TB降为使用ZDLRA的
1.4TB，空间节省高达 30 倍，节省了网络流量和存储空间之外，还可以备份更多更
大量的数据库。
以往核心数据库使用NBU+DD备份方式所占用的备份时间窗口由原有的 20 小时降为
使用ZDLRA的 2 小时，备份时间窗口高达 10 倍，从而可以让生产环境数据库有更多
的资源应对日常业务。
2. RPO目标聚减，由原来采用NBU+DD备份方式最多可丢失 24 小时的交易数据降低到ZDLRA
的零数据丢失，最大地保护通用航空公司的投资资产与交易数据。
下图为改造前后RPO目标对比：
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3. 生产环境数据中心备份不再需要长达几天的快照克隆时间。一旦灾难发生，在生产环
境恢复将以最快恢复速度小时级别恢复，并且不需要多部门参与，只需DBA一键在ZDLRA
上的Oracle Enterprise Manager管理界面就可完成恢复工作。
4. 减少风险，ZDLRA采用与Exadata一体机类似的架构，内置数据库实例，定时检测备份
集的数据有效性和可恢复性，并且可以在备份过程中进行源端至终端全路径的数据验
证，通用航空无需再担心备份集是否可以恢复数据库问题，百分百确定灾难发生时可
以恢复数据库。
5. ZDLRA统一集中管理所有数据库实例备份，实现通用航空公司建立备份私有云与未来建
造备份公有云的需求。ZDLRA通过Oracle Enterprise Manager统一界面进行简单高效
的备份恢复，空间管理，策略定义，远程复制，磁带卸载等等，所有操作都可以通过
OEM GUI界面完成，满足通用航空简单统一管理数据库备份需求。
引用通用航空ERP系统总监Renee Reed的反馈，使用改造后的备份恢复方案已经让她在ERP
系统管理中更为轻松，再也无需担心半夜三点钟被电话嘈醒处理相关备份无法恢复之类的繁琐问
题。
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3.3 技术亮点
ZDLRA是一个云级别的工程系统设备，设计它的目的是为了保护所有跨企业的oracle数据
库。几乎所有的oracle数据库的备份和恢复过程都可以在它上面进行，并且对存储的利用、性能
监测和备份的管理更加高效。ZDLRA利用了RMAN的“incremental-forever”的策略可以在统一的
存储设备上保存和管理多个Oracle数据库备份。利用持续的压缩、去重和数据块级别校验等技术
来及时构建虚拟的数据库全备份。这个虚拟的数据库全备份其实就是一个数据库在一个时间点上
的唯一镜像，ZDLRA通过被保护的数据库增量备份的索引来维护这个虚拟备份。ZDLRA是Oracle推
出又一个优异的一体机产品，在性能，扩展性和可管理性都有着非常好的表现。
ZDLRA有以下技术亮点：
1. 实时传输REDO日志，支持Oracle 11g以上版本，redo日志将不断的从内存buffer中传
输到ZDLRA设备中。
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2. 支持数据库设备之间的安全复制，在带宽资源有限的WAN环境下，仅传输变化的数据块，
做到了block级别的复制，适用于数据库的灾备。
3. 自主的磁带归档功能，用户可以选择为设备添加 16GB的光纤卡，全备份或增量备份数
据通过设备中集成的软件Oracle Secure Backup media management software，发送
到磁带库中。
4. 端到端（END TO END）的数据校验机制确保数据的可恢复性。
5. 备份压力最小化，对于许多 7x24 的业务系统，备份窗口不管多长都对系统造成了影响，
Oracle ZDLRA设备提供了永远的增量备份架构，仅备份变化的数据块的方法，帮助用
户消减备份压力。这种备份架构是基于Delta Push和Delta Store两种创新技术，并通
过它们构建最新的虚拟全备份以获得数据库最快恢复速度。
a) Delta Push
Delta Push分成两个部分：永远的增量备份策略和实时的redo传输。
永远的增量备份策略
对于保护的数据库，只需要做一次 0 级的增量备份并传输到ZDLRA上就可以
了，对于一个磁带的全备份，这个 0 级的增量备份不会包括提交的undo块或
者当前没有用到的数据块。由于除了开始的时候做了一个 0 级的全备份，以
后不需要全备份。因此永远的增量备份策略极大的减少了备份窗口的设置工
作和备份负载。正常情况下，系统会自动执行如下操作：从保护的数据库上
接受 1 级的增量备份的计划安排；验证传输过来的备份用来继续保护物理数
据块的损坏；使用特殊的块级别的算法对备份进行压缩；将备份写到ZDLRA
存储位置上的delta store里。
实时的redo传输
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所有对数据库的改变全部保存在redo里，如果数据损坏时redo可以最大程度
减少数据的丢失。用实时的redo传输特性可以最大程度避免当archived log
损坏时的数据丢失。当实时的redo传输启用时，在受保护的数据库端的内存
中生成redo的改变，并立即将它们传输到ZDLRA上，验证之后，将其写到存储
区域。当保护的数据库进行在线log switch时，ZDLRA将这些redo的改变转换
和装配到压缩的归档日志文件的备份里。ZDLRA目录可以自动跟踪归档日志备
份它自己的恢复目录。RMAN可以像正常一样还原和应用这些归档日志。这种
