（计算机应用技术专业论文）基于oracle的校园一卡通消费系统.pdf

摘要 目前随着射频i c 卡应用系统的同渐成熟和各大学校园网的建成投入使用， 为校园一卡通系统的建立提供了技术保障，校园内实现一卡通管理已成为校园管 理发展的必然趋势。 本文根据天津工业大学的实际情况和新校区建设的进程提出了对校园一卡 通系统的整个建设。首先提出了校园一卡通系统的总体设计方案，并探讨了一种 将b s 和c s 两种模式相结合作为系统的软件开发模式。其次探讨了校园一卡通 系统分布式数据结构及数据分和策略，阐述了分布式数据库中一卡通中心数据库 与各予数据库之问的关系及其建立方法，同时对分布式数据库中的关键技术：数 据的一致性、并发性和安全性问题进行了讨论。然后本文着重讲述了基于o r a c l e 的校园一卡通消费系统的技术方案、系统构想和主要数据模璎。 最后本文详细地描述了校园卡结算中心子系统、机房管理子系统、食堂管理 子系统和水摔管理子系统的功能及实现。 关键词：非接触式i c 卡；一卡通；分布式数据库；o r a c l e 数据库 a b s t r a c t p r e s e n t l y ，w i t ht h ei cc a r do fr a d i of r e q u e n c yg e tg r a d u a l l ym a t u r ea n de a c h u n i v e r s i t yc a m p u sn e te s t a b l i s h e d a n di n p u tu s e i n g ，i th a so f f e r e dt e c h n o l o g y g u a r a n t e ef o rt h ee s t a b l i s h m e n to fc a m p u so n e - c a r d - t h r o u g hs y s t e m ，i nc a m p u s ， r e a l i z i n go n e - c a r d t h r o u g hs y s t e m h a sb e c o m et h ei n e v i t a b l e t e n d e n c yo f c a m p u sm a n a g e m e n td e v e l o p m e n t t h i sp a p e r ，b a s e do na c t u a lc o n d i t i o no ft i a nj i np o l y t e c h n i cu n i v e r s i t ya n d t h ep r o c e s so fn e ws c h o o ld i s t r i c tc o n s t r u c t i o n ，h a sp u tf o r w a r df o re n t i r ec o n s t r u c t i o n o fo n e c a r d t h r o u g hs y s t e m f i r s t l y , d e s i g no ft h ew h o l es y s t e m t h e nr e l y l i n go n c a m p u sn e t ，i th a sp u tf o r w a r ds y s t e m a t i cn e t w o r ks t r u c t u r a ld e s i g na n dd i s c u s s e da p a t t e r no fb sa n dc s ，w h i c h i s s y s t e m a t i c s o f t w a r ed e v e l o p m e n t t h ep a p e r e x p l o r e st h ed i s t r i b u t e dd a t a b a s ea n dt h em e t h o do fi t s e s t a b l i s h m e n t ，t h ec o h e r e n c e ， t h ep a r a l l e la n ds e c u r i t yo fd a t a b a s eh a v ed i s c u s s e d a n dt h e ni n t h i sp a p e r ，t h e t e c h n i cs c h e m e 、t h es y s t e mc o n s t r u c t i o na n dt h ei m p o r t a n td a t am o d e lo ft h e c o n s u m p t i o ns y s t e mo f l cc a r do fc a m p u sb a s e do n o r a c l eh a v e b e e ne m p h a s i z e d f i n a l l y , t h i sp a p e rh a sd e s c r i b e dt h ef u n