SaaS模式下多租戶數(shù)據(jù)庫的研究

何海棠，朱曉輝，陳蘇蓉

(南通大學(xué)，江蘇 南通 226007)

0 前言

SaaS(Software－as－a－Service)類軟件應(yīng)用具有基于網(wǎng)絡(luò)完成交付和使用、允許用戶按需付費并在一定環(huán)境下對操作界面、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等個性化定制的特點。SaaS應(yīng)用所對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫為多租戶數(shù)據(jù)庫，是多租戶數(shù)據(jù)存儲和個性化定義的保障。在設(shè)計時，需結(jié)合SaaS模式的特點，合理地平衡數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)隔離［1－2］，既使不同租戶的數(shù)據(jù)達到某種形式上的統(tǒng)一，促進數(shù)據(jù)的高效訪問，又保證各租戶數(shù)據(jù)的個性化和存取的獨立性。

本文基于.NET環(huán)境，以SQL Server 2008為數(shù)據(jù)庫管理軟件，以面向中小型企業(yè)信息化管理的SaaS軟件為例，在考慮數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)隔離的基礎(chǔ)上，圍繞多租戶數(shù)據(jù)的存儲、子用戶與租戶的對應(yīng)、子用戶權(quán)限的管理、租戶數(shù)據(jù)的擴展等幾個方面對SaaS模式下的多租戶數(shù)據(jù)庫進行研究。

1 多租戶數(shù)據(jù)的存儲

SaaS模式下的多租戶數(shù)據(jù)庫按數(shù)據(jù)的存儲形式可分為獨立數(shù)據(jù)庫和共享數(shù)據(jù)庫。獨立數(shù)據(jù)庫和租戶間為1∶1關(guān)系，每個租戶在自己的獨立數(shù)據(jù)庫中進行數(shù)據(jù)存取。共享數(shù)據(jù)庫和租戶間為1∶n關(guān)系，所有的租戶共用一個數(shù)據(jù)庫，不同租戶在同一個數(shù)據(jù)庫中進行數(shù)據(jù)存取;根據(jù)共享數(shù)據(jù)庫中的租戶是否使用相同的表集，還可分為共享SCHEMA和獨立SCHEMA 兩種架構(gòu)［2－4］。

無論采用哪種數(shù)據(jù)庫存儲方案，均需解決數(shù)據(jù)庫和租戶間的對應(yīng)問題。該問題的解決可通過構(gòu)建存儲租戶基本信息的注冊租戶表解決，在該表中設(shè)置companyID字段和connectionString字段以體現(xiàn)租戶和數(shù)據(jù)庫間的對應(yīng)。companyID用于標識租戶，為保證其惟一性及可管理性，可設(shè)置其為int型且具有IDENTITY屬性，每增加一個租戶，自動按規(guī)則產(chǎn)生新值填充。connectionString字段以字符串形式存儲與companyID對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫信息，形如“server=ServerNo1;uid=sa;pwd=123456;database=dbID;”，提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)器名、數(shù)據(jù)庫名、登陸方式、登陸名、登陸密碼等;該字符串中server和database的不同取值可體現(xiàn)是共享數(shù)據(jù)庫還是獨立數(shù)據(jù)庫。

2 子用戶與租戶的對應(yīng)

SaaS模式下的數(shù)據(jù)庫所有者為不同租戶(本文只考慮租戶為中小型企業(yè))，同一租戶往往又存在多個子用戶，在解決完數(shù)據(jù)庫和租戶間的對應(yīng)問題后，需考慮如何實現(xiàn)子用戶和租戶間的對應(yīng)，其本質(zhì)為解決子用戶和租戶數(shù)據(jù)庫間的對應(yīng)。

該問題的解決基礎(chǔ)是構(gòu)建注冊用戶表，存儲employeeID(子用戶 ID)、loginName(子用戶名)、loginPwd(密碼)等信息。子用戶在登陸時需提供companyID、employeeID、loginPwd，系統(tǒng)據(jù)此查看注冊租戶表和注冊用戶表以完成子用戶和租戶數(shù)據(jù)庫間的對應(yīng)。

注冊用戶表可存儲在租戶數(shù)據(jù)庫中。獨立數(shù)據(jù)庫方案下，一個租戶對應(yīng)一張注冊用戶表;共享數(shù)據(jù)庫共享SCHEMA方案下，多個租戶對應(yīng)一張注冊用戶表，且該表中需添加租戶ID字段用以標識該用戶的歸屬;共享數(shù)據(jù)庫獨立 SCHEMA方案下，每個SCHEMA中存儲一張注冊用戶表，無需額外添加租戶ID字段。

3 子用戶權(quán)限的管理

不同租戶及其子用戶對多租戶數(shù)據(jù)庫通常存在不同的訪問需求。為保證租戶數(shù)據(jù)的安全，需劃分對數(shù)據(jù)庫的不同操作(細化到對表、字段的存取)，并將其對應(yīng)到不同的用戶，即為不同用戶設(shè)置不同的數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限。另外，SaaS模式下，軟件應(yīng)用的一個重要特點是可配置性，租戶可按需選擇功能模塊，在設(shè)計時，與數(shù)據(jù)庫存取相關(guān)的功能模塊可與數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限結(jié)合起來，采用角色管理的方法實現(xiàn)其可配置性?？尚械姆椒ú襟E如下:

(1)構(gòu)建功能模塊描述表，設(shè)置functionID(int)字段，用于標識每個功能模塊。

(2)構(gòu)建角色描述表，設(shè)置roleID(int)和functionIDs(char)字段，roleID用于標識每個角色(角色的劃分可結(jié)合企業(yè)的不同業(yè)務(wù)崗位，如會計、銷售員、倉庫管理員等)，functionIDs用于存儲每個roleID對應(yīng)的functionID集合。

