云資源管理與虛擬化技術(shù) 第6章 云計(jì)算 數(shù)據(jù)庫(kù)

第6章云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)的研究6.1云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)6.2云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn) 過(guò)程中要解決的基本問(wèn)題6.3關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)與NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)6.4云數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展趨勢(shì)

6.1云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)

云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)的基本思想

云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)面向云計(jì)算的數(shù)據(jù)庫(kù)資源管理平臺(tái)，旨在為現(xiàn)有大量位于Internet后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)資源的共享提供一個(gè)云計(jì)算接入環(huán)境，為云計(jì)算應(yīng)用提供基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)資源訪問(wèn)、發(fā)現(xiàn)、整合等一系列問(wèn)題的通用解決方案。

云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)的目標(biāo)是要成為云計(jì)算平臺(tái)的一個(gè)組成部分，它的本質(zhì)是位于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)用戶之間的一層中間件。

6.2云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程中

要解決的基本問(wèn)題

1.關(guān)鍵技術(shù)

1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

為保證高可用、高可靠和經(jīng)濟(jì)性,云計(jì)算采用分布式存儲(chǔ)的方式來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，采用冗余存儲(chǔ)的方式來(lái)保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性，必須具有高吞吐量和高傳輸率的特點(diǎn)。

2)數(shù)據(jù)管理技術(shù)

數(shù)據(jù)管理技術(shù)能夠高效地管理大數(shù)據(jù)集，在規(guī)模巨大的數(shù)據(jù)中找到特定的數(shù)據(jù)。

云計(jì)算的特點(diǎn)是對(duì)讀取后的海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行大量的分析，數(shù)據(jù)的讀操作頻率遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)的更新頻率，云中的數(shù)據(jù)管理是一種讀優(yōu)化的數(shù)據(jù)管理。

3)數(shù)據(jù)安全技術(shù)

“云安全”通過(guò)安全廠商自建的數(shù)據(jù)中心與客戶端相互合作，共同對(duì)用戶訪問(wèn)的Web內(nèi)容進(jìn)行安全防護(hù)，對(duì)有毒的網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行標(biāo)記。

2.實(shí)現(xiàn)過(guò)程中必須要解決的基本問(wèn)題

1)云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)資源發(fā)現(xiàn)

在云計(jì)算開(kāi)發(fā)環(huán)境下，大量云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)資源共存且完全獨(dú)立于應(yīng)用。云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)外界發(fā)布共享的數(shù)據(jù)，應(yīng)用要找到合適的數(shù)據(jù)源依賴于一套資源注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)機(jī)制。

2)云計(jì)算數(shù)據(jù)融合

面對(duì)多個(gè)異質(zhì)、分布、自治的數(shù)據(jù)資源，需要對(duì)其進(jìn)行整合，形成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖，或者稱為虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)。

3)云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用是數(shù)據(jù)密集型的，在其運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，這就需要數(shù)據(jù)庫(kù)盡可能保證數(shù)據(jù)的安全性和存取的效率。

4)容錯(cuò)性控制

云計(jì)算環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)連接，容易受到網(wǎng)絡(luò)、站點(diǎn)局部控制與突發(fā)事件等因素的制約，因此云計(jì)算必須負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)，處理異常情況，保證數(shù)據(jù)操作的正確性和效率。

6.3關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)與NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)

6.3.1關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的劣勢(shì)

（1）高并發(fā)讀/寫(xiě)速度慢。這種情況主要發(fā)生在數(shù)據(jù)量達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，由于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)邏輯非常復(fù)雜，容易發(fā)生死鎖等并發(fā)問(wèn)題，從而導(dǎo)致其讀/寫(xiě)速度下降。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)勉強(qiáng)可以應(yīng)付上萬(wàn)次的SQL查詢，但硬盤(pán)I/O往往無(wú)法承擔(dān)上萬(wàn)次的SQL寫(xiě)數(shù)據(jù)請(qǐng)求。