c t i o na n dr e a l i z a t i o nt h es u b s y s t e mo f c o m p u t e rc e n t e r 、t h em a n a g e m e n ts u b s y s t e mo fc o m p u t e r - r o o m 、t h em a n a g e m e n t s u b s y s t e mo fd i n i n gr o o m a n dw a t e rm a n a g e m e n ts u b s y s t e mi nd e t a i l k e yw o r d s ：o n e - c a r d t h r o u g h ；r f i c ：l o n w o r k s ；d i s t r i b u t e dd a t a b a s e ；o r a c l e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特另t l d h 以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文储虢扭、喘签字吼溽沉 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者躲拯篙 签字同期：7 咄年月而 导师签名： 乃尹厄沁 签字h 期：沙萨2 月西闩 学位论文的主要创新点 一、解决了校园信息孤岛，有效实现了食堂就餐、机房上机、商 店消费、洗浴收费等机构的双向数据融合； 二、解决了校同信息共享的问题，有效实现了食堂就餐、机房上 机、商店消费、沈浴收费等机构的数据共享，全部导入到新的数 据库平台( o r a c l e ) 。已经完成了数据挖掘的e t l 工作，为以后 数据挖掘铺垫了良好的基础； 三、数据库面临超人数据存储量，采用分布式数据库存储，并在 数据存储过程r f l 采用数据的生命周期管理，有效保证了数据系统 性能，同时最大限度地保障了数据访问的安全性。 第一章绪论 1 1 一卡通系统的现状分析 第一章绪论 i c 卡是集成电路卡( i n t e g r a t e dc i r c u i tc a n ) 的英文简称，在有些国家或地区也 称为聪明卡、智能卡、灵巧卡、智慧卡甚至微电路卡、微芯片卡等。将一微电子 芯片镶嵌于符合i s 0 7 8 1 6 标准的p v c ( 或a b s 等) 塑料基片中，封装成外型尺寸 与磁卡类似的卡片形式，即制成一张i c 卡【l l 。 自1 9 7 6 年i c 卡的i u j 世，i c 卡技术飞速发展，已经形成一涉及全球众多著名 电子巨头的新兴技术产业。围际标准化组织与国际电工委员会组成的联合技术委 员会( j t c l ) 为之制定了一系列国际标准、规范，极大地推动了i c 卡的研究和发 展【2 1 。 目前，i c 卡的应用已遍布全球。据统计，仅1 9 9 7 年，全球就发行卡9 亿枚， 2 0 0 3 年为6 3 亿枚。我国的i c 卡应用起步较晚，1 9 9 4 年才开始，2 0 0 3 年超过3 亿。小小卡片与相关设备组成系统，就能为人类提供非常丰富的服务功能，产生 意想不到的奇迹，创造出巨大的经济效益和社会效益。由于i c 卡具有巨大的技 术、应用优势，我国政府已认识到发展卡产_ q k x , j - 力h 速我国国民经济信息化的重大 作用。目前，已有大多数行业与国外有关公司有基于引进制卡读卡设备及应用先 进技术的合作协议，并成立了有关实体，加速了我幽i c 卡的应用【3 】。 当日玎，一卡通系统的应用现状是：很多软件公司都丌发了自己的产品，但受 公司实力、市场拓展等诸多凶素的限制，这些产品大多数是局限于单一功能，并 不能做到一卡通，从而给单位的升级、管理造成很多不便，造成设备和投资的浪 费；而市场上多数的所谓“一卡通”产品实际上是一卡多应用的系统，国内较成 熟的应用主要在公交方面，如公共汽车、地铁、出租车和停车场等。这些“一卡 多用”系统往往存在以下问题： ( 1 ) 各为其政，应用无互补性，各应用系统缺乏充分的可扩展性，难以维 护和升级； ( 2 ) 系统建设不切合实际，盲目进行网络建设，甚至重复建设，系统性能 价格比低； ( 3 ) 缺乏完善、规范和统一的电子化安全策略和应用安全机制，系统问兼 容性极差； ( 4 ) 大多数系统采用单一线路，系统性能稳定性较差；系统自适应性不强， 若客户的业务管理流程有较大改变，系统重置将非常麻烦； ( 5 ) 各系统尢统一归口管理、统一规划和统一发卡，使得系统间管理和协 第一章绪论 调成本增加。 真正的一卡通系统应当是技术与管理相结合的统一体，同时系统的技术应 用又是管理的基石，也就是说，系统管理方案的大部份应当通过技术体系和技术 管理策略来加以实现。“一卡通”系统应具有的主要功能包括： ( 1 ) 统一协调的管理中心和分布式层次管理； ( 2 ) 系统和系统增量的应用管理与协调； ( 3 ) 分布式系统的数据维护管理； ( 4 ) 黑名单管理和在线追踪； ( 5 ) 异常处理与快速恢复； ( 6 ) 分布式数据下载和传输的完整性校验； ( 7 ) 端口和系统异常情况的处理； ( 8 ) 交易的速度控制； ( 9 ) 分布式系统的稳定性和可靠性策略； ( 1 0 ) 实时处理等1 4 1 。 