基于ＭＤＢＳ架構的教學管理異構數(shù)據(jù)庫集成的應用

摘要：隨著一些高等院校的合并，教學管理信息系統(tǒng)存中在著異構數(shù)據(jù)庫集成的問題；異構數(shù)據(jù)庫集成技術是目前解決多個不同數(shù)據(jù)庫集成的通用方法，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序、中間件技術和多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三種。本文在異構數(shù)據(jù)庫的基本概念的基礎上，給出了教學管理綜合數(shù)據(jù)庫的異構方案，并討論了對其實施集成時需要考慮的若干問題。

關鍵詞：異構數(shù)據(jù)庫集成；中間件；多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)09-11570-03

The Application of Integration of Asynchronous Structure Database in Educational Administration

Database Based on MDBS

LI Hua-ping1，2， ZHOU Guo-xiang1

(1. School of Computer and Information， Hefei University of Technology， Hefei 230009， China; 2. Department of Computer， Chaohu Vocation and Technical College， Chaohu 238000， China)

Abstract: With combination of some college，there exists the question of integration of asynchronous structure database in system of educational administration;Integration of asynchronous structure database is the current way to joint databases which have different structures. It has three important technologies: middleware， multi-database and data translating procedure. On the base of introducing the concepts of these technologies. the tentative scheme of the integration of Educational Administration Database is put forward. Some problems should be pay attention are discussed in the end.

Key words: Integration of Asynchronous Structure Database; Middleware; Multi-database; Data Translating Procedure

1 引言

根據(jù)國家制定的高校發(fā)展規(guī)劃，越來越多的大學趨向于整合，這也就伴隨著各個學校之間的原有硬件、軟件設施的整合。其中就包括了各種已有教學管理數(shù)據(jù)庫之間的互相聯(lián)接。由于歷史的原因，合并前的各個學院開發(fā)的各種教學管理軟件在開發(fā)時沒有一個統(tǒng)一的規(guī)范，使得學院合并后在信息共享的過程中，難以保持一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，各種信息資源常常來源于不同的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，當這些不同的資源需要一起運行使用時，它們之間的互聯(lián)、互通、互操作就成為了信息共享的巨大障礙，如何將這些已有的信息資源有效的整合起來，盡量利用現(xiàn)有資源，減小信息共享成本是系統(tǒng)集成應用領域，也是很多網(wǎng)絡管理管理信息系統(tǒng)需要解決的問題。本文針對上述問題展開分析研究，基于異構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成技術，討論其解決方案。

2 異構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成技術概述[1， 8]

所謂異構數(shù)據(jù)庫是指結(jié)構相異的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫有多種異型結(jié)構，具體說來有以下幾個方面：

(1)計算機體系結(jié)構的異構。各個參與的數(shù)據(jù)庫可以分別運行在大型機、小型機。工作站、PC或嵌入式系統(tǒng)中；

(2)基礎操作系統(tǒng)的異構。各個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎操作系統(tǒng)可以是 Unix、Windows NT、DOS等；

(3)DMBS本身的異構。可以是同為關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的Oracle、SQL Server等，也可以是不同數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫，如關系、模式、層次、網(wǎng)絡、面向?qū)ο?，函?shù)型數(shù)據(jù)庫共同組成一個異構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

對于多數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來說，由于各部門的數(shù)據(jù)庫建設不同步，異構機、異構型數(shù)據(jù)庫不可避免，基于單一數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品開發(fā)的系統(tǒng)己經(jīng)難以適應新應用的需要，許多應用不可避免地涉及多個不同數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，需要聯(lián)合使用，這就必然涉及到要解決異構數(shù)據(jù)庫的問題。目前，異構數(shù)據(jù)庫集成的主要技術有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序、中間件技術和多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三種。

2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可以很好地解決信息技術的發(fā)展和數(shù)據(jù)庫的升級帶來的問題。它能夠最大限度地利用現(xiàn)有資源，避免重復開發(fā)的浪費。利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，對數(shù)據(jù)格式進行轉(zhuǎn)換，從而能被其他的系統(tǒng)接收。許多數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS為用戶提供方便都自帶有一些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序。

