分布式数据库系统及其一致性方法研究

1、2007年第24卷第10期微电子学与计算机1引言分布式数据库系统在系统结构上的真正含义是指物理上分布、逻辑上集中的分布式数据库结构。数据在物理上分布后,由系统统一管理,用户看到的似乎不是一个分布式数据库,而是一个数据模式为全局数据模式的集中式数据库15。分布式数据库系统包括两个重要组成部分:分布式数据库和分布式数据库管理系统。分布式数据库系统具有位置透明性和复制透明性,使用户看到的系统如同一个集中式系统。分布式数据库系统分为三类:同构同质型DDBS、同构异质型DDBS和异构DDBS。同构同质型DDBS是指各个场地都采用同一类型的数据模型,并且是同一型号数据库管理系统;同构异质型DDBS是指各个

2、场地都采用同一类型的数据模型,但是数据库管理系统是不同型号的;异构型DDBS是指各个场地的数据模型是不同的类型。分布式结构是相对于集中式结构而言的。从数据处理的角度来说,典型的集中式结构是数据集中存放和处理,用户通过远程终端或通过网络连接来共享集中存放的数据。分布式结构则是将数据及其处理分散在不同场地,各场地各自管理一部分数据,同时又通过网络系统相互连接。各场地的用户除可以访问和处理本地数据外,也可以访问和处理别的场地的数据。分布式数据库是典型的分布式结构。它包括对数据的分布存储和对事务的分布处理。设计一个分布式数据库系统会遇到许多集中式数据库设计中所没有的问题,一致性是其中必须认真对待和解决

3、的主要问题。2DDBS的体系结构2.1综合型体系结构综合型体系结构是指在综合权衡用户需求之后,设计出分布的数据库,然后再设计出一个完整的DBMS,把DBMS的功能按照一定的决策分散配置在一个分布的环境中。每个结点的DBMS均熟知整个网络的情况,也了解其它结点的情况。从整体上,各结点组成一个完整的系统,它们之间是靠进程通讯的手段来维持互访连接,如图1所示。2.2联合型体系结构联合型体系结构是指每个结点上先有DBMS,以此为基础,再建立分布式环境以实现互访连接。若各个结点的局部DBMS支持同一种数据模式和分布式数据库系统及其一致性方法研究刘萍芬,马瑞芳,王军(西安交通大学电信学院,陕西西安7100

4、49摘要:分布式数据库系统是数据库领域中的一个主要研究方向,数据一致性维护是分布式数据库系统中的一个非常关键的技术问题。在分析分布式数据库系统体系结构的基础上,讨论了两种一致性方法:两阶段提交和复制服务器,并提出一种具有复制服务器的分布式数据库系统的结构框架,它具有有效性和实用性。关键词:分布式数据库系统;一致性;两阶段提交;复制服务器中图分类号:TP31文献标识码:A文章编号:1000-7180(200710-0137-03Research of Distributed Database System and Data ConsistencyLIU Ping-fen,MA Rui-fang,

5、WANG Jun(College of Electronics and Information Engineeting,Xian Jiaotong University,Xian710049,ChinaAbstract:Distributed database system is a main research direction in the database field.Maintaining the data consis-tency is a critical technical problem in the distributed database system.This paper

6、 discusses two methods of maintaining data consistency based on analyzing the structure of the distributed database system,which are2PC and replication serv-er.Then the paper puts forward a distributed database framework which have replication server structure.And it is effec-tive and applied.Key wo

7、rds:distributed database system;data consistency;2PC;replication server收稿日期:2006-10-27137微电子学与计算机2007年第24卷第10期查询语言则称为同构联合型,如图2所示,当各个结点的DBMS不同时,就构成异构联合型,如图3所示。网络数据库管理系统(NDBMS使任意结点了解分布环境中其他结点的数据情况。由于数据库的分布对用户是透明的,故应用程序应与NDBMS接口。翻译处理是为了在两个不同的DBMS之间进行信息交换,对查询语言、数据模式和结构作相应的转换和映象工作。各个NDBMS通过主机之间通讯网络连接形成一个

