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文檔簡介

1、(注意要用WORD 2003!)發(fā)表的雜志:志愿一、志愿二、志愿三一種異構(gòu)數(shù)據(jù)庫協(xié)同的解決方案作者姓名 蔡斌杰,男,1968.5.30-,講師,碩士學(xué)位,浙江長江職業(yè)技術(shù)學(xué)院,研究方向:計算機(jī)軟件工程(如下格式進(jìn)行修改)單位 郵編摘要:企業(yè)和部門迫切需要整和信息資源,聯(lián)合異構(gòu)數(shù)據(jù)庫,解決異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的協(xié)同,成為一個很有意義的研究課題。提出一種異構(gòu)數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)的解決方案,該方案吸納了數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)、中間件、LDAP目錄服務(wù)等思想。它采用CSCW體系結(jié)構(gòu)中的聯(lián)邦結(jié)構(gòu),對應(yīng)用中輸入的要求,在通信處理器的支持下,由協(xié)調(diào)控制器調(diào)用數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)目錄服務(wù),協(xié)同查詢處理、事務(wù)管理、完整性約束模塊,訪問底層數(shù)據(jù)庫,較

2、好地屏蔽了異構(gòu)性,其中協(xié)調(diào)控制器以基于Agent的三層協(xié)作模型來實現(xiàn),數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可以采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式XML文檔,工作方式為多線程。關(guān)鍵詞:異構(gòu)數(shù)據(jù)庫 CSCW 中間件 元數(shù)據(jù)1 引言隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,大多數(shù)的企業(yè)和部門部署了各式各樣的異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),這些數(shù)據(jù)庫在歷史上發(fā)揮了很大的作用。今天人們對數(shù)據(jù)處理和信息系統(tǒng)的要求越來越高,過去各自為營的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫所形成的“信息孤島”,已帶來很多不便。企業(yè)和部門迫切需要整和信息資源,聯(lián)合異構(gòu)數(shù)據(jù)庫。解決異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的協(xié)同,成為一個很有意義的研究課題。2基于Agent的三層協(xié)作模型實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制器解決異構(gòu)數(shù)據(jù)庫問題,可以采用CSCW的聯(lián)邦結(jié)構(gòu)。當(dāng)應(yīng)

3、用需要訪問某一數(shù)據(jù)庫時,首先向協(xié)調(diào)控制器發(fā)出請求,不直接同所要訪問的數(shù)據(jù)庫發(fā)生作用。協(xié)調(diào)控制器負(fù)責(zé)各數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系與消息傳輸。它是一個特殊的主體,是各數(shù)據(jù)庫的神經(jīng)中樞,負(fù)責(zé)協(xié)同數(shù)據(jù)庫間的消息轉(zhuǎn)換、任務(wù)的規(guī)劃、分解和管理。在計算機(jī)支持的環(huán)境中(CS),一個群體協(xié)同工作完成一項共同的任務(wù)(CW)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫協(xié)同,是一個復(fù)雜的過程,可模仿人們協(xié)同工作的方式。比較可行的方法是,用對單一數(shù)據(jù)庫操作的任務(wù),作為異構(gòu)數(shù)據(jù)庫協(xié)同共作的基本運行單位與控制單位。若干任務(wù)采用聯(lián)邦結(jié)構(gòu)加以協(xié)調(diào),以便克服沖突,達(dá)到共同完成協(xié)同工作的目的。任務(wù)可分為若干子任務(wù),即應(yīng)用任務(wù)分層的思想。同時任務(wù)還有其任務(wù)上下文。采用一種基于

4、Agent的三層協(xié)作模型8來實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制器,它符合現(xiàn)實世界人們協(xié)同工作的特點,是一種模型運行控制機(jī)制,可以描述協(xié)作機(jī)制中的各種協(xié)同工作,以及支持各種協(xié)同方式。將視協(xié)調(diào)控制器中參與CSCW 協(xié)同工作處理過程的自主實體為Agent, 將CSCW 協(xié)同工作過程看作是若干Agent 相互協(xié)作的活動序列,通過描述Agent 的動作、行為及其相互關(guān)系來描述CSCW 應(yīng)用系統(tǒng)的協(xié)作過程,這樣更加符合現(xiàn)實世界中的人們的協(xié)同工作的特點。以基于Agent 的協(xié)作模型來實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制器,其核心是組件化任務(wù)的管理與監(jiān)控,實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)各成員間組件化任務(wù)的協(xié)作,具有任務(wù)指派、任務(wù)確認(rèn)、任務(wù)查詢與結(jié)果返回等功能。在整個