在校园里，师生和员工的各种证件、档案、食堂售饭卡、图书借阅等管理部 门都是相互独立的，各个系统之间没有相互联络的接口和媒介，造成系统设备的 重复投资和人力财力的浪费，而且工作效率低下。随着社会的进步和大学的发展， 各学校原有的消费和管理模式已不能适应新的发展要求，基于此“校园一卡通” 应运而生。 “校园一卡通”系统，可以把高等院校教职员工和学生的证件包括教职员工 证、学生证、图书借阅证、出入证、学生学籍档案管理、教职员工考勤、食堂管 理、机房管理、物资领用管理、学生缴费等功能综合到一张卡上，使院校摆脱繁 琐、低效的管理模式，并促进学校各单位、各部门的电脑化管理，依赖学校的校 园信息网，实现全院各类数据的统一性和规范性，真正把学校的管理现代化、信 息化。 “校园一卡通”系统可真正意义地实现“一卡在手，走遍校园”。他即可充 当管理学校同常消费、管理的角色，为领导的决策提供可靠的数据依据，同时也 为教职员工和学生提供了方便。 从考勤、膳食到机房，图书馆到学籍、考试全部实现网上管理，由“一卡” 连接，分布管理。实现“一卡通用、一卡多用”，从而使学校管理由散乱无序变 得严谨、有序、安全、灵活，使校园的管理更加高效、方便和安全，大大提升了 学校的管理质量和管理水平【5 1 。 1 2 课题背景及意义 第一章绪论 1 2 1 课题建设背景 二十一世纪是信息化的1 址纪，信息化建设成为我们的首要任务，其中各级各 类学校承担着为社会的发展、国家的未来培养高素质人才的重任。在全国第三次 教育会议上，党中央、国务院颁布了关于深化教育改革全面推进素质教育的决 定，文件强调“大力提高教育技术手段的现代化水平和教育信息化程度”。 同时，现代教育技术和信息技术的高速发展，也对学校包括教学、后勤、科 研管理等在内的综合管理能力和水平提出了更高的要求。如何更好地整合学校的 各类资源，消灭学校中存在的各类“信息孤岛”并切实防止新的“信息孤岛”的 产生，形成全校范围内实时更新的数据空间和规范一致的共享环境，并通过相应 的管理系统实现数据的查询与管理，为学校管理提供最直接可靠的信息来源和决 策依据，切实提高学校的管理决策水平，这是国内各类学校在高速发展和信息化 建设过程中所面临的普遍性问题。 校园一卡通系统的建设，将智能卡的强大功能和计算机网络的数字化理念融 入校园中，将学校中原先相对独立的学籍管理、生活消费、身份认证、图书借阅、 教务管理、上机管理等各个系统联为一体，动态掌握每一个持卡人的情况，极大 地提高了学校的管理水平、提升了学校的形象。同时，校园卡取代了学校管理和 生活中所用的各种证件和支付手段，极大地方便了教职工和学生们的生活，避免 了携带各种证件的麻烦。与银行联网的校园卡，还可以实现圈存、圈提、取现、 消费等功能。 为把学校建设成为先进的现代化校同，我们将全力协助校方在校园内建设实 现“一卡通”应用系统，充分利用现代信息技术手段，高效、合理地应用校园网， 促进学校各项管理工作再上新台阶。“校园一卡通”系统建成后，其应用范围可 覆盖整个校区。在学校范围内，凡有现金、票证或需要识别身份的场合均采用一 张智能卡来完成。这种管理模式代替了传统的做法，集学生证、工作证、身份证、 借书证、餐卡、钱包、存折等于一卡，实现校门进出考勤、特定场所的身份识别 一卡通，实现校内所有重要场所的出入门禁管理，包括校门、图书馆、学生宿舍 楼等，提高学校的安全管理水平，并根据学校的实际情况逐步实现商务消费一卡 通；在各校区内，凡涉及到现金使用的任何一个消费网点，校园卡的账户都能通 用，所有商户单位不论其性质与规模都可以授权代理收款、结算，商户资会可以 实时到账；也同时实现学籍管理、图书借阅等同常管理一卡通用。它既实现了对 师生员工h 常活动的管理，又为教学、科研和后勤服务提供了重要信息。同时， “智能一卡通”系统义是数字化校园的重要组成部分，是数字化校园中信息采集 的基础工程之一，对学校的管理和决策支持具有重大意义。 3 第一章绪论 1 2 2 课题建设意义 建立先进的信息管理系统是实现高等教育现代化的必由之路，而智能卡技术 的推广使需要识别身份的场合均采用卡来完成。此种管理模式代替了传统的消费 管理模式，为学校管理带来了高效、方便与安全。智能卡的运用，是推进高校信 息化管理的重要举措之一。校园智能卡可供学生用于校园内部处理杂务，购买食 品、饮料、书本、借阅图书、查资料、打电话、洗衣等。学生只需在相关银行开 设帐户并存入金额，即可启用其电子钱包功能，可反复充值，也可在银行提款机 提取现款。 目前各大学在校园卡应用系统管理上存在诸多问题，主要表现在以下几个方 面： ( 1 ) 由于卡应用的快速发展，校内各单位逐步建立起自己的卡应用系统， 而这些系统采用的技术与规范不统一，造成了各种卡应用系统无法兼容，资源不 能合理配置和共享； ( 2 ) 学生手中的学生证卡、饭堂饭卡、图书馆借阅卡、银行消费卡以及电 话卡等等，少则三、四张，多则六、七张，给学生用卡带来了不便； ( 3 ) 校园网建立较晚，使学校各单位管理不能统一。 