電子工程師論文淺析DM3數(shù)據(jù)庫體系的策略

　　本篇文章是由《電子測量與儀器學(xué)報》發(fā)表的一篇電子論文，(月刊)創(chuàng)刊于1987年，是經(jīng)國家科委批準(zhǔn)，由中國科協(xié)主管，中國電子學(xué)會主辦的國內(nèi)外公開發(fā)行的國家級學(xué)術(shù)刊物。 始終以促進電子測量技術(shù)學(xué)科事業(yè)的發(fā)展為宗旨，致力于及時反映本學(xué)科的科研新成果，溝通國內(nèi)外相關(guān)專業(yè)科技人員間的信息交流，鼓勵首創(chuàng)精神、倡導(dǎo)理論聯(lián)系實際的優(yōu)良學(xué)風(fēng)，為將先進的科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為先進的生產(chǎn)力，出成果、出人才提供了一個學(xué)術(shù)平臺。

　　【摘 要】隨著經(jīng)濟的發(fā)展,企業(yè)的規(guī)模越來越大,其積累的信息也越來越多。存在著各部門所處理的信息多數(shù)只對本部門有效,僅有少數(shù)信息需給其它某些部門共享的問題。這種信息的分布性和獨立性要求對所處理的數(shù)據(jù)進行分類,使各部門既能獨立地處理本部門大多數(shù)數(shù)據(jù),也使部門間能協(xié)調(diào)處理跨部門的事務(wù)。在這種情況下,對整個企業(yè)建立一個完全的緊密耦合的分布式數(shù)據(jù)庫是很困難的,也是沒必要的,特別是大型企業(yè),這樣的數(shù)據(jù)庫的效率往往是很低的。為解決這個問題,我們采用以下策略:每個部門使用一套緊密耦合的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),而在存在跨部門事務(wù)處理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)間用一個協(xié)調(diào)器聯(lián)起來。這樣就組成了一個橫跨整個企業(yè),各部門高度自治的聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。本文主要介紹多DM3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)間的信息共享機制。

　　【關(guān)鍵詞】DM3數(shù)據(jù)庫 互聯(lián)機制 設(shè)計

　　多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個重要分支,是一個新興的數(shù)據(jù)庫研究領(lǐng)域。隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴大,各部門所需信息既相互交錯,又相對獨立。這就要求各部門所用的數(shù)據(jù)庫既能高度自治地工作,又能進行信息共享。

　　DM2是采用客戶/服務(wù)器模型,客戶機與服務(wù)器,服務(wù)器與服務(wù)器均通過網(wǎng)絡(luò)互連,通過消息相互通訊,組成一個緊密耦合的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它的工作流程如下:客戶機登錄到一臺服務(wù)器上,這臺服務(wù)器便成為它的代理服務(wù)器;它接收來自客戶機的消息,然后根據(jù)全局?jǐn)?shù)據(jù)字典決定是自己獨立完成該操作,還是與其它服務(wù)器協(xié)作處理這條消息,處理完成之后,再由代理服務(wù)器將處理結(jié)果返回給客戶機。由于DM2上各個服務(wù)器站點的全局字典完全相同,任何全局表的信息都會記入全局字典。若用它來構(gòu)建一個企業(yè)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),則大量只對企業(yè)某部門有用的信息將會充斥在各部門所有服務(wù)器的全局字典中,增加了冗余。而且,當(dāng)對全局表進行DDL操作時,為了確保全局字典的一致性,須對所有服務(wù)器的全局字典進行加鎖。DM2對全局字典的封鎖方式是采用令牌環(huán)方式,即令牌繞虛環(huán)(非實環(huán))傳輸,某個服務(wù)器想對全局字典進行操作,必須等令牌到達該服務(wù)器才可以執(zhí)行。每個部門建立的全局表絕大多數(shù)只對本部門有用,當(dāng)對這些表進行DDL操作時,卻要對所有服務(wù)器的全局字典進行封鎖,通過令牌來實現(xiàn)對全局字典的互斥訪問。這嚴(yán)重?fù)p害了數(shù)據(jù)庫的效率論文發(fā)表。

　　為彌補以上不足,在DM2的改進版本DM3中增加了協(xié)調(diào)器,用以聯(lián)接各個獨立的DM3數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng),并協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)間的各種關(guān)系,使各子系統(tǒng)既能高度自治地工作,又能進行有效的信息共享。

　　一、多數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)可看作多個數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)被協(xié)調(diào)器聯(lián)起來的,高度自治的一個聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。其中,每個子系統(tǒng)獨立處理本系統(tǒng)內(nèi)部的事務(wù),而子系統(tǒng)間的信息共享由復(fù)制技術(shù)提供,副本間的一致性由協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)處理,處理所需的信息在初始化時寫入?yún)f(xié)調(diào)器的組間數(shù)據(jù)字典中。當(dāng)對某子系統(tǒng)中的一份數(shù)據(jù)副本進行修改時,該子系統(tǒng)會將修改通知協(xié)調(diào)器,由協(xié)調(diào)器對該數(shù)據(jù)的其它副本進行修改,從而保證了所有副本的一致性。

　　由以上可知,子系統(tǒng)彼此并不直接接觸,而是各自都與協(xié)調(diào)器直接相聯(lián),由協(xié)調(diào)器統(tǒng)一管理子系統(tǒng)間的通信。這樣,當(dāng)子系統(tǒng)對副本進行修改時,不必關(guān)心相應(yīng)的子系統(tǒng)處于何種狀態(tài),也不必等待回應(yīng)消息,以及異常處理,所有這些都由協(xié)調(diào)器進行管理。因此,既提高了系統(tǒng)運行的效率,也保證了子系統(tǒng)的獨立性。

