私有云數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

摘 要 本文研究了私有云數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、私有去數(shù)據(jù)平臺(tái)和用戶的構(gòu)建方法。陳述了在私有云數(shù)據(jù)庫中常用的相關(guān)技術(shù)。對私有云數(shù)據(jù)庫的發(fā)展具有總結(jié)性的作用。

【關(guān)鍵詞】私有云 私有云數(shù)據(jù)庫 架構(gòu) 相關(guān)技術(shù)

1 私有云

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式計(jì)算，由Google的首席執(zhí)行官Eric Schmidt第一次提出。云計(jì)算在商業(yè)運(yùn)營中有公有云、私有云和混合云三種常見的計(jì)算模式。公有云是運(yùn)營商面對公眾開發(fā)的云計(jì)算服務(wù)。私有云是面向企事業(yè)單位內(nèi)部開發(fā)設(shè)計(jì)的云計(jì)算服務(wù)。混合云是由公有云和私有云相結(jié)合的產(chǎn)物。

私有云是針對單位的專享服務(wù)而構(gòu)建的，擁有單位的防火墻保護(hù)，數(shù)據(jù)的安全性比公有云和混合云要高很多。私有云相對于公有云分布計(jì)算集中，用戶范圍小、管理方便、服務(wù)質(zhì)量好，能夠充分使用本單位的現(xiàn)有硬件資源和軟件資源。

2 私有云數(shù)據(jù)庫

私有云據(jù)庫就是將數(shù)據(jù)庫部署在私有云的虛擬計(jì)算環(huán)境中，從下至上由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、私有云數(shù)據(jù)庫平臺(tái)和用戶組成。

2.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

在私有云數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)方案決定了數(shù)據(jù)的安全性。無論采用雙機(jī)熱備還是雙機(jī)冷備，在服務(wù)器進(jìn)行切換時(shí)一定要保證數(shù)據(jù)的一致性，這樣才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性。目前采用DRBD（Distributed Replicated Block Device）存儲(chǔ)或共享存儲(chǔ)方案的較多。DRBD是由通過軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主服務(wù)器和備用服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)復(fù)制。主服務(wù)器和備用服務(wù)器之間可以角色互換。缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)容量翻倍、資源浪費(fèi)，有“腦裂”風(fēng)險(xiǎn)。共享存儲(chǔ)方案是將存儲(chǔ)空間與主服務(wù)器和備用服務(wù)器相互獨(dú)立。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)通過服務(wù)器操作將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備的同一個(gè)分區(qū)，保證了數(shù)據(jù)的一致性。缺點(diǎn)是某一時(shí)刻只允許一臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，多臺(tái)服務(wù)器不能并行操作，效率低。

2.2 私有云數(shù)據(jù)庫平臺(tái)

私有云數(shù)據(jù)庫平臺(tái)主要包括平臺(tái)組件、OpenStack服務(wù)、云數(shù)據(jù)庫管理和系統(tǒng)管理四部分。

平臺(tái)組件分為集中式和分布式。集中式將所有服務(wù)組件都設(shè)置在一個(gè)服務(wù)設(shè)備上，能夠節(jié)省資源但容災(zāi)性能差。分布式將服務(wù)組件部署在不同的服務(wù)器上，服務(wù)響應(yīng)速度快容災(zāi)性好。

OpenStack服務(wù)由數(shù)據(jù)計(jì)算、鏡像管理、虛擬網(wǎng)絡(luò)、塊存儲(chǔ)、對象存儲(chǔ)、身份認(rèn)證、控制面板和消息管理等組件模塊構(gòu)成。每個(gè)模塊可以獨(dú)立向用戶提供資源服務(wù)。

云數(shù)據(jù)庫管理是通過底層數(shù)據(jù)庫資源池實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)庫資源池的功能是為執(zhí)行進(jìn)程發(fā)出的信息流提供所需的物理支持和響應(yīng)，信息流包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的創(chuàng)建、添加、刪除、修改、查詢和刷新等操作。數(shù)據(jù)庫資源池可以由MySQL、Oracle、SQL Server等多種數(shù)據(jù)庫組成。

系統(tǒng)管理包括控制指令、節(jié)點(diǎn)管理、故障處理、負(fù)載分配等功能。控制指令包括狀態(tài)指令、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、日志查詢等。節(jié)點(diǎn)管理通過監(jiān)控系統(tǒng)對私有云中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)管。故障處理功能是對各節(jié)點(diǎn)中出現(xiàn)的故障進(jìn)行自動(dòng)相應(yīng)處理。負(fù)載分配功能是統(tǒng)計(jì)私有云各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況，根據(jù)負(fù)載均衡原則自動(dòng)進(jìn)行負(fù)載遷移。

