云环境下的数据库扩展策略的设计探讨

摘 要：针对云环境下数据库系统日益复杂现状，文章提出了一种基于云环境的数据库扩展系统模型。该模型架构分为三个层次：逻辑事物处理层、本地数据库代理和缓存池层和可扩展数据库层。仿真结果表明，文章设计的模型在数据请求逐渐增加的情况下，数据库扩展模型的系统响应时间越短，效果越明显。

关键词：云计算；数据库；可扩展性

引言

随着云计算的，当系统规模增大时，所设计的存储系统需要增强相应的硬件设备，达到适应系统更加庞大的应用规模，具有可扩展性[1，2]。可扩展性指的是增强硬件设备性能或硬件设备的数量。增加设备数量又称为水平扩展，数据库层内的水平扩展很难实现，这是因为数据库服务器需要保存数据，每一次数据的增加、删除、修改等都会导致服务器内的数据同步。因此，为了增强数据库层内的可扩展性，文章通过研究云计算环境下的数据库扩展技术，设计了一种基于云环境的数据库服务器水平扩展模型，以缩短系统的响应时间。

1 架构概述

文章提出了一种基于云环境下的数据库扩展系统模型。在应用服务器下面的数据库扩展系统架构分为三个层次：逻辑SQL事物处理层、本地数据库代理DA和CP缓存池层、包括符合均衡服务器在内的可扩展数据库层。（图1）

图1 数据库水平扩展模型图

文章介绍的逻辑SQL事务处理层指的是数据系统对用户请求进行逻辑处理，在处理过程中将SQL语句包送给下一层的数据代理层和缓存池，数据库代理DA具有连接控制数据库和读写分离的功能，缓存池CP具有缓解数据库层负载容量，提供数据访问效率。在最下面一层可扩展的数据库层的主要作用是提升数据库层的可扩展性，具有负载均衡的功能。

2 基于云计算的数据库水平扩展模型设计

2.1 实现读写分离策略

在所设计的数据库水平扩展模型中，对应用程序而言，读写分离是透明的。发生写操作后，通过采用数据库复制技术解决主从数据库同步问题。数据库系统的可靠性与主数据库节点设备和数据库群集中的节点设备的可靠性呈现正相关。除此之外，当系统规模越大，系统的可靠性会越低。

2.2 数据库复制策略

读写分离策略会引起主从数据库不一致的问题，由于主从数据库同步的策略是数据库复制技术，而常用数据库的复制方法包括以下三种：触发器法、快照法、日志法。触发器法的原理是记录源数据库中具有变化的数据，这样就避免了数据完全复制，因此具有较高的工作效率，但是触发器法由于记录变化的数据会引起主数据库的数据不稳定，从而降低了主数据库性能；快照法是采用快照技术保存存储对象，完全复制源数据库，这样虽然避免了数据库的不稳定性，但是由于完全复制，因此工作效率明显降低；日志法通过分析源数据库日志，获得历史操作信息，根据日志归档及传递达到数据同步的目的，该方法的工作方式是增量复制方式，因此具有较高的效率。目前数据库数据复制技术主要采用的方法是日志法。

设存在n个节点在数据库集群上，主从数据库同步的模式可以有以下两种模式，1：n模式和1：1：（n-1）的级联模式。需要说明的是，1：n模式是n个从数据库利用主数据库的日志进行同步，而1：1：（n-1）的级联模式是选择一个作为首从数据库，开始需要进行首从数据库的同步，首从数据库同步完成后，再进行其余n-1个从数据库的同步，通过首从数据库的日志完成其余数据库同步。

3 系统仿真结果与评价

首先，设置主从数据库为归档模式；编辑端口号、配置协议、客户端访问文件，主机IP等参数；设置每个数据库的全局名称，并且建立公共的数据库链接。

其次，配置Supplemental loging；主数据库需要配置的主要内容：表空间、私有数据库链、数据表空间；在主备机上建立Master流队列和Backup流队列；在主数据库上建立流传播和捕获进程；并且在数据库上建立应用进程。

最后，开启捕获程序，同时开启应用进程。仿真环境采用OA平台，仿真数据表500万条等记录。仿真实验任务主要为：选择、删除、更新、插入。在不同的并发数据请求下，对比文章的数据库水平扩展模型和单数据库层模型的系统响应时间，仿真结果如图2所示。从图可以看出，数据库扩展模型在不同请求数下平均响应时间均小于单数据库模型，说明文章设计的模型响应速度较快，同时请求数增加的情况下，数据库扩展模型的系统响应时间越短，效果越明显。

图2 请求数-响应时间对比图

4 结束语

文中提出了一种基于云环境的数据库服务器水平扩展模型，增强数据库的可扩展性。该模型架构分为三个层次：逻辑事物处理层、本地数据库代理和缓存池层和可扩展数据库层。实现了读/写分离以及数据库复制等技术。实验结果表明，该模型在数据请求逐渐增加的情况下，数据库扩展模型的系统响应时间越短，效果越明显。

参考文献

[1]刘洋，高连生，王斌.一种面向应用扩展的树状数据库设计模型[J].计算机工程与设计，2006（21）.

[2]周文琼，李庆忠，范路桥，等.SaaS模式多租户数据存贮模型的研究与实现[J].计算机科学，2013（10）.

[3]熊安萍，刘进进，邹洋.基于对象存储的负载均衡存储策略[J].计算机工程与设计，2012（7）.

[4]王意洁，孙伟东，周松，等.云计算环境下的分布存储关键技术[J].软件学报，2012（4）.

[5]岑宇森，熊芳敏，陳元滨.面向主动对象数据库技术在污染监控中的应用[J].计算机与现代化，2008（10）.

作者简介：庞天天（1978，3-），男，内蒙呼和浩特，软件工程硕士，讲师，研究方向：计算机应用。