5、協(xié)作模型中,所有Agent 按其所提供的服務(wù)類型可分為三層(見圖 1 ):(1)任務(wù)管理與監(jiān)控層。任務(wù)管理與監(jiān)控Agent,相當(dāng)于一個協(xié)同任務(wù)引擎,它根據(jù)一定的規(guī)則把異構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的協(xié)同過程模型中的共同任務(wù)劃分為多個關(guān)聯(lián)的子任務(wù),并建立起它們之間的邏輯和時序關(guān)系,同時它要把各個子任務(wù)分門別類地分配給各個任務(wù)協(xié)作Agent去執(zhí)行。任務(wù)管理與監(jiān)控Agent要協(xié)調(diào)、監(jiān)控各個任務(wù)協(xié)作Agent 的運行,如果運行中出錯,還要有相應(yīng)的故障恢復(fù)機(jī)制,從而保證整個CSCW系統(tǒng)的正常運行. 任務(wù)管理與監(jiān)控Agent 要有以下知識:協(xié)同任務(wù)域的模式;完成整個協(xié)同任務(wù)的知識,如把任務(wù)分解為各個任務(wù)步的知識、任務(wù)步的

6、排序等; 為了完成整個任務(wù),它要包含協(xié)調(diào)與管理的各個任務(wù)協(xié)作代理和信息存取代理的知識;故障檢測與處理的知識。(2)任務(wù)協(xié)作層任務(wù)協(xié)作層中,每個任務(wù)協(xié)作Agent完成某一項特定的任務(wù), 它們之間相互協(xié)作,從而解決了CSCW 系統(tǒng)中的沖突或集成信息到系統(tǒng)中。當(dāng)任務(wù)協(xié)作Agent 接收到管理與監(jiān)控Agent 傳來的一個指定任務(wù)時,它根據(jù)自身包含的知識庫中的規(guī)則把指定任務(wù)分解為一些子任務(wù), 并指派其它相應(yīng)的任務(wù)協(xié)作Agent 輔助該協(xié)作Agent 完成。在任務(wù)執(zhí)行過程中,任務(wù)協(xié)作Agent 向信息存取Agent請求執(zhí)行中所需的信息。任務(wù)協(xié)作Agent 要包含以下知識: 任務(wù)所屬的領(lǐng)域、如何完成任務(wù)的知

7、識、如何收集任務(wù)中用到的信息、哪些任務(wù)協(xié)作Agent和信息存取Agent與之相協(xié)作、與其它Agent協(xié)作的協(xié)議以及解決沖突和信息融合的策略等。(3)信息存取層.信息存取層中Agent 的行為是由上層任務(wù)協(xié)作Agent 啟動的,它們相互協(xié)作為上層任務(wù)協(xié)作Agent 提供所請求的信息。而信息來自許多功能各異的數(shù)據(jù)。這里的數(shù)據(jù)是一個廣義的概念,它既包括普通信息的數(shù)據(jù),也包括完成一定功能的軟件組件數(shù)據(jù)。信息存取Agent需要包含以下知識:它所與之關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫的信息、如何訪問數(shù)據(jù)庫、如何解決沖突和信息融合的策略以及與其它Agent協(xié)作的協(xié)議等。圖 1基于Agent的三層協(xié)作模型3 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的一種解決方

8、案首先構(gòu)建一個數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)目錄服務(wù),有了它應(yīng)用才可能以統(tǒng)一訪問接口透明地訪問不同數(shù)據(jù)庫的資源。這個服務(wù)可采用以下方法實現(xiàn):先將各個數(shù)據(jù)庫的位置和元數(shù)據(jù)信息注冊到LDAP目錄中,這樣,用戶通過目錄服務(wù)便可查詢到所需要的數(shù)據(jù)庫資源位置和元數(shù)據(jù)信息,然后根據(jù)需要去訪問各個數(shù)據(jù)庫。因為主流數(shù)據(jù)庫都屬于關(guān)系型,結(jié)構(gòu)上是同構(gòu)的,所以元數(shù)據(jù)信息大體上相似,這為以統(tǒng)一方式獲取和保存元數(shù)據(jù)提供了可能。圖2表示了執(zhí)行過程。圖2執(zhí)行過程本解決方案采用CSCW體系結(jié)構(gòu)中的聯(lián)邦結(jié)構(gòu),對應(yīng)用(可視化界面)中輸入的要求,在通信處理器的支持下,由協(xié)調(diào)控制器調(diào)用數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)目錄服務(wù),協(xié)同查詢處理、事務(wù)管理、完整性約束模塊,訪問

