基于Oracle組件的數(shù)據(jù)采集與全文檢索系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

袁琴琴 李志勛 呂林濤

摘 要： 從應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與全文檢索的需求出發(fā)，結(jié)合權(quán)限控制，提出基于Oracle Transparent Gateway，Oracle Text的數(shù)據(jù)采集與全文檢索的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案?；诖朔桨?，著重進(jìn)行系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)、采集存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建索引及檢索流程，最后給出系統(tǒng)性能優(yōu)化方法，并對(duì)檢索速度和查準(zhǔn)率進(jìn)行測(cè)試分析。目前系統(tǒng)已上線運(yùn)行，取得高效簡(jiǎn)捷、運(yùn)行穩(wěn)定的使用效果。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)采集； Oracle Transparent Gateway； 全文檢索； Oracle Text； 性能優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34； TP392 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）08?0037?04

Design and optimization of data acquisition and full?text retrieval system

based on Oracle component

YUAN Qinqin1， LI Zhixun2， L? Lintao1

（1. Department of Electronic and Information Engineering， Xijing University， Xian 710123， China；

2. Xian Aerospace Propulsion Test Technique Institute， Xian 710100， China ）

Abstract： Proceeding from the requirements of data acquisition and full?text retrieval for the application system， and in combination with the access control， the design and implementation scheme of data acquisition and full?text retrieval based on Oracle Transparent Gateway and Oracle Text is proposed. Based on this scheme， the system structure design， collection storage and database design are conducted emphatically. The index creation and search procedure were realized. At the end of this paper， the optimization method of system performance is given， and the retrieval speed and precision ratio of the system are analyzed. Now the system has been run on line， and achieved the using effect with high efficiency and stable running.

Keywords： data acquisition； Oracle Transparent Gateway； full?text retrieval； Oracle Text； performance optimization

0 引 言

隨著信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)以及信息技術(shù)的快速發(fā)展，為適應(yīng)多元化業(yè)務(wù)發(fā)展需要，多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)隨之建設(shè)，產(chǎn)生了大量的以不同方式存儲(chǔ)、依賴(lài)于不同數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。例如業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在SQL Server，Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中[1]，在這些異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)[2]平臺(tái)上運(yùn)行著業(yè)務(wù)相關(guān)的多種應(yīng)用系統(tǒng)。如何在不影響現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行的前提下，最大限度地利用信息資源，避免重復(fù)開(kāi)發(fā)，必須解決異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一操作問(wèn)題。如何快速有效地采集異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，建立綜合信息資源庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，是本文需要解決的問(wèn)題之一。另外，面對(duì)綜合信息資源庫(kù)中的大量數(shù)據(jù)，怎樣在業(yè)務(wù)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)快速、有效、全面的檢索效果，提高數(shù)據(jù)的利用性，也是本文需要解決的另一問(wèn)題。

本文圍繞基于J2EE技術(shù)架構(gòu)的多個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)展研究，其信息來(lái)源十分廣泛，包括現(xiàn)有的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、文檔資料等。而各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型均不相同，如何在異構(gòu)的存儲(chǔ)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)采集是本文設(shè)計(jì)的要點(diǎn)之一。同時(shí)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)涵蓋日常應(yīng)用中的所有資料、文檔等信息，信息類(lèi)型復(fù)雜多樣，包括結(jié)構(gòu)化信息、非結(jié)構(gòu)化信息、文件（DOC，PDF，txt，Excel，HTML）等多種格式。系統(tǒng)數(shù)據(jù)量隨著日積月累會(huì)越來(lái)越大，要在這樣大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)中實(shí)現(xiàn)對(duì)多種類(lèi)型信息的高效準(zhǔn)確檢索也是本文設(shè)計(jì)的另一要點(diǎn)。

基于上述分析，本文采用了Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的Oracle Transparent Gateway[3?4]，Oracle Text[5?6]等技術(shù)。在設(shè)計(jì)采集檢索功能時(shí)，不僅要滿足異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境下數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和共享，還要支持權(quán)限控制[7?8]下對(duì)多種類(lèi)型、多種格式文件內(nèi)容的高效檢索。