8、既分散、自主而又互连统一的联合型DDBS。无论哪种类型的DDBS,DBMS所接收到查询操作都有3种可能:查询的数据均存放在本结点上,查询的数据均存放在另一结点上,查询的数据分布在多个结点上。DBMS查询的复杂性直接影响在评价和选择网络处理的策略以及在合并响应信息时所要求的复杂程序。另一个主要的实现问题是不同地点之间的通信传输速度与局部数据库存贮部件的存取速度相比是非常慢的。因此在DDBS 中,控制各结点之间传输的信息量就非常重要。3分布式数据库的一致性方法3.1两阶段提交(2Phase Commit(1两阶段提交的基本思想和处理方法一个涉及修改多个场地数据的事务由多个子事务组成。整个事务的执行

9、被划分为两个阶段,第一阶段为准备阶段,各场地作好对子事务处理的一切准备工作并作回答,第二阶段为提交阶段,各子事务全部完成。通过这种两阶段的划分,达到该事务的所有子事务要么全部提交,要么全部退回,从而实现一个事务对多个场地数据的修改要么全部正确完成,要么全都不进行。这就通过事务的完整性保证了数据的一致性。两阶段提交使得一个应用程序能够协调地在两个或多个服务器上进行更新,它把彼此独立的事务(可能分散在不同的Server上象一个事务那样进行处理。提交服务使用某一服务器作为中央记录保持器,它保存着帮助应用程序判定是提交还是回退事务的各种记录。从而两阶段提交技术就保证了事务所涉及的多个服务器上的数据库要

10、么同时更新,要么不做任何更新。(2两阶段提交的工作流程在两阶段提交的准备工作中,客户应用进程向每个参与进程发送一组如下内容和顺序的Trans-act-SQL语句:BEGIN TRANSACTION语句;Trans-act-SQL修改语句;PREPARE TRANSACTION语句。每个参与进程按顺序执行上述语句组。BEGIN TRANSACTION语句标识应用进程、事务和提交服务进程等信息;Transact-SQL修改语句完成要进行的修改;PREPARE TRANSACTION语句指出修改已完成且该参与进程对提交已作好准备。在完成上述工作以后,开始两阶段提交过程。第一阶段:所有参与进程向客户应

11、用进程回答它们已作好提交准备;第二阶段:客户应用进程通知提交服务进程,该事务已完成,并且发送COMMIT TRANSACTION语句到所有参与进程,使它们实现正式提交。提交服务进程在收到客户应用进程的通知后,作该事务已提交标志。客户应用进程的处理流程用图4所示。3.2复制服务器(1复制服务器的基本思想和处理方法在分布式系统中,每个独立的数据单位主要由一个场地控制其访问安全性,其他场地在必要时可向该数据所在场地的复制服务器申请该数据并将其复制到本场地。用这种方法复制的数据副本的一致性通过一个异步拷贝系统来保证。这种异步拷贝系统是由事件驱动的, 而且只将每次修改所涉及的138数据列进行复制,因而数

12、据传送量很小。这样,对于每个场地的用户,查询时只需涉及本场地的数据,从而能得到快速响应。由于在数据库系统中查询占有相当大的比例,因而这种方法从总体上讲是有效、实用的。(2复制服务器方法的工作过程在说明复制服务器方法的过程中,用到以下概念的术语。主场地:也称主数据场地,是指修改要求发出的场地;次场地:也称次数据场地,是指主场地数据被拷贝的场地;日志传送管理器(Log Transfer Manager,LTM:在主场地中监视修改事务并将其传送到次场地的程序;Store-and-forward功能:当某一个场地暂时故障时,对该场地的修改暂不进行,并记录在案,一旦故障场地恢复联机,立即根据所记录的内容