9、底層數(shù)據(jù)庫,較好地屏蔽了異構(gòu)性,其中協(xié)調(diào)控制器以基于Agent的三層協(xié)作模型來實現(xiàn)。中間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可以采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式XML。解決方案的結(jié)構(gòu)如圖3所示:圖4方案結(jié)構(gòu)框圖工作過程如下:用戶在可視化界面輸入操作要求,應(yīng)用程序?qū)⑵涮峤恢谅?lián)邦結(jié)構(gòu)的CSCW數(shù)據(jù)庫中間件,中間件的協(xié)調(diào)控制器在通信處理器的支持下,調(diào)用數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)目錄服務(wù),協(xié)同查詢處理、事務(wù)管理、完整性約束等模塊,向不同的數(shù)據(jù)庫發(fā)出操作指令,將取得的結(jié)果返回給應(yīng)用。3.1 關(guān)于數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)信息需注意的問題為了保證用戶查詢到的是最新的數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)庫和目錄之間必須有一個實時動態(tài)的注冊過程,負(fù)責(zé)將元數(shù)據(jù)的注冊更新。用戶也要遵循LDA

10、P協(xié)議查詢目錄服務(wù)。這對用戶來說,要求比較高。我們可以知道每個數(shù)據(jù)庫在目錄結(jié)構(gòu)中是一個節(jié)點,它可以有多個屬性(attribute)來描述其信息,如名稱、描述、創(chuàng)建時間、管理員、DBMS、類別和版本等等,另外還需要有操作系統(tǒng)信息和訪問參數(shù)信息。這些在LDAP中用文件的形式定義下來,然后歸類成一些“對象類(Object Class)”,每個“對象類(Object Class)”代表一類屬性的集合。每個節(jié)點都有一些特定的屬性,這些就是所謂的數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)。這種樹狀結(jié)構(gòu)對于查詢來說是比較復(fù)雜的,有一些需注意的問題,比如:(1)如果要查詢某個數(shù)據(jù)庫的DBMS信息,需先得到目錄的基本結(jié)構(gòu),再確定查找的范圍,

11、然后利用LDAP的搜索命令來查找。這需要一個過程。(2)如果想將數(shù)據(jù)庫中的某些動態(tài)信息,如當(dāng)前某個數(shù)據(jù)庫的總數(shù)據(jù)量大小,存入LDAP,應(yīng)自動算出該數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量總和,然后填入LDAP,不要人工干預(yù)。(3)對于動態(tài)實時信息,程序生成后自動填入到LDAP中,保證用戶查詢的時候是最新的,要采用某種程序調(diào)用機(jī)制來保證實時性。3.2中間件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中間件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換由接口、包裝器、解析器組成。中間件向外表現(xiàn)為一個統(tǒng)一的接口,通過接口接受異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的訪問請求。在中間件內(nèi)部,由包裝器把從接口得到的訪問請求包裝為XML文檔,再由解析器將XML文檔解析為對應(yīng)的被訪問異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的語言格式。被訪問的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫將結(jié)果數(shù)

12、據(jù)返回,由包裝器轉(zhuǎn)換為XML文檔,然后由解析器把結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)格式,最后返回給發(fā)出請求的數(shù)據(jù)庫。如圖3。具體的關(guān)系數(shù)據(jù)庫文件與XML文檔雙向映射方法請見3節(jié)。圖3中間件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換3.3查詢處理模塊查詢處理模塊是系統(tǒng)中的重要部分。用戶輸入的SQL查詢語句是針對全局的,要分解成在局部數(shù)據(jù)庫上執(zhí)行的SQL語句。查詢處理模塊的功能是將通過語法檢查的全局查詢請求分解,轉(zhuǎn)換成多個數(shù)據(jù)源上的子查詢,優(yōu)化效率、并行處理后將子查詢的結(jié)果匯總返回。查詢處理3包含下列步驟:1、語法檢查:首先需要進(jìn)行語法檢查,確認(rèn)正確后方能進(jìn)行下一步處理。語法檢查進(jìn)行如下處理,對全局查詢語句進(jìn)行關(guān)鍵字析出和語法判別,并對應(yīng)全局?jǐn)?shù)