目前，各大学校园网的建成投入使用，为校园一卡通系统的建立提供了可能。 射频卡应用系统的日渐成熟，为校园一卡通系统的建立提供了技术保障，校园内 实现一卡通管理己成为校园管理发展的必然趋势【6 刁】。 “校园一卡通”系统是针对目前校园中使用的证件繁多、管理繁杂的情况而 设计的。用一张卡可以代替学校目前使用的各种证件包括学生证、工作证、借书 证、医疗证、出入证等。师生员工在学校各处出入、办事、活动和消费均可只凭 这张校园卡便可进行，实现“一卡走遍校园”，给师生员工带来极大方便。通过 学校的校园网，逐步将各处的电脑联成一个比较大的数据网，实现全校各类数据 的统一性和规范性，是学校走向科学化、现代化管理的重要象征。 建设校园一卡通系统，能够给学校带来多方面的好处： ( 1 ) 简化学校同常管理，促进校风校纪建设，极大地提高学校的管理水平 和管理效率； ( 2 ) 大范围内采用计算机设备，提高了学校基础设施建设档次，为学校树 立了良好的形象； ( 3 ) 学生和家长同常接触高新技术，能够形成一个良好的氛围，培养学生 对当今科技的兴趣，对学生学习先进的科学文化知识起到积极的促进作用。 “校园一卡通”系统的建设，是学校信息化发展的必然趋势，是学校现代化 管理的标志，它顺应了全国校园信息化、现代化建设的潮流，使学校的管理、服 第一章绪论 务与世界水平相接轨，并将极大地提升学校的社会形象。“校园一卡通”系统的 建设，将有效促进学校数字化校园建设的进程，有效缓解校务管理和后勤服务的 繁重的业务，提高学校的管理水平、提高后勤的服务质量，成为广大师生员工工 作、学习和生活中不可或缺的一部分，并使学校的安全体系更加进一步完善。 1 3 本论文的主要内容 本文主要按照系统分析、系统设计及系统实现的一般丌发步骤，结合校园一 卡通消费系统的开发过程进行介绍。本文首先对校园一卡通系统进行了系统分 析，包括系统需求分析，系统模块的划分，数据库方案分析及系统的组成等。提 出了校园一卡通系统的总体方案设计，包括系统软件开发模式的设计，系统网络 架构的设计等。然后对基于o r a c l e 的校园一卡通消费管理系统进行了分析，包 括数据库管理系统、服务器端与客户端体系结构、数据库的分布方案的选择、数 据模型的建立、数据的一致性与并发性研究等。最后本文对各个应用子系统的功 能进行了详细的描述，并详细介绍了系统实现的主要技术要点。 第一二章系统分析 2 1 系统需求分析 第二章系统分析 弟一早 承现，刀1 ：i 目i j 许多学校所应用的卡系统是分别由学校内各部门根据自己的需求，从不 同厂家独立引进并在本部门所辖范围内使用；由于各个部门采用系统的技术与规 范的不统一性，造成了各种卡应用系统无法兼容，资源无法合理配置和共享。学 生手中必须持有各种的卡才能在校园内得以应用，给学生的学习生活带来了极大 的不便。 在管理各部f - j ；b - 面，学校无法统一，造成各种各样的混乱、资源的重复与浪 费。所以，希望通过建立校园一卡通，实现以下功能，以实现“一卡在手，走遍 校园的构想【8 _ 9 1 。 ( 1 ) 作为电子钱包，实现食堂就餐，校方可以管理及查询； ( 2 ) 电子门锁，实现宿舍、阅览室、实验室、办公室等场所的门禁控制； ( 3 ) 对重要的门锁开启智能设置； ( 4 ) 身份确认，实现会议签到、考勤； ( 5 ) 学生、教师进出学校管理及查询； ( 6 ) 按权限杏询各种信息； ( 7 ) 作为借书证，图书馆及图书借阅管理，配合电子钱包，实现超期罚款， 丢损赔偿； ( 8 ) 学校公共物品借记管理； ( 9 ) 医疗收费及电子病历； ( 1 0 ) 办公用品、福利用品等物品的领用管理； ( 1 1 ) 学校机房上机及收费管理； ( 1 2 ) 学校小卖部刷卡购物； ( 1 3 ) 学生宿舍用水、用电控制； ( 1 4 ) 学生澡堂洗澡，洗衣房沈衣等； ( 1 5 ) 学校停车场管理收费； ( 1 6 ) 实现与银行进行自动转帐功能。 2 。2 系统模块的划分 根据上述需求，经过洋细的研究分析，系统可分为以下子系统： ( 1 ) 校园卡管理中心系统； 第二章系统分析 ( 2 ) 校园卡结算中心； ( 3 ) 机房一卜机管理系统； ( 4 ) 图书馆一卡通系统： ( 5 ) 餐饮中心收费管理系统； ( 6 ) 购物中心收费系统； ( 7 ) 校医院收费管理； ( 8 ) 运动娱乐中心收费； ( 9 ) 学生宿室管理系统； ( 1 0 ) 信息查询子系统； ( 1 1 ) 门禁管理子系统； ( 1 2 ) 物品领用管理子系统； ( 1 3 ) 物品借记管理子系统； ( 1 4 ) 停车场管理子系统； ( 1 5 ) 银行转账子系统； ( 1 6 ) 控电、控水管理子系统。 各消费点通过校园主干网和中心服务器联结，通过校园主干网与中心进行数 据交换，主干网的安全是整个校园一卡通系统运行的安全保证。为了确保系统安 全，设计上采用了中心服务器与各消费点服务器之间的非实时性及实时性相结合 原则，即主干网通可进行数据交换，便于数据统计，主干网不通，各消费点服务 器可承担各消费系统运行任务，保证各消费系统正常运行。校园卡采用非接触式 i c 卡作为信息记载媒体，有多个应用区，可存储消费数据，和数据库内的数据 对应，作了双备份，保证了数据的安全性【l o 】。 