（2）支撐容量有限。類(lèi)似Facebook、Twitter這樣的SNS網(wǎng)站，每天產(chǎn)生海量的用戶數(shù)據(jù)，每月會(huì)產(chǎn)生幾億條用戶數(shù)據(jù)，對(duì)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)，在一張數(shù)億條記錄的表里面進(jìn)行SQL查詢，效率是極低的。

（3）擴(kuò)展性差。數(shù)據(jù)庫(kù)是最難進(jìn)行橫向擴(kuò)展的。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的用戶量和訪問(wèn)量與日俱增的時(shí)候，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有辦法通過(guò)簡(jiǎn)單地添加更多的硬件和服務(wù)器節(jié)點(diǎn)來(lái)擴(kuò)展性能和負(fù)載能力。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)展是非常痛苦的事情，往往需要停機(jī)維護(hù)和數(shù)據(jù)遷移。（4）建設(shè)和運(yùn)維成本高。企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)的價(jià)格很高，并且隨著系統(tǒng)的規(guī)模增大而不斷上升。高昂的建設(shè)和運(yùn)維成本無(wú)法滿足云計(jì)算應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的需求。

6.3.2

NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模型

非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)NoSQL（NotonlySQL）,

NoSQL關(guān)注對(duì)數(shù)據(jù)高并發(fā)讀/寫(xiě)和海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，在架構(gòu)和數(shù)據(jù)模型方面做了簡(jiǎn)化，而在擴(kuò)展和并發(fā)等方面做了增強(qiáng)。目前，主流的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)包括BigTable、HBase、Cassandra、SimpleDB、CouchDB、MongoDB與Redis等。6.3.2

NoSQL常用數(shù)據(jù)模型

1.Columnoriented(列式)

列式的特點(diǎn)是在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，主要圍繞著“列”，而不是像傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)那樣根據(jù)“行（row）”進(jìn)行存儲(chǔ)。

屬于同一列的數(shù)據(jù)會(huì)盡可能地存儲(chǔ)在硬盤(pán)的同一頁(yè)中，而不是將屬于同一個(gè)行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一起。

列式數(shù)據(jù)模型適合匯總和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)這類(lèi)應(yīng)用。

2.Keyvalue(鍵值)

一個(gè)Key對(duì)應(yīng)一個(gè)value，這種存儲(chǔ)形式能提供非?？斓牟樵兯俣取⒋蟮臄?shù)據(jù)存放量和高并發(fā)操作，非常適合通過(guò)主鍵對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和修改等操作，雖然不支持復(fù)雜的操作，但是可以通過(guò)上層的開(kāi)發(fā)來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。

3.Document(文檔)

在結(jié)構(gòu)上，Document和Keyvalue是非常相似的，也是一個(gè)Key對(duì)應(yīng)一個(gè)value，但是這個(gè)value主要以JSON或者XML等格式的文檔來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)，是有語(yǔ)義的并且Document一般也可對(duì)value創(chuàng)建Index，方便上層的應(yīng)用，而Keyvalue不支持。6.3.3

NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)劣勢(shì)分析

主要NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)之間的比較

1.優(yōu)勢(shì)

（1）擴(kuò)展簡(jiǎn)單。例如Cassandra，由于其架構(gòu)類(lèi)似于經(jīng)典的P2P，因此能夠通過(guò)簡(jiǎn)單添加新的節(jié)點(diǎn)來(lái)擴(kuò)展集群。

（2）讀/寫(xiě)快速。例如Redis，由于其邏輯簡(jiǎn)單，純內(nèi)存操作，因此具有非常出色的性能，單節(jié)點(diǎn)每秒可以處理超過(guò)10萬(wàn)次的讀/寫(xiě)操作。

（3）成本低廉。因?yàn)榇蠖鄶?shù)NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)都是開(kāi)源軟件。 6.4云數(shù)據(jù)庫(kù)的