13、據(jù)字典檢查涉及的表名和字段名稱。出錯則終止并將錯誤信息返回給系統(tǒng)。2、分解翻譯:將正確的全局查詢語句分解為面向各局部數(shù)據(jù)庫的查詢語句,包括表名、列名、相應(yīng)函數(shù)的替換,生成對應(yīng)各局部數(shù)據(jù)庫的查詢語句。3、查詢優(yōu)化:提高查詢效率是重要目標(biāo),尤其是對涉及多個異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的連接查詢。可以采用啟發(fā)式方法,尋找一個最優(yōu)方案。4、并行處理:各局部數(shù)據(jù)庫接收到分解翻譯后的子查詢語句后,應(yīng)互不干擾地并行執(zhí)行,但須保證任意一個發(fā)出多個局部查詢的應(yīng)用中的處理串行性,即只有在一個局部數(shù)據(jù)庫完成其局部查詢語句的執(zhí)行后,另一局部數(shù)據(jù)庫方才開始工作。這會導(dǎo)致系統(tǒng)資源的浪費和效率的降低。5、結(jié)果匯總:結(jié)果匯總就是將從各局部數(shù)據(jù)

14、庫得到的查詢結(jié)果進(jìn)行匯總,且以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)形式輸出。應(yīng)用獲得的是統(tǒng)一包裝的全局?jǐn)?shù)據(jù)形式的數(shù)據(jù),不必關(guān)心其在具體數(shù)據(jù)庫的形態(tài)。3.4事務(wù)管理模塊事務(wù)可分為兩類:局部事務(wù)和全局事務(wù)。局部事務(wù)就是局部數(shù)據(jù)庫的本地應(yīng)用向本地DBMS提交的事務(wù)。全局事務(wù)就是全局應(yīng)用向數(shù)據(jù)庫中間件提交的事務(wù)。雖然數(shù)據(jù)庫中間件屏蔽了各個數(shù)據(jù)庫的異構(gòu)性與不同,但仍要維護(hù)各局部數(shù)據(jù)庫事務(wù)的作業(yè)獨立性。因而局部事務(wù)照舊直接提交給局部DBMS就夠了,無需通知數(shù)據(jù)庫中間件或征得其同意。對于局部數(shù)據(jù)庫來說,原有的事務(wù)管理器仍能保證其事務(wù)的ACID特性。從全局應(yīng)用角度來看,全局應(yīng)用提交的事務(wù)需要分解成一組子事務(wù),然后將這些子事務(wù)提交給局部

15、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)執(zhí)行。當(dāng)所有的子事務(wù)均完成后,這個全局事務(wù)才成功結(jié)束。如果其中某一個子事務(wù)終止(Abort)了,則該全局應(yīng)用原則上宣判失敗了。這些子事務(wù)是全局事務(wù)的一部份,為了并發(fā)執(zhí)行和可靠提交,應(yīng)協(xié)同工作各相關(guān)的局部數(shù)據(jù)庫的本地事務(wù)管理。應(yīng)將本地事務(wù)與全局事務(wù)整體考慮,如可串行化、優(yōu)先級、恢復(fù)等操作須各組件數(shù)據(jù)庫協(xié)同工作。另外全局應(yīng)用還有間接沖突、死鎖等問題。局部讀協(xié)議在滿足下面條件時,可以保證強(qiáng)正確性:局部事務(wù)可以訪問局部數(shù)據(jù)項,也可以讀取存儲在本地的全局?jǐn)?shù)據(jù)項。(但是不能寫全局?jǐn)?shù)據(jù)項);全局事務(wù)只能訪問全局?jǐn)?shù)據(jù)項;不存在含有值依賴的事務(wù)。3.5 完整性約束模塊數(shù)據(jù)庫的完整性3是指數(shù)據(jù)的正確

16、性和相容性。加在數(shù)據(jù)庫之上的語義約束條件稱為數(shù)據(jù)庫完整性約束條件,它們作為模式的一部分存入數(shù)據(jù)庫中。DBMS中檢查數(shù)據(jù)是否滿足完整性條件的機(jī)制稱為完整性檢查。協(xié)同多數(shù)據(jù)庫的完整性約束,可能會產(chǎn)生問題。一種解決辦法是依據(jù)各局部數(shù)據(jù)庫的完整性約束規(guī)則重新生成新的全局完整性約束規(guī)則,并存入系統(tǒng)字典,從某一點開始強(qiáng)制執(zhí)行。3.6通信處理器模塊負(fù)責(zé)各模塊之間的通信,要求響應(yīng)快、可靠性高、延遲短、數(shù)據(jù)抖動不明顯、Qos(Quality of Service)好。其功能有:(1)向協(xié)調(diào)控制器提供多種通信方式和通信服務(wù);(2)采用雙向、單向、面向連接和非連接等快速安全的通信協(xié)議,來滿足不同速率、不同質(zhì)量的通信

