基于物理资源的自服务数据库技术革新及发展探讨

姚蕾

摘  要 随着一体化云服务全面推广上线应用，云应用的范围越来越广泛，越来越多的业务系统开展应用的迁移上云工作，但在云化环境中的数据库应用进展缓慢。提出自服务数据库云技术研究，旨在针对云环境下数据库资源云化服务的功能现状进行分析研究，在保障业务应用系统在云环境下平稳、安全、高效运行的前提下，设计出适用于云环境的数据库资源管理软件架构，开发完成高可用自服务的数据库云组件，设计开发完成云化环境数据库的备份服务组件，形成业务系统的数据库上云服务架构方案。同时，此项目的实践经验可以为高校专业学生的教育教学提供第一手资料，更好地指导学生的专业技术，帮助学生树立维护数据库云服务安全性等意识。

关键词 物理资源;自服务数据库;云技术;云服务

中图分类号：TP392    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）15-0030-03

0  引言

进入21世纪，世界发生翻天覆地的变化，随着国网云平台的推广使用，其应用已经初见成效，部分业务系统应用开始逐步向国网云平台迁移。当前云化环境针对基于物理资源部署數据库服务的支撑能力不足、兼容性不佳等问题，严重影响业务系统数据库的上云服务工作开展。高等职教的计算机专业教师有责任认清目前先进云服务所带来的复杂的安全性和兼容性等问题，在实际教学中不断探索意识理念的灌输和教育，让学生能充分认识到机遇中蕴含着危险，用实际的案例启发学生，培养学生的数据保护意识和安全管理责任心。同时应该不断学习，掌握最新的科学技术，探索新的科研项目，防止数据信息的泄露及滥用，为数据库安全及云计算等建筑坚实的技术堡垒。

1  自服务数据库云技术研究概述

在当前数据库上云服务应用迫切需求的基础上，主要研究基于物理资源的高可用自服务数据库云[1]，并提出云化环境下各类型数据库资源的统一分配、自动部署、敏捷交付、集中监控、高可用、故障自愈、可扩展、智能化负载均衡、动态资源调度、智能运维、高性能数据保护策略及算法等应用的关键技术，为云平台实现纳管各类资源的数据库，实现云化环境下不同种类数据库的安装部署、应用、监控、运维、故障处理、数据保护等功能，提供标准化、自动化的应用经验和技术积累，为数据库上云服务提供技术支撑。

研究将以实现云环境下异构数据库的高可用、故障自愈、资源动态调度的系统架构为目标，实现在云环境中对异构数据库的统一运维管理，提升数据库的高可用性和适用范围;通过实现自动化敏捷部署功能，提升数据库运维效率，减少故障率;通过资源实时监控和弹性调度，实现对云环境中物理资源的合理节约使用，为基于云平台、大数据等技术的新一代国网信息化系统建设提供保障。研究拟解决的关键技术问题包括：

1）当前云环境下数据库类型种类较多，需要实现云环境下的各类异构数据库的统一高可用、可扩展架构，实现云环境中数据库的故障自愈能力，提升数据库的高可用性、可扩展性[2];

2）当前基于物理资源的数据库仍然采用手动人为干预的形式部署交付使用，云化环境需要解决各类数据库的自动化敏捷部署交付，提供标准化运维服务，提升运维效率;

3）云环境下的数据库需要具备自动化的智能资源调度和负载均衡能力，实现云化环境服务器资源合理调度使用，解决云化环境下各类数据库运行的性能问题;

4）云环境下的数据资源跟当前数据资源存在差异，传统的数据备份方式无法真正保证数据的安全，需要解决云环境下各类数据资源的备份问题，实现云环境下的各类数据资源数据快速有效备份，提供云环境下数据快速备份及恢复方案，保证数据零丢失。

针对上述关键技术问题，研究将以基于物理资源的高可用自服务云平台为主线，围绕自服务、高可用、数据零丢失等关键技术开展具体研究工作。研究吸纳一些优秀的高校学生参与，在实践中训练他们的技术与操作能力，培养人才，更重要的是让他们亲身体会数据库云资源等高科技背后的超前意识更新，包括安全性和创新性等。着眼于国网云现有IT基础设施架构环境，紧密结合国网业务需求，在调研跟踪国内外相关技术现状基础上，通过产学研合作[3]，

在云环境下异构数据库高可用、可扩展、故障自愈关键技术架构，数据库云资源自动化，负载均衡和动态资源调度模型，基于物理资源的端到端自动化部署等方面开展研究，解决异构数据库的高可用、可扩展架构问题，数据库所需运行资源动态调度和负载均衡问题，数据库敏捷部署和标准化服务问题，云化环境数据库备份问题等。

2  基于物理资源的自服务数据库产生的预计效益

随着网云建设工作的不断开展，在网云上部署运行的业务系统日渐增多，对数据库云的建设需求也日益迫切。本项目的研究成果将应用于网云项目，网云项目将具备对各类数据库的敏捷部署和自动化运维能力，提升网云中各类数据库的高可用性和可扩展性，能够对数据库资源进行动态调度和按需分配，促进网云资源的按需动态分配，为云环境中数据库系统架构的变革提供有效指导和切实支撑。

2.1  促进数据库云技术研究，提升数据库系统稳定性，加快业务系统整体云化步伐

研究成果包括数据库的相关核心技术研究报告和数据库云软件等，项目成果的核心技术研究报告为研究数据库云提供了可借鉴的参考建议。基于研究成果构建的数据库云，能够有效提升云环境中数据库系统的稳定性和高可用性，有效提升国网公司的社会服务价值，减少由于数据库故障等造成的业务系统的停运或异常;通过高性能数据保护技术进一步保障业务系统的数据安全，提升客户体验度，有效提升企业的社会服务价值。