一般數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法有三種：利用軟件工具、利用前臺開發(fā)工具和利用動態(tài)SQL語句。

對于使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序?qū)崿F(xiàn)異構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)共享，如果定時運行轉(zhuǎn)換程序會增加網(wǎng)絡系統(tǒng)的負擔，所以這種方案對于數(shù)據(jù)更新頻繁而實時性要求很高的場合不太適用。

2.2 中間件技術

數(shù)據(jù)庫中間件（Middleware）是當前非常熱門的一項數(shù)據(jù)庫技術，它是隨著數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三層結(jié)構的到來而到來的。原先的客戶機/服務器體系“兩層結(jié)構”對跨平臺的數(shù)據(jù)傳輸捉襟見肘、無能為力，這時候“三層結(jié)構”就應運而生了。所謂“三層”，就是在原有的兩層結(jié)構之間增加了一組服務，這組服務（應用服務器）包括事務處理邏輯應用服務、數(shù)據(jù)庫查詢、代理數(shù)據(jù)庫等。隨著這組服務的增加，兩層結(jié)構向三層結(jié)構轉(zhuǎn)變后，客戶端和服務器端的負載就相應減輕了，跨平臺、傳輸不可靠等問題也得到了解決。增加的這組服務就是我們所說的“中間件”。中間件在三層結(jié)構中主要充當中間層，完成數(shù)據(jù)安全、完整傳輸，通過負載均衡來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作效率，從而彌補兩層結(jié)構的不足。

使用數(shù)據(jù)庫中間件實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成目前流行的有兩種核心技術：一種是OMG（Object Management Group，對象管理組織）共同提倡的CORBA（Common Object Request Broker Architecture，公共對象請求代理體系結(jié)構），另一個就是Microsoft制定的COM/DCOM以及COM+。

2.3 多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

建立分布式多層應用系統(tǒng)時經(jīng)常遇到的一項十分棘手的工作便是整合用戶原有的一些應用系統(tǒng)，而這些舊的應用系統(tǒng)往往是建立在異構的數(shù)據(jù)庫的基礎之上。同時，即便是沒有整合舊系統(tǒng)的問題，在建立分布式應用系統(tǒng)時也可能存在著后端的數(shù)據(jù)庫服務器是異構的多數(shù)據(jù)庫的問題。

目前，應用最廣泛也是最成功的解決異構數(shù)據(jù)庫互操作問題的方法就是多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（MDBS，Multi-database Systems）。MDBS是在己經(jīng)存在的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（稱為局部數(shù)據(jù)庫LDB，Local Database）之上為用戶提供一個統(tǒng)一的存取數(shù)據(jù)的環(huán)境。一個MDBS是由一組獨立發(fā)展起來的LDB組成，并在這些LDB之上為用戶建立一個統(tǒng)一的存取數(shù)據(jù)的層次，使得用戶像使用一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一樣使用MDBS。

3 MDBS在教學管理異構數(shù)據(jù)庫中的應用

如前所述，合并后的高等院校教學管理系統(tǒng)多數(shù)涉及到不同數(shù)據(jù)庫之間異構的需求。利用數(shù)據(jù)庫集成技術可以實現(xiàn)在現(xiàn)有的信息處理平臺和信息資源數(shù)據(jù)庫基礎上教學管理的統(tǒng)一標準，統(tǒng)一接口要求，確保學院不同部門之間以及與上級管理部門系統(tǒng)上的互聯(lián)、互通、互操作，從而加快信息自動化的建設。

3.1 教學管理綜合數(shù)據(jù)庫異構集成系統(tǒng)結(jié)構

教學管理綜合數(shù)據(jù)庫異構集成系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示，設計方案把異構數(shù)據(jù)庫集成系統(tǒng)分成四個層次：數(shù)據(jù)庫服務層、局部數(shù)據(jù)控制層、全局數(shù)據(jù)控制層、用戶操作界面。在這四個層次中，模式集成是由局部數(shù)據(jù)控制層轉(zhuǎn)換到全局數(shù)據(jù)控制層，查詢分解是由全局數(shù)據(jù)控制層轉(zhuǎn)換到局部數(shù)據(jù)控制層，它們都是通過中間件來實現(xiàn)，這樣就可以給用戶提供了對數(shù)據(jù)透明的操作。