實際基于.NET環(huán)境進行軟件實現(xiàn)時，可考慮將模塊功能的展現(xiàn)對應(yīng)到網(wǎng)頁、模塊功能的調(diào)用對應(yīng)到多級菜單的菜單項，將構(gòu)建功能模塊描述表改為構(gòu)建菜單信息描述表，在該表中設(shè)置menuID(int)和menuURL(nvarchar)字段，menuID用于標識每個菜單項，menuURL用于存儲與模塊功能展現(xiàn)對應(yīng)的網(wǎng)頁地址;將角色描述表中的functionIDs字段改為menuIDs字段，存儲每個roleID對應(yīng)的menuID集合。

(3)在注冊用戶表中添加roleID字段，將用戶與角色聯(lián)系。

4 租戶數(shù)據(jù)的擴展

傳統(tǒng)的多租戶數(shù)據(jù)庫在設(shè)計時基于所有租戶數(shù)據(jù)需求的并集進行，所有租戶的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全相同且固定，容易造成數(shù)據(jù)冗余，不符合SaaS模式下允許租戶個性化數(shù)據(jù)的特點。目前，SaaS模式下的多租戶數(shù)據(jù)庫在設(shè)計時較多地采用固定擴展或定制擴展［5－7］的方式。

固定擴展方式是以為表預(yù)留字段的方式提供擴展，其可擴展性受限于預(yù)留字段的數(shù)目和預(yù)留字段的類型，且無法保證預(yù)留字段的最佳利用率。因此，筆者在研究時基于共享數(shù)據(jù)庫共享SCHEMA采用定制擴展的方式為租戶提供擴展，其設(shè)計思路基于單個標準數(shù)據(jù)庫表(Standard)與擴展數(shù)據(jù)表(Extension)之間的通用關(guān)系(如圖1所示)，具體實現(xiàn)時考慮將共享數(shù)據(jù)庫中所有擴展數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲管理，涉及到 Tb_Table、Tb_ExBase、Tb_Extension 三張表(如圖2)，說明如下:

(1)Tb_Table存儲存在擴展需求的companyID、tableID(表)及 tableName(表名)。

(2)Tb_ExBase存儲所有擴展字段的基本屬性，ID為擴展字段的唯一標識，fieldID為該字段在特定租戶的特定表中的唯一標識。companyID、tableID、fieldID、fieldEN(字段英文名，fieldCH用于顯示，為字段中文名)的組合不允許重復(fù)。

Tb_Table和Tb_ExBase基于companyID+tableID字段存在1∶n聯(lián)系。

(3)Tb_Extension存儲擴展字段的值，recordID為tableID指定表中的具有擴展字段值的實體編號，recordID的存在要求共享數(shù)據(jù)庫中所有存在潛在擴展需求的表均具有recordID字段，若實體有擴展數(shù)據(jù)，則用自增且保持唯一的值對其填充，否則為NULL。tableID、recordID、fieldID的組合不允許重復(fù)。

某租戶(已具有companyID)個性化數(shù)據(jù)的操作原理如下:

(1)添加擴展字段:根據(jù)當前需擴展對象(表)名在Tb_Table中檢索tablename，若存在，則獲取tableID，否則自動生成tableID，并向Tb_table中填充companyID和tablename;根據(jù)tableID、按字段擴展順序產(chǎn)生的fieldID，將擴展字段的相關(guān)屬性填充到Tb_ExBase表。

(2)刪除擴展字段:根據(jù)租戶界面操作確定companyID、tableID、fieldID，在 tableID 指定表中獲取companyID對應(yīng)的實體的recordID集，根據(jù)tableID、recordID、fieldID的組合將Tb_Extension中對應(yīng)的記錄全部刪除，并在Tb_ExBase中刪除companyID、tableID、fieldID組合確定的記錄。

(3)添加擴展字段值:根據(jù)用戶界面操作確定tableID、fieldID、value，在 tableID 中為當前實體產(chǎn)生recordID，在Tb_Extension添加記錄。

(4)修改擴展字段值:根據(jù)用戶界面操作確定tableID、fieldID、value，在 tableID 中檢索當前實體的recordID，在Tb_Extension中修改記錄。

(5)顯示擴展字段值:獲取當前實體的tableID、recordID，若recordID值不為NULL，則根據(jù)該值及tableID在Tb_Extension獲取fieldID和value值，利用companyID、tableID、fieldID的組合在Tb_ExBase中獲取fieldCH、dataType，根據(jù)dataType選用合適的界面元素在界面上將value進行顯示。

(6)刪除擴展字段值:部分刪除則參照(4)的操作;若全部刪除，則在刪除Tb_Extension中tableID和recordID對應(yīng)的記錄后，還需將tableID指定表中對關(guān)的recordID的值修改為NULL。

5 結(jié)語

SaaS模式下，軟件服務(wù)商基于網(wǎng)絡(luò)采用一個應(yīng)用實例，或基于同一代碼庫的多個同構(gòu)應(yīng)用實例，為多個中小型企業(yè)同時提供諸如CRM、ERP等企業(yè)信息化服務(wù)，其服務(wù)的支持基礎(chǔ)為多租戶數(shù)據(jù)庫。本文對SaaS模式下的多租戶數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中不可避免的數(shù)據(jù)存儲、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)擴展等問題進行了討論，并給出了具體的解決思路和實現(xiàn)方法。在今后的研究中，還需基于多租戶特點對加快擴展數(shù)據(jù)的查詢、共享數(shù)據(jù)庫形式下數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)等問題作進一步的研究，以更好地為SaaS模式下的軟件提供支持。

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