17、要求;(3)通過驅(qū)動不同傳輸介質(zhì)的收發(fā)單元,適應(yīng)和使用不同傳輸介質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)。3.7應(yīng)用模塊為應(yīng)用提供一個可視化操作界面。人通過界面完成一次與系統(tǒng)的交互,所進(jìn)行的操作盡可能少;界面的各個部分及各個層次,在術(shù)語、風(fēng)格、交互方式、操作步驟等方面盡可能保持一致且與當(dāng)前潮流一致;能夠啟發(fā)和引導(dǎo)用戶正確、有效地進(jìn)行界面操作;使人在與系統(tǒng)交互時不必記憶大量的操作規(guī)則和對話信息,“應(yīng)該是給機(jī)器編程序,而不是給人編程序”5;減少重復(fù)的輸入;對用戶的誤操作有容忍能力或補救措施;系統(tǒng)應(yīng)及時地給出反饋信息;界面友好、結(jié)果顯示清楚直觀、適宜用戶操作,具一定的藝術(shù)性、趣味性、風(fēng)格、視感等。3.8 多線程在中間件中,采用

18、為每個用戶提供一個服務(wù)線程的方式實現(xiàn),主要包括4 類線程: 服務(wù)監(jiān)聽線程; 服務(wù)線程; 空閑管理線程; 狀態(tài)監(jiān)控線程。其中監(jiān)聽線程、空閑管理線程和狀態(tài)監(jiān)控線程是服務(wù)器中始終存在的三個線程;服務(wù)線程是根據(jù)客戶的請求而產(chǎn)生和消失的,其數(shù)量不定。圖5顯示了服務(wù)線程的工作流程。服務(wù)監(jiān)聽線程始終在監(jiān)聽服務(wù)請求。一旦有來自客戶端的服務(wù)請求,服務(wù)監(jiān)聽線程就生成一個服務(wù)線程,傳遞必要的參數(shù),然后繼續(xù)監(jiān)聽請求。新生成的服務(wù)線程首先對用戶進(jìn)行認(rèn)證,然后根據(jù)認(rèn)證結(jié)果繼續(xù)運行。一旦連接建立起來后,客戶就直接和相關(guān)的服務(wù)線程相關(guān),而與其它的服務(wù)線程無關(guān)??臻e管理線程定期在后臺運行, 檢查物理連接的使用狀態(tài),如某個物理連

19、接已經(jīng)長時間未用(超時) ,則斷開連接以釋放資源。由于一個服務(wù)線程只為一個用戶服務(wù),失敗的用戶不會影響服務(wù)線程對其他客戶的響應(yīng)。圖5服務(wù)線程的工作流程4 應(yīng)用舉例某大型中醫(yī)藥開發(fā)研究數(shù)據(jù)分析中心,采用該異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的解決方案,基于數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)目錄服務(wù),聯(lián)合多種分布式的異質(zhì)異構(gòu)中醫(yī)藥數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)了多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)上的分布式的中醫(yī)藥信息處理。到目前為止,已有專業(yè)數(shù)據(jù)庫約20個,總數(shù)據(jù)量達(dá)80多GB,其目標(biāo)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與醫(yī)藥科研人員之間的協(xié)同工作。該中心的體系結(jié)構(gòu)共分為三層:應(yīng)用層、中間件、底層數(shù)據(jù)庫。 應(yīng)用層通過中間件訪問底層數(shù)據(jù)庫。中間件為聯(lián)邦結(jié)構(gòu)的CSCW數(shù)據(jù)庫中間件,中間件的協(xié)調(diào)控制器是“大腦”

20、,調(diào)用數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)目錄服務(wù),協(xié)同各個模塊的工作。數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)目錄服務(wù)采用LDAP,具有數(shù)據(jù)庫信息的注冊、數(shù)據(jù)庫信息的存儲和維護(hù)、數(shù)據(jù)庫信息的查詢等功能。應(yīng)用結(jié)果表明該異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的解決方案能夠很好地適用于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫環(huán)境中。在此方案出臺之前,數(shù)據(jù)分析中心也嘗試了其他的解決方案,典型的如建立應(yīng)用工作接口、構(gòu)建聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫等,但是由于它們的種種原因,應(yīng)用非常有限,不能滿足數(shù)據(jù)分析中心的需求,而該解決方案融合了異構(gòu)異質(zhì)分布式的數(shù)據(jù)庫,可以完全勝任一般異構(gòu)數(shù)據(jù)庫環(huán)境。結(jié)束語本文嘗試在異構(gòu)異質(zhì)分布式數(shù)據(jù)庫環(huán)境下,針對數(shù)據(jù)庫資源共享操作,提出一種基于CSCW、數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)、中間件、LDAP目錄服務(wù)、XML等思想上的應(yīng)用服務(wù)解決方案,目的是研究在現(xiàn)有的理論與技術(shù)基礎(chǔ)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問、集成和共享

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