2.2  促进国产数据库推广应用，提升信息安全自主可控能力，促进国家核心竞争力提升

棱镜门事件为网络和信息安全敲响警钟，国外数据库系统的广泛使用始终存在数据安全隐患，因此，使用自主可控的数据库系统来替代传统商业数据库系统，需要该系统具备传统商业数据库的服务能力。本项目研发的高可用可扩展数据库云系统架构，可兼容国内主流的数据库系统和自研数据库，基于本项目的研究成果构建的云数据库高可用性进一步加强，同时具备较强的故障自愈能力，缩小了与传统商业数据库性能上的差距，促进国产数据库的推广应用，从而大大加强国家技术竞争力[4]。

2.3  保障系统数据安全，降低数据被破坏带来的经济损失

研究的云环境高性能数据保护技术，实现保护结构化数据、非结构化数据功能，为应用系统数据库数据、分布式文件系统等数据文件的备份恢复需求提供了解决方案，降低了各类数据因人为破坏或硬件损坏造成的经济损失。

2.4  推动新技术应用与研究，提升企业形象

作为国家大型央企，国网公司在信息化建设领域广泛推进技术和产品应用，加快科技创新步伐，提升电网企业信息化建设的科技水平和管理水平，提高信息服务水平，进一步提升企业形象;加强对新一代信息技术的研究力度，提高智能电网的信息化先进水平。

2.5  提升数据库系统的高可用性，保证云环境下业务系统的数据库服务高可用[5]

当前云化环境下基于物理资源的数据库运行都是单独的个体运行，无法实现与云平台的完全对接，云化环境数据库的高可用能力得不到有力保障。通过本项目，采用高可用、可扩展的数据库云系统架构，结合云平台技术特点，发挥云平台优势，实现云化环境下各类数据库的高可用性，无单点故障，避免数据库故障导致的业务系统中断，降低运维成本。

2.6  提升自主可控数据库服务能力，降低采购商业数据库及运维的成本

国家电网公司设计研发的自主可控数据库系统（SG-RDB），

云化环境下需要具有高可用和故障自愈能力。本项目实现云化环境下异构数据库的高可用和故障自愈框架，提升云化环境下自主可控数据库系统服务能力，拓展应用范围，更多的业务系统可以采用或迁移至云化环境自主可控数据库应用，从而相应减少对Oracle等国外商业数据库系统的采购需求，降低采购和运维成本。

2.7  节约服务器资源使用，提升资源利用效率

研究的数据库云资源动态调度和负载均衡技术，可以实现将多套数据库系统安装在同一组服务器上，从而减少数据库对服务器资源的需求，提升资源利用率，节约成本。当某些数据库在业务高峰时段需要更多的服务器资源时，通过资源动态调度系统将其自动转移到独立的服务器上运行，从而避免因为共享服务器资源造成的数据库性能瓶颈[6]。

2.8  提升数据库运维效率，降低运维成本

研究的数据库自动敏捷交付技术和标准化运维技术将为云环境下的数据库运维工作提供自动化服务，减少人为干预的数据库部署和运维工作，提升数据库部署和运维效率，降低运维人员成本。

3  数据库发展情况研究

随着云计算、大数据以及移动互联网等新兴应用的发展，越来越多的应用系统开始开展系统的整体迁移上云应用工作[7]。当前大部分的业务系统上云服务主要还是集中业务应用的应用服务程序的上云服务，而业务关键的数据库工作迁移至云环境只是实现了物理环境到虚拟环境的简单替换，基于原来物理资源构建的数据库高可用的架构无法复制使用，虚拟化环境运行的数据库存在高可用功能缺失的风险。同时，传统的商业数据迁移至虚拟化环境实际运行时，存在因虚拟化环境的IO不足而导致无法支撑其性能的缺陷。针对这些核心问题，学术界及产业界从相关基础理论和技术体系、系统架构、资源优化部署等方面开展广泛研究，致力于解决大型业务系统的数据库上云服务。

以解决基于物理资源的数据库云化高可用自服务关键问题为核心，在异构数据库云高可用可扩展系统架构、数据库资源动态调度和负载均衡、基于物理资源的数据库敏捷部署和标准化运维以及高性能数据保护等方面开展研究，实现高可用可扩展的异构型数据库云，具备自服务、敏捷部署、高性能数据保护等特性。研究所涉相关技术的国内外研究进展水平情况分析，必将对整个数据资源科技的发展带来更高的可靠性和应用前景。可以将这次项目的研究成果与经验带到实际课堂中，使教学更有说服力和影响力，对高校计算机专业教师是一种专业提升，给学生带来理念和技术的升华。

参考文献

[1]蔡涵.云计算与云存储技术的企业应用分析[J].计算机光盤软件与应用期刊，2011（6）：17.

[2]黄沛.SAN存储在视频系统中的应用[D].武汉：华中科技大学，2006.

[3]李克文.软件质量测评模型与测试数据生成方法研究[D].天津：天津大学，2012.

[4]叶志坤.国产数据库应用增值平台研究与开发[D].武汉：华中科技大学，2004.

[5]张东海.国有资产监督管理信息系统的设计和实现[D].福建：厦门大学，2014.

[6]李广治.网络化智能诊断系统的研究及应用[D].重庆：重庆大学，2005.

[7]吕艳霞，王翠容，王聪，等.一种基于数据不确定性的概念漂移数据流分类算法[J].应用科学学报，2017（5）：559-569.