基于交易型負載自適應管理的數據庫系統探析

摘 要 數據庫技術的不斷發展使得該系統的負載自適應受到很多人的關注，負載自適應主要是進行負載過濾和控制調用所有資源滿足其性能上的需求，自動數據庫系統框架用以完成這個過程。文中介紹了基于交易型負載自適應管理的數據庫系統，并設計了合理的查詢調度器。

【關鍵詞】負載自適應 自治數據庫系統負載管理框架 交易型負載

1 引言

數據庫技術中的關鍵技術就是保證系統負載的服務水平。數據庫服務水平主要包括性能和重要性，性能指的是負載提供服務的能力，例如響應數據庫操作的平均時間，數據吞吐量等。重要性是指負載對于客戶的重要性，當資源不夠時，重要性決定企業客戶占有負載資源的多少。計算機網絡的發展使得負載變的多樣化，負載的動態性和多樣性決定數據庫資源管理的復雜性，數據庫要能夠分辨負載的狀態，并且根據負載的實時狀態分配系統資源，這就給負載的管理帶來巨大的難題，負載自適應管理就是根據這個問題提出來的，自治數據庫系統負載管理框架是一個數據庫系統負載自適應框架，該框架由探測過程和控制過程兩個過程，特征化功能，性能建模，控制，監測四個功能組成，探測過程就是根據負載的實時狀態預測發展趨勢，并進行識別?？刂七^程則根據探測過程利用系統資源控制負載性能。特征化功能目的是識別負載的特征，性能建模功能主要是建立數學模型預測系統的狀態，控制功能負載合理化負載控制，監測功能負載獲取系統資源利用率，然后將信息傳遞給系統。而對于自治數據庫系統負載管理框架，終端型，批處理型，交易型負載各不相同，終端型，批處理型負載的用戶數量恒定，交易型負載的用戶數量是不恒定的，因此交易型負載比終端型負載和批處理負載的處理難度都高，而處理復雜多變的交易型負載需要適合的基于開放型排隊網絡模型的查詢調度器。通過重新設計的查詢調度器有效分析和預測負載性能。

2 數據庫系統交易型負載的自適應管理現狀

數據庫影響系統性能的主要是關鍵資源的分配，調節參數可以分配負載一些資源，而如果要進行交易型負載的數據庫系統的自適應管理，可以建立數據庫系統的排隊網絡模型在交易型負載下，分析和處理關鍵資源對系統資源的影響，而排隊網絡模型的分析數據庫的控制，主要由四種服務隊列和三個中心組成，這三個中心包括內存處理器，輸入輸出中心和一個緩沖中心，緩沖中心的目的就是緩沖數據描述帶來的沖突。排隊網絡模型的數據庫性能模型可以利用恢復系統恢復關鍵數據，恢復數據對系統性能也是有巨大影響的，恢復數據建模即是對恢復日志的輸入輸出操作。而目前的排隊網絡模型只能用于描述內存處理，輸入輸出，因此很多學者擴展了該模型，建立分布式數據庫系統的排隊模型，用于系統容量分析；建立閉合的排隊模型，改善了基于交易成本的數據庫性能。

3 查詢調度器的實現方案

3.1 查詢調度器的結構

查詢調度器是自治數據庫系統負載管理框架的原形實現，監視器負責跟蹤客戶查詢行為的到來，系統自動截取客戶查詢信息，將查詢信息傳遞給分類器和調度計劃器，分類器負責將來源信息分類處理和發送，而調度計劃器負責將查詢隊列分類處理和調度。性能預測子系統以內置的特定模型預測交易型負載的性能，調度計劃器會利用算法計算出最優的解決方案，該方案要滿足性能服務水平。

分類器負載分類查詢，依據就是查詢信息，客戶的查詢方式主要是關鍵詞搜索，這就是分類器的憑據。

3.2 性能模型

性能模型主要利用開放網絡模型，適用于交易類負載，負載強度用到達速率表示，用戶數的隨機變化，查詢行為的時間間隔等都是與閉合排隊模型不同。負載性能采用查詢速度和響應時間描述，簡單流用于描述客戶到達的隨機過程，服從Poisson分布。如公式（1），公式（2）所示，建立性能模型。?k?1是評價服務速率， Rk是平均響應時間，Ck是類成本配額，Wk是等待時間，Vk是執行速率，這樣就可以控制給定區間內的性能。

Rk = （1）

Vk =1? = 1? （2）

3.3 負載控制

負載控制主要由調度計劃器完成和性能預測器協作完成，調度計劃器能夠確定最優調度方法，用利用分配器完成后續動作。利用性能模型，能夠得到目標函數，然后利用非線性規劃方法求得目標函數的最優解。

3.4 監測系統

當查詢調度器和數據庫建立連接，服務器就要一直開啟監聽模式，監控客戶端的客戶請求，系統的查詢，分類器和調度計劃器。監視器就是介于查詢調度器和數據庫系統，完成這些監測任務。

3.5 實現方案

監視器主要完成兩個算法任務，收集查詢信息，分配給分類器和調度計劃器，資源分配結束后釋放監聽操作。分類器的算法實現目的是取得查詢信息和識別負載信息，如果負載類型是交易型負載，則把查詢加入隊列0，否則加入1。性能預測算法主要取得平均到達速率和評價服務速率。返回區間內的執行速率。調度計劃器的目的產生成本分配方案，獲取配額表。其中要設計性能的最優化計算方法，實現配額表的資源分配技術，利用time類實現定時技術。

4 結束語

交易型負載具有不同于批處理負載和終端型負載，需要采用新的排隊網絡模型，設計性能預測器，才能應用于基于交易型負載自適應管理的數據庫系統。文中介紹了基于交易型負載自適應管理現狀，并分析了查詢調度器的結構，性能模型，負載控制，監測系統和實現方案。以期能夠增加數據庫交易型負載的自適應管理能力。

參考文獻

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作者簡介

王迎敏（1982-），女，山西省運城市人。碩士學位?，F為太原學院計算機工程系助教。主要研究方向為數據庫負載管理。

作者單位

太原學院計算機工程系 山西省太原市 030032