在整个校园一卡通系统中，管理结算中心子系统为核心部分。管理结算中心 子系统管理学校人员的基本信息，负责卡的发行、挂失、解挂、注销及存款等财 务的管理。其它子系统在使用时，首先读取卡的信息，验证卡的有效性，若通过 验证，则进行相应的处理，卡中的有关信息也随之改变，并进行记录，然后把数 据上传到一卡通中心数据库服务器。各子系统定时与管理结算中心子系统进行财 务上的结算【1 1 - 13 1 。 2 3 数据库方案的分析 在数据库分布方案的选择上丰要考虑集中式数据库分布方案和分柿式数据 库分布方案。若采用集中式数据库，将所有的数据都存放在中心数据库服务器上， 这样虽然有利于数据的维护和保持它的一致性，但一旦中心数据库发生了故障， 整个系统都将瘫痪。 第二章系统分析 而近若干年以来，计算机系统已趋向于通过网络连接起来形成的分御式计算 机系统。数据库技术、计算机网络技术不断发展促进了在数据库应用系统中分布 式数据库结构的应用。 分布式数据库系统由分布于多个计算机结点上的若干个数据库系统组成，它 提供有效的存取手段来操纵这些结点上的子数据库。分布式数据库在使用上可视 为一个完整的数据库，而实际上它是分布在地理分散的各个结点上。当然，分布 在各个结点上的子数据库在逻辑上是相关的。 分布式数据库系统是由若干个站点集合而成。这些站点又称为节点，它们在 通讯网络中联接在一起，每个节点都是一个独立的数据库系统，它们都拥有各自 的数据库、中央处理机、终端，以及各自的局部数据库管理系统。因此分布式数 据库系统可以看作是一系列集中式数据库系统的联合。它们在逻辑上属于同一系 统，但在物理结构上是分布式的。 分布式数据库系统已经成为信息处理学科的重要领域，正在迅速发展之中， 原因基于以下几点： ( 1 ) 它可以解决组织机构分散而数据需要相互联系的问题。比如银行系统， 总行与各分行处于不同的城市或城市中的各个地区，在业务上它们需要处理各自 的数据，也需要彼此之间的交换和处理，这就需要分布式的系统。 ( 2 ) 如果一个组织机构需要增加新的相对自主的组织单位来扩充机构，则 分布式数据库系统可以在对当前机构影响最小的情况下进行扩充。 ( 3 ) 均衡负载的需要。数据的分解采用使局部应用达到最大，这使得各处 理机之i 、日j 的相互干扰降到最低。负载在各处理机之间分担，可以避免临界瓶颈。 ( 4 ) 当现有机构中已存在几个数据库系统，而且实现全局应用的必要性增 加时，就可以由这些数据库自下而上构成分布式数据库系统。 ( 5 ) 相等规模的分布式数据库系统在出现故障的几率上不会比集中式数据 库系统低，但由于其故障的影响仅限于局部数据应用，因此就整个系统来讲它的 可靠性是比较高的。 ( 6 ) 在分布式数据库系统晕不强调集中控制概念，它具有一个以全局数据 库管理员为基础的分层控制结构，但是每个局部数据库管理员都具有高度的自主 权。 ( 7 ) 在分布式数据库系统中数据独立性概念也同样重要，然而增加了一个 新的概念，就是分布式透明性。所谓分布式透明性就是在编写程序时好缘数据没 有被分布一样，因此把数据进行转移不会影响程序的正确性。f h 程j ：手的执行速度 会有所降低。 ( 8 ) 集中式数据库系统不同，数据冗余在分和式系统中被看作足所需要的 8 第二章系统分析 特性，其原因在于：首先，如果在需要的节点复制数据，则可以提高局部的应用 性。其次，当某节点发生故障时，可以操作其它节点上的复制数据，因此这可以 增加系统的有效性，并改善系统性能。当一个大型数据库分布在多个场地上时， 在每个场地上只有较小的数据库了。由于其规模较小，在单个场地l 的局部查询 和事务处理会有较好的性能。此外，单个场地事务执行数比起将所有事务均提交 给一个集中式数据库会少得多。对事务而言，可以调用多个场地上的数据，在不 同场地上平行处理以减少响应时间【l4 1 。 通过以上的分析并结合本系统的具体情况，由于各子系统在地理上足分离 的，比如食堂售饭管理子系统安装在食堂，医疗管理子系统安装在医院，为了保 证各子系统高效协调工作，系统的数据库采用分布式数据库结构。 各应用子系统都有相应的子数据库，安装在各自局域网的本地数据库服务器 上，在学校的一卡通中心数据库服务器上有总的数据库，用网络把分散在各个结 点上的数据库连接起来，形成一个大的分布式的数据库。在一卡通中心数据库上 有各个子数据库的副本，对各个子数据库的修改操作( 如i n s e r t 、u p d a t e 、 d e l e t e 等) 都要对一卡通中心数据库进行相应的操作，保持数据的一致性。在 各个应用服务器上，还应充分考虑到各用户访问时的访问冲突。如果一个部门要 对另一个部门进行查询，不是直接访问该部门子数据库，而是转为对一卡通中心 数据库的查询，以减轻网络负载。在应用服务器和客户机上安装应用程序，实现 各个管理子系统要求的功能。在实现上系统应具有可伸缩性，以适应学校发展带 来的系统的扩展。 分布式数据库存在的一些问题列举如下，这些都需要在进行分布式系统规划 时加以考虑： ( 1 ) 更新事务处理之间的冲突：两个事物的处理可能同时更新远处存储的 相同的数据项，这就可能引起相互冲突，产生错误的数据。这种问题可以采取适 当的封锁或协议方法加以预防。 ( 2 ) 不一致读取：从多个数据副本中读取，或者仅从一个分布式数据副本 中读取，都可能得到不一致的信息。有时，由于时序控制不当，而引起读数失败。 这种问题也可以采取适当的封锁或协议方法加以预防。 ( 3 ) 死锁：对分布式数据加锁以防止存取冲突，可能引起死锁，除非采取 适当的协议( 相当复杂) 。 ( 4 ) 协议总丌销：如果f i 经过认真的思考，采用协议的方法预防无效的更 新，不一致的读取和死锁问题，可能招致格外的总，f ：销，特别是当采用多副本数 据时，这一问题更严重。 ( 5 ) 恢复：故障发生后的恢复工作需要加以控制，使更新的数据不会偶然 第_ 二章系统分析 丢失，也不要做重复的处理。 ( 6 ) 多副本的恢复：当存在多个数据副本时，一次事故发生后，它们可能 处于不同的更新状态，必须把它们恢复到相同的状态。但是，当系统是作实时事 务处理时，这种恢复到相同状态的工作是相当复杂的。 ( 7 ) 不同的数据表示：由于缺乏数据管理或管理上的严格控制，同一个数 据在不同的地点可能会有不同的表示。 ( 8 ) 审查：在一些分布式系统中，要找出谁对数据进行了什么操作是很困 难的。因此，需要对可审查性作出设计。 ( 9 ) 安全性和保密性措施：在分布式系统中，安全性控制和保密性措施有 时是很薄弱的，因而需要在基本设计时加以考虑。 2 4 系统组成 整个系统按照功能划分，主要由以下几个部分组成 ( 1 ) 一卡通中心数据库服务器 一卡通中心数据库服务器是整个系统的核心，各个应用子系统的数据都备份 存储在此服务器上。 ( 2 ) 管理结算中心子系统 管理结算中心子系统足整个一卡通系统的管理核心，它管理学校人员的基本 信息，负责卡的发行、挂失、解挂、注销及存款等财务的管理，并实现与各子系 统财务上的结算。 ( 3 ) 网络传输部分 主要完成数据的传输任务，是主机命令下载、终端数据采集的媒介。该部分 可以利用现有的网络，也可以根据需要采用别的联网方式，其具体实现根据子系 统的不同而不同。 ( 4 ) 各应用子系统 应用子系统是根据具体的需要进行设立，完成所要的功能，并且可以根据需 要进行扩展。 系统结构如图2 1 所示： 1 0 第常系统分析 【掉机- b闱1 镕饮古_ 心购物，1 - 心校医皖运动娱乐- - o 学镕n i 幽2 - 1 系统结构幽 第二章校吲譬分布式数据库的设计与实现 第三章校园卡分布式数据库的设计与实现 3 1 数据库设计的规范化 3 1 1 数据库设计的规范化 在数据库应用系统开发中，数据库设计是一个重要的核心问题，数据库设计 的好坏直接影响到整个系统的性能，甚至关系剑整个系统的成败。数据库设计工 作不是简单地将数据以某种格式放入数据库，而是要分析数据之问的联系，考虑 应用的要求，需要建立一个冗余少、易维护、便于使用且合理的数据库。 利用关系数据库没计方法时，不可避免地会接触到数据库规范化。规范化是 指用户如何处理关系及如何将数据存储到表中，规范化的结果是使应用中的信息 及其各元素之间的关系得到更加透彻的了解。简洁、结构明晰的表结构对数据库 的设计是相当重要的。规范化的表结构设计，在以后的数据维护中，不会发生插 入( i n s e r t ) 、删除( d e l e t e ) 和更新( u p d a t e ) 时的异常。反之，数据库表结构设 计不合理，不仅会给数据库的使用和维护带来各种各样的问题，而且可能存储了 大量不需要的冗余信息，浪费系统资源【l5 1 。 未经规范化的数据库一般都有下述缺点：较大的数据冗余，数据一致性差， 数据修改复杂，对表进行插入、删除时会产生异常。 规范化的作用就在于尽量去除冗余，使数据保持一致，使数据修改简单，除 去在表中进行插入、删除时产生的异常。规范化后的表一般都较小，小的表意味 着一个数据页中可以包含较多的记录，这样客户端用户就可在同样的时间内获得 所需的更多数据记录，从而减少客户端与服务器端的物理i o ，减轻网络的负担。 但其实在大多数情况下，进行规范化是为了使功能与易用程度达到最好调和。 在设计和操作维护数据库时，关键的步骤就是要确保数据正确地分布到数据 库的表中。使用正确的数据结构，不仅便于对数据库进行相应的存取操作，而且 可以极大地简化应用程序的其他内容( 查询、窗体、报表、代码等) 。正确进行 表设计的正式名称就是“数据库规范化”。 表中数据应该尽可能少地冗余，这意味着重复数据应该减少到最少。如果存 在过多的冗余数据，这就意味着要占用了更多的物理空i 、u j ，同时也对数据的维护 和一致性检台带来了问题，当这个冗余数据发牛变化时，会导致对多个表的更新 动作，如果有一个表不幸被忽略了，那么就可能导致数据的不一致性。 规范化有不同的等级或类型，最常用到的是第一、二、三范式，其中第三范 式代表最高的规范化等级，也是规范数据库要达到的目标。 第三章校嗣 分布式数据库的设计与实现 ( 1 ) 第一范式( 即1 n f ) 是关系数据库系统的基础，它要求表中的每一个值都足原子项或只显示一 次，第一步将数据规范为第一范式，使得表中每一行只包含信息的一个实例，并 且所有的列值都必须是原子项。 满足第一范式的数据表有如下特点： 表中字段都是单一属性的，不可再分； 每一行的记录都是没有重复的； 存在主属性，而且所有的属性都是依赖于主属性； 所有的主属性都已经定义。 ( 2 ) 第二范式( 即2 n f ) 建立第二范式( 2 n f ) 必须先满足1 n f ，2 n f 要求数据库表中每个实例或行 都必须可以被唯一地区别。 ( 3 ) 第三范式( 即3 n f ) 对数据库表进行规范化的所有工作只有达到3 n f 时才算结束，正如2 n f 依 赖于首先适合1 n f ，3 n f 也需要先适合2 n f 模型，当符合3 n f 时表中就不会有 多余的已在其他表中包含的非关键字信息【l 引。 在三范式之上，还存在着更为严格约束的b c 范式和四范式，但是这两种形 式在商业应用中很少用到，在绝大多数情况下，三范式已经满足了数据库表舰范 化的要求，有效地解决了数据冗余和维护操作的异常i u j 题。 3 1 2 数据库设计 通过上面的介绍可以看出，尽管按照现代关系理论，“校园一卡通”系统数 据库应完全遵循第三范式。但在数据库设计时，并不是完全以第三范式的方式构 造的。理由是校园一卡通是一种网络应用，数据库的规范化提高了系统性能，但 不是单纯为了规范化而规范化，高范式等级的数据库在网络中不一定有高性能。 因为使数据库规范化的方法是把表拆分成相关列最少的表，这样查询时就需要用 复杂的联结，占用较多的c p u 资源和i o 操作，才能查到客户端所需的数据。 这样的丌销是所不希望的，因为这会导致复杂度的增加和性能的下降。所以在网 络环境下有必要对规范化进行必要的平衡，使系统有最优的性能。提高数据库的 网络性能，在系统中采用了下面的方法： ( 1 ) 适量增加冗余 非网络的集中式数据库中要尽可能减少数据的冗余度，以节省存贮空间，使 数据易于保持一致性。冗余数据虽易造成不一致性，且系统为了维护冗余数据要 付出一定的代价，但在分布式数据库中适当增加数据的冗余是有好处的。适当的 第二章校同鼻分布式数据库的设计与实现 增加冗余，在应用中可以减少查询时所用到的复杂联结，从而提高数据库的网络 性能。增加冗余分两个层次一是数据库层，二是表层【1 7 】。 数据库层数据冗余：此种冗余数据以数据库副本的方式出现，副本的存在使 许多应用可以“本地化”，大大减少了网络通信，提高了系统的性能。再有当某 一结点出现故障时，由于拷贝副本的存在，系统仍可对此副本操作，而不至于因 一处故障而使系统无法使用。 表层数据冗余：数据库的规范化其实质是概念的单一化，所以规范后的数据 库中的表一般都较小，使表中相关列最少，这虽然增强了数据库的可维护性，但 在系统要完成一些检索时，可能要用复杂的联结j 能实现。这种操作有时需要网 络i o 上的较大丌销，这将导致性能的下降。对这一问题的解决方案，一是建立 临时表或定义视图以减少频繁出现的多表联结，二是在数据库的设计时仅采用恰 当的范式等级。 ( 2 ) 增加标识列 当一个表需要多个列的组合才能组成主键时，可以在表中合理的增加一列作 为主键，唯一标识此表，一般这一列用的值是一个编号或是时问戳( t i m e s t a m p ) 等。在这种情况下增加列虽然多占了存贮空间，但是在索引中以此列代替大的组 合键，从而获得了性能的提高。 ( 3 ) 大表横向分割 在执行查询时如果只涉及一大表的一个子集，可以把这个大表分成多个表。 例如在食堂、商场、医院等消费场所都会产生流水帐，虽然这些流水帐一个表， 但鉴于大多数查询时仅在一类场所中进行，所以为每一类场所都单独建立了一个 流水帐表( 也即对表进行了分割) ，提高了在网络环境下分布式数据库的查询速 度。 3 2 操作系统和数据库管理系统的选择 系统平台模式大体上分为4 种：主机终端模式、文件服务器模式、客户机 服务器模式( c l i e n t s e v e r ，简称c s ) 和w e b 浏览器服务器模式( b r o w s e r s e v e r ， 简称b s ) 。 主机终端模式由于硬件选择有限，硬件投资得不到保证，己被逐步淘汰。而 文件服务器模式只适用小规模的局域网，对于用户多、数据量大的情况就会产生 网络瓶颈，特别是在互联网上不能满足用户要求。对于管理信息系统来说，应主 要考虑c s 模式和b s 模式。 最简t - f f ，jc l s 体系宝【i i 构的数掘j 车应川i 咐部分组成，即客广- 心用氍序和数 圳唯目技务器f ￥审。：者丌j 分别称为 订台干节序1 j 后台程f 。运行数抛阵 】技务器氍膨 第二章校吲 分布式数据席的设计与实现 的机器，也称为应用服务器。c s 模式的优点主要包括交互性强、提供更安全的 存取模式、降低网络通信量。由于c s 在逻辑结构上比b s 少一层，对于相同的 任务，c s 完成的速度总比b s 快，这就使得c s 模式更利于处理大量数据【l 引。 b s 模式是一种以w e b 技术为基础的新型的m i s 系统平台模式。主要由客 户应用程序( c l i e n t ) 、服务器管理程序( s e v e r ) 和中间件( m i d d l e w a r e ) 三个部 件组成。客户应用程序足系统中用户与数据进行交互的部件。服务器程序负责有 效地管理系统资源。中问件负责连接客户应用程序与服务器管理程序，协同完成 一个作业，以满足用户查询管理数据的要求。