　　協(xié)調(diào)器主要有三大功能,首先,它對協(xié)調(diào)器和服務(wù)器進行初始化,并將有關(guān)信息存入組間字典;其次,它管理不同子系統(tǒng)間的通信,維護副本的一致性;最后,它在子系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰時,進行異常管理及恢復(fù)工作。

　　二、多數(shù)據(jù)庫互聯(lián)機制的主要策略

　　多個DM3系統(tǒng)間的信息共享是通過副本實現(xiàn)的,副本的一致性是由協(xié)調(diào)器來維持的,是一種弱一致性。通常,多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)間的一致性是通過協(xié)調(diào)器周期性地訪問服務(wù)器的日志來完成的。由于副本的更新帶有隨機性,因此,若采用這種方法,可能數(shù)據(jù)被修改多次,但其相對應(yīng)的副本仍未被修改,這樣就損害了數(shù)據(jù)的一致性;也可能數(shù)據(jù)并未被修改,但協(xié)調(diào)器已多次訪問了服務(wù)器的日志了,這樣就降低了系統(tǒng)的效率。

　　所以,本系統(tǒng)采用的方法是當(dāng)數(shù)據(jù)被修改時,由服務(wù)器通知協(xié)調(diào)器有關(guān)信息,再由協(xié)調(diào)器通知相關(guān)系統(tǒng),修改相關(guān)數(shù)據(jù)。這樣,數(shù)據(jù)的修改及時(仍然是弱一致性),而協(xié)調(diào)器也不會在數(shù)據(jù)未被修改的情況下訪問服務(wù)器,提高了準(zhǔn)確性。

　　為了使協(xié)調(diào)器正常工作,我們對底層數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DM2進行了修改。在基表控制塊TV_CTRL_BLOCK中增加一項IsReplication。建表時,該項初始化為false;當(dāng)為該表建立一個副本時,該項賦值為true。具體算法如下。

　　1、初始化算法。

　　協(xié)調(diào)器:從用戶或應(yīng)用程序接收待連接的兩個系統(tǒng)中的服務(wù)器名,需復(fù)制的表名;分別登錄到兩個系統(tǒng)的服務(wù)器上;向存有待復(fù)制表的服務(wù)器發(fā)預(yù)復(fù)制消息;等待服務(wù)器消息;若失敗,發(fā)一條失敗的消息給服務(wù)器和用戶或應(yīng)用程序;若成功,從消息中取出待復(fù)制表的有關(guān)信息,根據(jù)這些信息,發(fā)一條建表消息給另一個系統(tǒng)的服務(wù)器;等待服務(wù)器消息;若失敗,發(fā)一條失敗的消息給服務(wù)器和用戶或應(yīng)用程序;若成功,調(diào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移程序,進行數(shù)據(jù)復(fù)制;將有關(guān)信息寫入組間字典,退出。計算機論文

　　服務(wù)器:當(dāng)服務(wù)器收到預(yù)復(fù)制消息后,將基表控制塊TV_CTRL_BLOCK中的IsReplication賦為true。同時,取出待復(fù)制表的有關(guān)信息,組成應(yīng)答消息發(fā)給協(xié)調(diào)器。

　　當(dāng)服務(wù)器收到失敗的消息后,將基表控制塊TV_CTRL_BLOCK中的IsReplication賦為false。

　　2、維護算法。

　　協(xié)調(diào)器:從組間字典讀出相關(guān)信息,根據(jù)這些信息,登錄到相應(yīng)系統(tǒng)上;等待消息;從某系統(tǒng)的服務(wù)器上收到一條修改消息后,通過查找組間字典,確定該消息的目的地,然后將它轉(zhuǎn)發(fā)過去;若失敗,定時重發(fā)。

　　服務(wù)器:1)等待消息;2)當(dāng)收到某客戶或應(yīng)用程序的消息后,檢查它是否是修改數(shù)據(jù)的操作(如delete,update或insert等);若是,檢查基表控制塊TV_CTRL_BLOCK中的IsReplication是否為true;若是,向協(xié)調(diào)器發(fā)修改消息;繼續(xù)執(zhí)行服務(wù)器程序的其它部分。

　　3、恢復(fù)算法。

　　若協(xié)調(diào)器所聯(lián)接的系統(tǒng)中有一個跨掉了,則對副本的修改無法及時地反映到跨掉的系統(tǒng)中來。這時,需要恢復(fù)算法來進行處理。

　　協(xié)調(diào)器:當(dāng)協(xié)調(diào)器發(fā)現(xiàn)有一個系統(tǒng)已經(jīng)崩潰后,采取以下步驟。

　　將與該系統(tǒng)相關(guān)的變量open賦值為false;打開記時器;等待消息;若收到的消息是其它系統(tǒng)發(fā)出的修改崩潰了的系統(tǒng)上的副本的命令,則依次將這些消息存儲起來;若收到的消息是記時器發(fā)出的時間到的消息,則向崩潰的系統(tǒng)發(fā)登錄命令;若登錄成功,將open的值改為true;將存儲的消息依次發(fā)送過去;若登錄失敗退出。

　　我們曾在三個DM3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)上,用兩個協(xié)調(diào)器進行聯(lián)接。結(jié)果,運行情況良好,各副本最終都能保證一致,且各副本間存在差異的時間間隔很短。另外,在出現(xiàn)異常的情況下,協(xié)調(diào)器也能正常工作。