數(shù)據(jù)庫服務層：教學管理目前所采用的局部數(shù)據(jù)庫都是基于SQL的DBMS。它們提供原始數(shù)據(jù)的存儲，并處理來自上層的數(shù)據(jù)請求和訪問，能夠?qū)?shù)據(jù)處理結(jié)果通過這些數(shù)據(jù)庫的專門接口返回給局部數(shù)據(jù)控制層。

局部數(shù)據(jù)控制層：局部數(shù)據(jù)控制層通過數(shù)據(jù)庫專用接口（比如ODBC、JDBC等）向數(shù)據(jù)庫服務器提出使用數(shù)據(jù)請求。在局部數(shù)據(jù)控制層，首先對底層的異構數(shù)據(jù)庫進行封裝，將它們按照規(guī)定打包成全局數(shù)據(jù)庫能夠使用的對象，然后通過中間件提供的接口將對象發(fā)送到全局數(shù)據(jù)控制層。

全局數(shù)據(jù)控制層：全局數(shù)據(jù)控制層按收來自上層的SQL請求信息，并將全局數(shù)據(jù)模式的操作轉(zhuǎn)換成對相應的局部數(shù)據(jù)模式的操作，再對局部數(shù)據(jù)控制層傳上來的數(shù)據(jù)進行處理，最后返回結(jié)果給用戶。

用戶操作界面：在前臺，系統(tǒng)提供給使用者一個方便的操作界面，用戶在此界面上可以進行具體如異構數(shù)據(jù)庫的查詢等操作。在這層上，數(shù)據(jù)庫底層的異構已經(jīng)經(jīng)過前面兩層的轉(zhuǎn)換而被屏蔽，用戶對這些數(shù)據(jù)庫操作是完全透明的。

3.2 集成系統(tǒng)中間件功能描述

由圖1所示，異構數(shù)據(jù)庫集成中間件需要完成以下幾個功能模塊：

(1)提交客戶請求模塊：把用戶在操作界面里輸入的數(shù)據(jù)請求提交給全局數(shù)據(jù)控制層，全局數(shù)據(jù)庫負責要把用戶的數(shù)據(jù)請求轉(zhuǎn)換為規(guī)范的請求數(shù)據(jù)（此處所說的規(guī)范是設計全局數(shù)據(jù)控制時應制定的標準）；

(2)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊：由于異構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本身的異構性決定了用戶所提出的數(shù)據(jù)請求與綜合數(shù)據(jù)庫中的格式不同，為了使用戶透明的訪問數(shù)據(jù)庫，就需要在中間件中設計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換組件對象完成數(shù)據(jù)之間的格式轉(zhuǎn)換；

(3)數(shù)據(jù)庫連接模塊：連接用戶所要使用的局部數(shù)據(jù)庫；

(4)局部數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)操作模塊：按數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的用戶需求在數(shù)據(jù)庫中查找，找到相應的數(shù)據(jù)記錄；

(5)數(shù)據(jù)輸出模塊：把從局部數(shù)據(jù)庫中找到的數(shù)據(jù)記錄經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊后的輸出再經(jīng)過全局數(shù)據(jù)控制層后輸出到用戶操作界面。

3.3 教學管理數(shù)據(jù)庫異構集成相關的問題解決

異構數(shù)據(jù)庫繼承時會涉及到很多需要解決的問題，這里只根據(jù)教學管理數(shù)據(jù)庫的實際情況分析以下三個問題。

3.3.1 安全問題

教學管理綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在安全上分為四級，即校長級、部長級、主任級、教員級。

在一個支持場地自治性的局部數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的安全性可完全由局部數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)負責。但是，一旦遠程用戶被授權訪問局部數(shù)據(jù)，則本地系統(tǒng)就不能確保數(shù)據(jù)完整性。因為，數(shù)據(jù)可能被復制到網(wǎng)絡中的其它用戶上而超出原有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的控制范圍。因此，需要考慮接收用戶的安全性保護和網(wǎng)絡的安全性，為了保證數(shù)據(jù)在分布環(huán)境下的安全性，不應該在非安全的通訊線路上傳遞保密數(shù)據(jù)，也不允許將保密數(shù)據(jù)傳遞給不安全的用戶。由于我們的各個局部數(shù)據(jù)庫是分布的、各個節(jié)點的管理站是獨立的，它們之間的互訪是一種遠程訪問，也就面臨了上述的問題。為此在教學管理數(shù)據(jù)庫集成可以考慮以下兩種安全機制：用戶標識和授權、數(shù)據(jù)加密。