把传统c s 模式中的服务器部分分 解为一个数据服务器与一个或多个应用服务器( w e b 服务器) ，从而构成一个三 层结构的客户服务器体系。 考虑到一卡通管理的复杂性和特殊性，本系统决定采用c s 和b s 模式相结 合的方式。由于行政管理计算机组的主要工作是查询和决策，录入工作比较少， 所以采用b s 模式比较合适，而且，由于只有行政管理计算机组采用此模式，所 以将第二层w e b 服务器和第三层数据库服务器统一放在一台服务器上进行管理， 虽然如此，这样并不破坏b s 模式的三层结构。而对于其他工作组需要较快的存 储速度和较多的录入，交互性比较强，所以决定采用c s 模式【l 叽2 2 j 。 网络操作系统的选择直接关系到实际工作中使用的服务类型，当前主要的网 络操作系统有u n i x 、l i n u x 、s o l a r i s 和w i n d o w sx ps e v e r 。选择何种操作系统 需要考虑到多种冈素，具体包括系统的稳定性、平台成本、开发成本、培训成本。 u n i x 具有良好的系统稳定性，但各项成本很高，主要用于大型商业应用。s o l a r i s 是s u nm i c r o s y s t e m s 研发的计算机操作系统。它被认为是u n i x 操作系统的衍生 版本之一。s u n 的操作系统最初叫做s u n o s ，专指s o l a r i s 操作系统的内核，因 此s o l a r i s 被认为是由s u n o s ，图形化的桌面计算环境，以及它网络增强部分组 成。s o l a r i s 支持多种系统架构：s p a r c 、x 8 6 和x 6 4 。x 6 4 即a m d 6 4 及e m t 6 4 处理器。与l i n u x 相比，s o l a r i s 可以更有效地支持对称多处理器、即s m p 架构。 s o l a r i s 传统上与基于s u ns r 讯c 处理器的硬件体系结构结合紧密，在设计上和 市场上经常捆绑在一起，整个软硬件系统的可靠性和性能也因此大大增强。 s o l a r i s 对x 8 6 体系结构的支持也得到大大加强，特别足s o l a r i s1 0 已经能很好地 支持x 6 4 ( a m d 6 4 e m t 6 4 ) 架构。s u n 公司已推山自行设计的基于a m d 6 4 的工作 站和服务器1 2 川。 因此，本系统巾服务器端采用s o l a r i s1 0 作为网络操作系统，同时由于该网 络操作系统安全可靠，非常适合构建企事业单位管理信息系统的局域网。 o r a c l e 足世界上最早商品化的关系型数据库管理系统，是数据库专业厂商 o r a c l e 的核心产品，也是当日订应用最为广泛、功能最强人、具有面向对象特点、 第二章校吲 分布式数据辛的设计与实现 采用了客户机朋艮务器架构的数据库系统。 作为一个通用的数据库系统，o r a c l e 具有完整的数据管理功能，这些功能包 括存储大量数据、定义和操纵数据、并发控制、实令性控制、完整性控制、故障 恢复、与高级语言接口等。o r a c l e 还是一个分布式数据库系统，支持各种分布式 功能，特别是支持各种i n t e r n e t 处理。作为一个应用开发环境，o r a c l e 提供 了一套界面友好、功能齐全的数据库丌发工具，使用户拥有一个良好的应用开发 环境。o r a c l e 使用p l s q l 语言执行各种操作，具有可开放性、可移植性、灵活 性等特点。特别是，在o r a c l e9 i 中，支持面向对象的功能，支持类、方法和属 性等概念，使得o r a c l e 产品成为了一种对象关系型数据库系统【2 4 2 8 】。 我们知道，在目前的数据库应用技术中普遍采用的就是客户机服务器体系 结构，在这种体系结构中，所有的数据和数据库管理系统都在服务器上，客户机 通过采用标准的s q l 语句等方式来访问服务器上数据库中的数据。由于这种体 系结构把数据和对数据的管理都统一放在了服务器上，就保证了数据的安全性和 完整性，同时也可以充分利用服务器高性能的特点。正因为客户机f l u 务器体系 结构的这些优点，因而得到了非常广泛的应用。 p o w e r b u i l d e r 是著名的数据库应用开发工具生产厂商p o w e r s o f l 公司推出的 产品( p o w e r s o f t 现己被数据库厂商s y b a s e 所收购) ，它完全按照客户机, t j 艮务器 体系结构研制设计，在客户机服务器结构中，它使用在客户机中，作为数据库 应用程序的开发工具而存在。由于p o w e r b u i l d e r 采用了面向对象和可视化技术， 提供可视化的应用开发环境，使得我们利用p o w e r b u i l d e r ，可以方便快捷地丌发 出利用后台服务器中的数据和数据库管理系统的数据库应用程序。 在当前，网络技术迅速发展，随之发展的还有o l e 、o c x 、跨平台等技术， 而p o w e r b u i l d e r l 0 的最新版中提供了