2.3 用戶

根據(jù)操作權(quán)限分為普通用戶和管理員用戶。普通用戶僅享有數(shù)據(jù)的存取和查詢服務(wù)。管理員用戶擁有系統(tǒng)的所有權(quán)限，可以控制系統(tǒng)。

3 相關(guān)技術(shù)

3.1 VLAN

虛擬局域網(wǎng)（virtual local area network，簡稱VLAN）是一項(xiàng)成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，擁有傳輸速率快、操作簡單、易管理和擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。VLAN能夠?qū)⒕钟蚓W(wǎng)絡(luò)根據(jù)需要?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)小型網(wǎng)段，不受計(jì)算機(jī)位置的控制，這樣可以有效控制私有云數(shù)據(jù)庫操作引起的廣播風(fēng)暴，提高數(shù)據(jù)的安全性和冗余數(shù)據(jù)的剔除能力。

3.2 Xen

Xen是使用虛擬化技術(shù)在一臺(tái)設(shè)備上運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)間相互獨(dú)立，共同享用硬件資源和數(shù)據(jù)信息。在私有云數(shù)據(jù)庫中使用該技術(shù)不僅可以提高設(shè)備的利用率，減少硬件投入，還能夠解決多個(gè)數(shù)據(jù)庫同時(shí)運(yùn)行產(chǎn)生的沖突問題。

3.3 Ceilometer

Ceilometer技術(shù)是OpenStack中的一項(xiàng)子技術(shù)，可以提供輪詢代理、通知代理、收集器、API、報(bào)警五個(gè)核心服務(wù)，每個(gè)服務(wù)不僅可以再次增加，還能夠根據(jù)負(fù)荷的擴(kuò)大增加節(jié)點(diǎn)。輪詢代理的功能是對OpenStack 服務(wù)進(jìn)行輪詢查詢，統(tǒng)計(jì)輪詢數(shù)據(jù)。通知代理的功能是把消息隊(duì)列中的信息通知給OpenStack，并實(shí)現(xiàn)樣本的轉(zhuǎn)換。收集器的功能是把通知代理中的轉(zhuǎn)換樣本存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。API的功能是向需求者提供收集器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)樣本。報(bào)警的功能是按照定義的報(bào)警條件對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查并通知給系統(tǒng)。

Ceilometer五個(gè)核心服務(wù)的過程是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的過程。目前Ceilometer能夠識(shí)別關(guān)系數(shù)據(jù)庫的MySQL、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫HBase和兩者間的MongoDB數(shù)據(jù)庫。

3.4 WebSocket

WebSocket在私有云數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了瀏覽器與服務(wù)器的雙工通信。通過WebSocket 協(xié)議瀏覽器與服務(wù)器在握手操作后就能夠建立雙工高速通道，兩者間進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)傳輸，減少了服務(wù)器的輪詢時(shí)間。在定義WebSocket接口時(shí)除了要定義WebSocket協(xié)議還要定義JavaScript應(yīng)用程序的WebSocket接口。

WebSocket有readyState和bufferedAmount兩個(gè)屬性。readyState有0、1、2和3共四種狀態(tài)。0表示正在Web與云服務(wù)器正在進(jìn)行握手連接，還未連接成功。1表示W(wǎng)eb與云服務(wù)器已經(jīng)連接成功，可以進(jìn)行通信。2表示W(wǎng)eb與云服務(wù)器握手操作被取消，正在進(jìn)行斷開操作。3表示W(wǎng)eb與云服務(wù)器已經(jīng)斷開連接。bufferedAmount的功能是Web與云服務(wù)器的連接緩沖區(qū)。

4 總結(jié)

私有云數(shù)據(jù)庫是云計(jì)算技術(shù)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，依賴于云計(jì)算的提高。隨著市場的發(fā)展越來越多的企業(yè)需要構(gòu)建私有云數(shù)據(jù)庫，但以下問題會(huì)成為近幾年解決的首要問題。

（1）目前應(yīng)用在私有云數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)庫有關(guān)系數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫，各類數(shù)據(jù)庫對云服務(wù)器系統(tǒng)的要求各不同，其兼容性問題有待進(jìn)一步研究。

（2）為了避免在進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)出現(xiàn)訪問延遲現(xiàn)象，私有云數(shù)據(jù)庫要求網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較為苛刻。

（3）隨著黑客技術(shù)的發(fā)展，私有云數(shù)據(jù)庫的安全性研究也不可忽視。

作者簡介

陸濤（1979-），女，遼寧省本溪市人。碩士學(xué)位。研究方向?yàn)檐浖_發(fā)與信息安全。

作者單位

遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系 遼寧省沈陽市 110023