3.3.2 異構模式的消解

在異構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成中可以采用建立全局統(tǒng)一的公共數(shù)據(jù)模式來實現(xiàn)異構模式的消解。我們設計公共數(shù)據(jù)模型的首要要求就是通用性，要能夠表示各種數(shù)據(jù)庫中不同格式的數(shù)據(jù)，另外還要有靈活性，以適應各個局部數(shù)據(jù)庫的各種不同情況。為此，我們可以定義模型里的數(shù)據(jù)如下：

enum type {t_int， t_float， t_string， t_date，……}； //定義全局數(shù)據(jù)類型

struct field { //定義模型里的數(shù)據(jù)

stringname； //定義字段名

type data_type； //字段類型

any value；//字段值

}；//這里的type定義的類型與中間件里IDL語言定義的數(shù)據(jù)類型對應

消解的過程：任何局部數(shù)據(jù)庫類型數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換成上述定義中的type中的一種類型，這些類型是集成系統(tǒng)自己定義的，其中any類型起到統(tǒng)一傳輸任何類型的作用，轉(zhuǎn)換成公共數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)均又以any類型傳輸。這樣的話就可以實現(xiàn)本系統(tǒng)異構的消解。此種方法可能會由于公共模型定義的局限性而出現(xiàn)異構消解的失敗。

3.3.3 并發(fā)控制

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的異構性和局部自治性使得并發(fā)控制更加復雜化。這是由于幾個方面決定的：比如局部數(shù)據(jù)庫的增多增加了產(chǎn)生沖突請求的可能性或者分布式網(wǎng)絡的時延也能造成訪問沖突。

我們可以根據(jù)兩端提交協(xié)議設計一個預防死鎖的方法：由全局庫截獲所有的客戶請求，根據(jù)請求的不同采取不同的控制策略。比如，可以規(guī)定所有的寫請求都要串行執(zhí)行（因為讀數(shù)據(jù)庫的操作不會造成數(shù)據(jù)讀取的不一致，而寫操作就可以）?；蛘呶覀兛梢钥紤]利用客戶進行協(xié)調(diào)控制。這里可以利用操作系統(tǒng)中的信號量機制定義一個IDL接口，里面可以封裝幾個控制方法（比如可以設置讀鎖、讀解鎖、寫鎖、寫解鎖四個方法）由客戶作為中間件的對象調(diào)用。這種方式可以防止死鎖，但是由于串行化的執(zhí)行寫數(shù)據(jù)庫操作會浪費系統(tǒng)性能，如果我們的異構數(shù)據(jù)庫運行時，各子單位大部分的操作是讀取數(shù)據(jù)的話可以采用上面的方法來防止訪問沖突。

4 結(jié)束語

異構數(shù)據(jù)庫集成技術能夠?qū)崿F(xiàn)對客戶和服務器間交互的數(shù)據(jù)格式以及數(shù)據(jù)庫語言和模式的標準化，TCP/IP在互連網(wǎng)上的成功已經(jīng)證明了標準化是解決教學管理互連的最佳方案，采用異構數(shù)據(jù)庫集成技術型不僅可以減少資源浪費，而且對以后數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件維護和二次開發(fā)提供了可靠的保障。另一方面，異構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所處的環(huán)境常常是分布異構的，在這樣一個復雜的分布異構環(huán)境中，數(shù)據(jù)庫間的通信必然涉及大量復雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和協(xié)議轉(zhuǎn)換，在傳統(tǒng)的集成方法中，這些轉(zhuǎn)換是由集成系統(tǒng)來完成，使得集成系統(tǒng)過于復雜而難以實現(xiàn)，而采用三層結(jié)構利用一個通用統(tǒng)一的通信中間件屏蔽環(huán)境異構性，則會大大簡化集成系統(tǒng)。

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