机制有很多益处，第一，在rodo传输流突然中断时， ZDLRA 可以马上关闭正
在到来的redo 流，并生成部分的归档日志备份，从而保护了事务最后对数据
的改变。当检测到redo 传输流重新启动时，它会从保护的数据库端自动接收
所有丢失的归档日志，这样ZDLRA才能保护预设的恢复窗口目标。另外一个益
处是由于只是转换和传输在线redo 日志，不需要传输归档日志，从而减少了
开销。 ZDLRA 不会应用传输过来的redo，只是在delta store里构建虚拟的
0 级备份和相关的 1 级的备，只有在用 0 级备份来恢复数据库时用到这些redo
进行前滚操作。
b) Delta Store
所有被保护的数据库的备份数据和归档日志的备份数据都会保存在Delta Store。具体的存储位
置在ZDLRA的磁盘组里。
c) Delta Pools
Delta Store相当于Delta Pools的集合。ZDLRA 接受保护数据库的备份数据后，将其
放在delta pools 里，并建立相应的索引。ZDLRA构建虚拟的全备份其实就是一套完整
的数据库文件块并保存在Delta Pool 里。每一个接受的备份的数据文件都会有一个单
独的Delta Pool 。数据文件 1 是来自数据库A的，那么数据文件 1 就有一个单独的delta
Pool，同理，数据文件 100 是来自数据库B的，那么数据文件 100 也有自己单独的Delta
Pool。
d) 虚拟全备份
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Delta Store中最重要的技术就是构造虚拟全备份的技术。这种技术是依靠每天传输过
来的增量备份构造一个虚拟的全备份。通过最近的虚拟全备份以获得数据库最快的恢
复速度。
7. 云级别的数据保护服务，提供多种先进管理机制，基于策略的数据保护管理机制、数
据库感知空间管理机制。
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8. 任意时间点的恢复
9. 无限可扩展的云架构，无缝支持当前系统环境及升级操作。
Oracle ZDLRA设备的基本配置：
Oracle ZDLRA基本配置是高速infiband连接的 2 个计算服务器（computer server）和 3
个存储服务器（storage server），最大支持 32TB的备份容量。扩展时，只需增加storage server，
每个ZDLRA设备柜最多可支持 18 个storage server，满配后的可用空间达 580TB，可以存放高达
5.8PB的虚拟全备份。
Oracle ZDLRA设备的扩展:
如果一个设备不够用，可以通过infiniband连接增加另外一个，新增的这个设备默认也是
带 2 个计算服务器的。通过这样的连接扩展方式，最多可以把 18 个ZDLRA设备柜作文一个整体设
备使用，得到多于 10PB的可用空间。
Oracle ZDLRA设备的性能:
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一台满配的ZDLRA设备（包括 2 计算服务器和 14 个存储服务器）在配置为虚拟全备份后，
备份速度可达 120TB/小时，这样的速度主要得益于Oracle ZDLRA在工作时仅读取、传送、处理有
变化的数据块。
Oracle ZDLRA相应的软件配置:
相应软件如下：
– Backup, recovery, and replication
– Embedded Oracle database for metadata and RMAN recovery catalog
– RMAN backup module for Recovery Appliance
– Storage software
– Oracle Secure Backup software
– Oracle Enterprise Manager monitoring and management
所有运行在该设备上的软件共同使用一个license，该license根据存储磁盘驱动器
数量计算，而不是根据容量。
Oracle ZDLRA设备的意义:
Oracle ZDLRA备份一体机是对传统备份产品的一个巨大冲击，相信在今后将对传统备份软
件市场产生一系列影响。传统备份软件产品一般都是采用ORACLE的RMAN进行备份的，现在oracle
公司将自家的数据库、自家的RMAN备份工具集成到了一个设备上，并且支持磁带设备，使得部分
专注oracle数据库管理的用户可以完全抛弃第三方备份软件了。而且，在性能方面，ZDLRA的优势
是更加明显。
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4 经验与收获
备份时间冗长，备份缺乏统一管理，备份集不可靠是本次零数据丢失恢复一体机项目的成
功至关重要的切入点。
解决客户痛点，配合时间切入POC，也是本次项目的成功关键。在客户找到甲骨文的时候，
适逢正好有一个新的ERP DB实例准备上线，大小约为 12TB，准备用RMAN进行备份。我们使用这个
准备上线的新的ERP DB实例做POC测试，测试非常成功，带给了客户充分的信心。
本次项目零数据丢失恢复一体机充分展示了其在数据库备份市场的优越性，无论是在备份
恢复速度，通过统一的管理界面完全自动化地进行数据保护管理，并且为数据中心中数以千计的
数据库提供云级数据库保护服务。
据悉，通用航空很快又会在这个季度再次为另一个部门购买新的ZDLRA，这也证明，只要客
户充分认识到ZDLRA的好处和优势，未来的市场将会无可衡量。
