云環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展策略的設(shè)計(jì)探討

摘 要：針對(duì)云環(huán)境下數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)日益復(fù)雜現(xiàn)狀，文章提出了一種基于云環(huán)境的數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展系統(tǒng)模型。該模型架構(gòu)分為三個(gè)層次：邏輯事物處理層、本地?cái)?shù)據(jù)庫代理和緩存池層和可擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫層。仿真結(jié)果表明，文章設(shè)計(jì)的模型在數(shù)據(jù)請(qǐng)求逐漸增加的情況下，數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展模型的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間越短，效果越明顯。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；數(shù)據(jù)庫；可擴(kuò)展性

引言

隨著云計(jì)算的，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模增大時(shí)，所設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)系統(tǒng)需要增強(qiáng)相應(yīng)的硬件設(shè)備，達(dá)到適應(yīng)系統(tǒng)更加龐大的應(yīng)用規(guī)模，具有可擴(kuò)展性[1，2]。可擴(kuò)展性指的是增強(qiáng)硬件設(shè)備性能或硬件設(shè)備的數(shù)量。增加設(shè)備數(shù)量又稱為水平擴(kuò)展，數(shù)據(jù)庫層內(nèi)的水平擴(kuò)展很難實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)庫服務(wù)器需要保存數(shù)據(jù)，每一次數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改等都會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)同步。因此，為了增強(qiáng)數(shù)據(jù)庫層內(nèi)的可擴(kuò)展性，文章通過研究云計(jì)算環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于云環(huán)境的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器水平擴(kuò)展模型，以縮短系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

1 架構(gòu)概述

文章提出了一種基于云環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展系統(tǒng)模型。在應(yīng)用服務(wù)器下面的數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展系統(tǒng)架構(gòu)分為三個(gè)層次：邏輯SQL事物處理層、本地?cái)?shù)據(jù)庫代理DA和CP緩存池層、包括符合均衡服務(wù)器在內(nèi)的可擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫層。（圖1）

圖1 數(shù)據(jù)庫水平擴(kuò)展模型圖

文章介紹的邏輯SQL事務(wù)處理層指的是數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)用戶請(qǐng)求進(jìn)行邏輯處理，在處理過程中將SQL語句包送給下一層的數(shù)據(jù)代理層和緩存池，數(shù)據(jù)庫代理DA具有連接控制數(shù)據(jù)庫和讀寫分離的功能，緩存池CP具有緩解數(shù)據(jù)庫層負(fù)載容量，提供數(shù)據(jù)訪問效率。在最下面一層可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫層的主要作用是提升數(shù)據(jù)庫層的可擴(kuò)展性，具有負(fù)載均衡的功能。

2 基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)庫水平擴(kuò)展模型設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)現(xiàn)讀寫分離策略

在所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫水平擴(kuò)展模型中，對(duì)應(yīng)用程序而言，讀寫分離是透明的。發(fā)生寫操作后，通過采用數(shù)據(jù)庫復(fù)制技術(shù)解決主從數(shù)據(jù)庫同步問題。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可靠性與主數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)設(shè)備和數(shù)據(jù)庫群集中的節(jié)點(diǎn)設(shè)備的可靠性呈現(xiàn)正相關(guān)。除此之外，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模越大，系統(tǒng)的可靠性會(huì)越低。

