多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)互聯(lián)機(jī)制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(一)

多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)互聯(lián)機(jī)制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)〔一〕摘要：隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各部門所需信息既相互交錯，又相對獨(dú)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(jìn)行信息共享。本文主要介紹多dm3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)間的信息共享機(jī)制。不同dm3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)間的信息共享通過協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)。所有這些被協(xié)調(diào)器連接在一起的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成了一個聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫。這樣既能較好地滿足企業(yè)的需要，也能在保證效率的前提下，提高數(shù)據(jù)的可用性。關(guān)鍵詞：dbms復(fù)制聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫1.引言隨著經(jīng)濟(jì)的開展，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(dú)立性要求對所處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，使各部門既能獨(dú)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)。dm2是由華中理工大學(xué)數(shù)據(jù)庫多媒體技術(shù)研究所研制的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它采用客戶/效勞器模型，客戶機(jī)與效勞器，效勞器與效勞器均通過網(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(jī)登錄到一臺效勞器上，這臺效勞器便成為它的代理效勞器；它接收來自客戶機(jī)的消息，然后根據(jù)全局?jǐn)?shù)據(jù)字典決定是自己獨(dú)立完成該操作，還是與其它效勞器協(xié)作處理這條消息，處理完成之后，再由代理效勞器將處理結(jié)果返回給客戶機(jī)。而數(shù)據(jù)字典，作為記錄數(shù)據(jù)庫所有元數(shù)據(jù)的系統(tǒng)表，它向以上過程中提供各類有用的信息，引導(dǎo)它們向正確的方向運(yùn)行，起著“指南針〞的作用。它分為局部數(shù)據(jù)字典和全局?jǐn)?shù)據(jù)字典。其中，局部數(shù)據(jù)字典用于記錄一個效勞器站點(diǎn)中數(shù)據(jù)庫的控制信息，如表的模式，視圖的模式及各個數(shù)據(jù)區(qū)的的文件名等信息。全局?jǐn)?shù)據(jù)字典用于記錄分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中各個效勞器站點(diǎn)上有關(guān)全局?jǐn)?shù)據(jù)的控制信息，如效勞器站點(diǎn)信息，各效勞器站點(diǎn)的全局表名及表內(nèi)碼記錄，各效勞器站點(diǎn)上的全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖名及視圖內(nèi)碼記錄，用戶名及口令記錄，用戶權(quán)限記錄等信息。各個局部數(shù)據(jù)字典可以各不相同，但為了保證在各個效勞器上所看到的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫是一致的，因此，全局?jǐn)?shù)據(jù)字典必須一致。我們所關(guān)心的是全局?jǐn)?shù)據(jù)字典中的基表控制塊tv_ctrl_block，它的內(nèi)容主要包括：全局基表總數(shù)，每個全局基表名和其對應(yīng)的表內(nèi)碼，該基表所在的效勞器站點(diǎn)的編號等信息。它的功能是將各個效勞器站點(diǎn)號與存儲在其上的表名及表內(nèi)碼聯(lián)系起來。這樣，代理效勞器從客戶消息中找到被處理的表名，然后通過查詢基表控制塊tv_ctrl_block,就能知道該表存在哪個效勞器上，以便將相關(guān)消息發(fā)給該效勞器。由于dm2上各個效勞器站點(diǎn)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。假設(shè)用它來構(gòu)建一個企業(yè)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，那么大量只對企業(yè)某部門有用的信息將會充滿在各部門所有效勞器的全局字典中，增加了冗余。而且，當(dāng)對全局表進(jìn)行ddl操作時，為了確保全局字典的一致性，須對所有效勞器的全局字典進(jìn)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(shí)環(huán)〕傳輸，某個效勞器想對全局字典進(jìn)行操作，必須等令牌到達(dá)該效勞器才可以執(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(jìn)行ddl操作時，卻要對所有效勞器的全局字典進(jìn)行封鎖，通過令牌來實(shí)現(xiàn)對全局字典的互斥訪問。假設(shè)，兩個部門都要分別對本部門的內(nèi)部表進(jìn)行ddl操作，這應(yīng)該是可以并行處理的操作，現(xiàn)在卻只能串行執(zhí)行。而且，當(dāng)效勞器數(shù)目龐大時，每個效勞器等待令牌的時間將會很長。這嚴(yán)重?fù)p害了數(shù)據(jù)庫的效率。為彌補(bǔ)以上缺乏，在dm2的改良版本dm3中增加了協(xié)調(diào)器，用以聯(lián)接各個獨(dú)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(jìn)行有效的信息共享。2.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(dú)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行管理。因此，既提高了系統(tǒng)運(yùn)行的效率，也保證了子系統(tǒng)的獨(dú)立性。其體系結(jié)構(gòu)如下列圖所示。協(xié)調(diào)器主要有三大功能，首先，它對協(xié)調(diào)器和效勞器進(jìn)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(hù)副本的一致性；最后，它在子系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰時，進(jìn)行異常管理及恢復(fù)工作。dm3多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)3.主要策略多個dm3系統(tǒng)間的信息共享是通過副本實(shí)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)器周期性地訪問效勞器的日志來完成的。由于副本的更新帶有隨機(jī)性，因此，假設(shè)采用這種方法，可能數(shù)據(jù)被修改屢次，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)器已屢次訪問了效勞器的日志了，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，由效勞器通知協(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