13、按顺序完成所需要的修改。复制服务器方法的优点在于其所提供的store-and-forward功能在某个场地故障停机时,不影响其余场地的正常工作,且当故障场地一旦恢复联机,必要的修改立即实施其上,从而保证可访问的数据是一致的。4具有复制服务器的分布式数据库系统的结构框架图5给出了一个具有复制服务器的分布式数据库系统的结构框架。主数据场地由数据服务器、LTM和复制服务器2部分组成;次数据场地则由数据服务器和复制服务器两部分组成。它们通过广域网连接构成一个分布式数据库管理系统。在如图5所示的系统中,复制服务器工作过程如下:主场地的LTM用来监视事务日志活动,当发现主场地的数据服务器有改变数据的事务时

14、,就将该事务发送到主场地的主复制服务器。主复制服务器负责将相应的改变传送到每个远程复制服务器,远程复制服务器以正确的顺序将这些改变加到它的数据副本上,从而维持了事务和逻辑数据的完整性。如果远程复制服务器由于远程场地故障或其他原因不能运行,主复制场地利用store-and-for-ward功能暂时对故障场地的数据不进行修改,而当远程场地返回联机信号时,立即对其进行修改。假定在停机期间原有数据未受到破坏,而在联机后立即完成其在停机期间应进行的修改,从而保证数据在可使用时是一致的。如果修改要求首先在次场地出现,则可以利用称为异步存储过程的方法来保证被修改数据的一致性。异步存储过程由相应的次场地的复制

15、服务器管理。具体工作过程是:当次场地上的数据服务器发生需要修改本场地的数据副本要求时,实际的工作是将实现该修改的相应存储过程传送到主场地并执行之,使修改首先在主场地的数据上进行。这个修改再按照主、次复制服务器的工作原理对各次场地上的数据进行修改。复制服务器替换功能则是指如果主数据服务器或复制服务器停机,管理人员可以指定另外的场地来代替其执行操作。这样,即使主场地故障,对主数据的修改仍可继续进行,而在停机恢复以后复制服务器会自动同步数据。5结束语 数据一致性是分布式数据库系统所面对的一(下转第143页实验后统计平均得出的。可以看出,算法的收敛速度较快。5结束语文中主要介绍了实现选播服务器负载均衡

16、的路由问题,给出了综合QoS 参数约束的权值变换函数和解决链路负载过重的方法,提出了多路路由的权重分配算法,还根据遗传算法的特点,提出了一种基于遗传算法的选播路由算法。文中算法有两个优点:(1染色体初始化时路由编码优先选择费用较低的路由,所以遗传计算得到较好解的代数明显减少;(2采用了综合QoS 参数约束,大大简化了问题的描述,简化了问题的求解。仿真结果表明算法能够在参数(种群规模、交叉率及变异率选择适当的情况下,取得较好的收敛效果,确定最优的路由。仿真结果表明,算法具有较好的求解效果。参考文献:1Waxman B.Routing of multipoint connections J.IEE

17、E J.Select.Areas Commun.,1988,6(9:161716222Jia Weijia,Xuan Dong,Zhao Wei.Integrated Routing Al-gorithms for anycast messages J.IEEE Communications Magazine,20003Hao F,Zegura E W,Ammar M H.QoS routing for anycastcommunications:motivation and an architecture for Diff-Serv networks J.IEEE Communication

18、s Magazine,June 2002:48564陈国良,王煦法.遗传算法及其应用M.北京:人民邮电出版社,19965Xiang F,Junzhou L,Jieyi W.QoS routing based on genet-ic algorithm J.Computer Communications,1999,22(9:13941399作者简介:陈燕女,(1975-,副教授。研究方向为网络路由技术、遗传算法。胡小春男,(1974-,讲师。研究方向为网络通信。李陶深男,(1967-,教授。研究方向为网络路由技术、分布式数据库、遗传算法。08-3 718-9-7-1-2-36428-6-9-7-1-2-36638-9-7-0-3