2.2 數(shù)據(jù)庫復(fù)制策略

讀寫分離策略會(huì)引起主從數(shù)據(jù)庫不一致的問題，由于主從數(shù)據(jù)庫同步的策略是數(shù)據(jù)庫復(fù)制技術(shù)，而常用數(shù)據(jù)庫的復(fù)制方法包括以下三種：觸發(fā)器法、快照法、日志法。觸發(fā)器法的原理是記錄源數(shù)據(jù)庫中具有變化的數(shù)據(jù)，這樣就避免了數(shù)據(jù)完全復(fù)制，因此具有較高的工作效率，但是觸發(fā)器法由于記錄變化的數(shù)據(jù)會(huì)引起主數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，從而降低了主數(shù)據(jù)庫性能；快照法是采用快照技術(shù)保存存儲(chǔ)對(duì)象，完全復(fù)制源數(shù)據(jù)庫，這樣雖然避免了數(shù)據(jù)庫的不穩(wěn)定性，但是由于完全復(fù)制，因此工作效率明顯降低；日志法通過分析源數(shù)據(jù)庫日志，獲得歷史操作信息，根據(jù)日志歸檔及傳遞達(dá)到數(shù)據(jù)同步的目的，該方法的工作方式是增量復(fù)制方式，因此具有較高的效率。目前數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)主要采用的方法是日志法。

設(shè)存在n個(gè)節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫集群上，主從數(shù)據(jù)庫同步的模式可以有以下兩種模式，1：n模式和1：1：（n-1）的級(jí)聯(lián)模式。需要說明的是，1：n模式是n個(gè)從數(shù)據(jù)庫利用主數(shù)據(jù)庫的日志進(jìn)行同步，而1：1：（n-1）的級(jí)聯(lián)模式是選擇一個(gè)作為首從數(shù)據(jù)庫，開始需要進(jìn)行首從數(shù)據(jù)庫的同步，首從數(shù)據(jù)庫同步完成后，再進(jìn)行其余n-1個(gè)從數(shù)據(jù)庫的同步，通過首從數(shù)據(jù)庫的日志完成其余數(shù)據(jù)庫同步。

3 系統(tǒng)仿真結(jié)果與評(píng)價(jià)

首先，設(shè)置主從數(shù)據(jù)庫為歸檔模式；編輯端口號(hào)、配置協(xié)議、客戶端訪問文件，主機(jī)IP等參數(shù)；設(shè)置每個(gè)數(shù)據(jù)庫的全局名稱，并且建立公共的數(shù)據(jù)庫鏈接。

其次，配置Supplemental loging；主數(shù)據(jù)庫需要配置的主要內(nèi)容：表空間、私有數(shù)據(jù)庫鏈、數(shù)據(jù)表空間；在主備機(jī)上建立Master流隊(duì)列和Backup流隊(duì)列；在主數(shù)據(jù)庫上建立流傳播和捕獲進(jìn)程；并且在數(shù)據(jù)庫上建立應(yīng)用進(jìn)程。

最后，開啟捕獲程序，同時(shí)開啟應(yīng)用進(jìn)程。仿真環(huán)境采用OA平臺(tái)，仿真數(shù)據(jù)表500萬條等記錄。仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)主要為：選擇、刪除、更新、插入。在不同的并發(fā)數(shù)據(jù)請(qǐng)求下，對(duì)比文章的數(shù)據(jù)庫水平擴(kuò)展模型和單數(shù)據(jù)庫層模型的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，仿真結(jié)果如圖2所示。從圖可以看出，數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展模型在不同請(qǐng)求數(shù)下平均響應(yīng)時(shí)間均小于單數(shù)據(jù)庫模型，說明文章設(shè)計(jì)的模型響應(yīng)速度較快，同時(shí)請(qǐng)求數(shù)增加的情況下，數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展模型的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間越短，效果越明顯。

圖2 請(qǐng)求數(shù)-響應(yīng)時(shí)間對(duì)比圖

4 結(jié)束語

文中提出了一種基于云環(huán)境的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器水平擴(kuò)展模型，增強(qiáng)數(shù)據(jù)庫的可擴(kuò)展性。該模型架構(gòu)分為三個(gè)層次：邏輯事物處理層、本地?cái)?shù)據(jù)庫代理和緩存池層和可擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫層。實(shí)現(xiàn)了讀/寫分離以及數(shù)據(jù)庫復(fù)制等技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模型在數(shù)據(jù)請(qǐng)求逐漸增加的情況下，數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展模型的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間越短，效果越明顯。

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作者簡(jiǎn)介：龐天天（1978，3-），男，內(nèi)蒙呼和浩特，軟件工程碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。