1 數(shù)據(jù)采集與全文檢索方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

在Oracle Transparent Gateway，Oracle Text組件的基礎(chǔ)上，結(jié)合權(quán)限控制，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效簡(jiǎn)潔的數(shù)據(jù)采集與全文檢索功能，系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源于異構(gòu)SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)、Excel文件和本系統(tǒng)的文檔資料。針對(duì)不同數(shù)據(jù)源，SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)采用“采集—處理—導(dǎo)入”的數(shù)據(jù)層集成方式，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)數(shù)據(jù)向本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的遷移，Excel文件和本系統(tǒng)的文檔資料通過(guò)導(dǎo)入、手工錄入方式將資料信息裝載入庫(kù)，自動(dòng)建立全文信息索引， 為實(shí)現(xiàn)全文檢索奠定基礎(chǔ)。全文檢索建立于權(quán)限控制體制之上，首先由用戶提出檢索請(qǐng)求，待全文檢索模塊處理后進(jìn)入綜合信息庫(kù)進(jìn)行關(guān)鍵詞檢索，之后將檢索匹配的結(jié)果傳遞給權(quán)限審核模塊，然后在檢索記錄中過(guò)濾出可供用戶查閱的信息， 并將過(guò)濾后的信息經(jīng)檢索結(jié)果處理模塊處理后存儲(chǔ)于用戶臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)供用戶瀏覽查詢。用戶瀏覽資料詳情時(shí)， 必須同時(shí)具備對(duì)資料所屬目錄的查看權(quán)限和對(duì)資料的查看權(quán)限才能查看資料。

1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

（1） 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

綜合考慮系統(tǒng)采集檢索需求，需要采集的數(shù)據(jù)類(lèi)型包含數(shù)字、字符、日期、文本等，需要檢索的資料信息分為三類(lèi)：字符類(lèi)型（varchar2）、大文本類(lèi)型（clob）、非結(jié)構(gòu)化blob類(lèi)型數(shù)據(jù)（DOC，PDF，txt，Excel，HTML）。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)采用了反規(guī)范化設(shè)計(jì)方式，需要檢索的資料信息按其數(shù)據(jù)類(lèi)型分別存儲(chǔ)在三張表：資料內(nèi)容1、資料內(nèi)容2、資料內(nèi)容3中，每張表中均用記錄ID、資料類(lèi)型ID、資料表ID、資料表記錄的ID、資料表記錄的字段ID進(jìn)行關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)資料與權(quán)限管理的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

（2） 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源主要有三部分：采集日?qǐng)?bào)資料、導(dǎo)入重點(diǎn)資料和現(xiàn)行文檔資料。日?qǐng)?bào)資料來(lái)源于基于SQL Server平臺(tái)的管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用Oracle Transparent Gateway實(shí)現(xiàn)與SQL Server的無(wú)縫連接，采取“采集—處理—導(dǎo)入”的數(shù)據(jù)層集成方式，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)數(shù)據(jù)向本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的遷移；重點(diǎn)資料為系統(tǒng)用戶批量導(dǎo)入的Excel信息；現(xiàn)行文檔為DOC，PDF，txt，Excel，HTML等格式的文檔資料。重點(diǎn)資料的批量導(dǎo)入和文檔資料的手工錄入在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)。日?qǐng)?bào)資料的采集是在數(shù)據(jù)層采用Oracle Transparent Gateway連接SQL Server，由PL/SQL編程實(shí)現(xiàn)。Oracle Transparent Gateway的采集過(guò)程見(jiàn)圖3。

在采集服務(wù)器上安裝Oracle Transparent Gateway for SQL Server，完成配置透明網(wǎng)關(guān)相關(guān)參數(shù)、listener.ora、tnsnames.ora。在Oracle端創(chuàng)建鏈接SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)的database link，發(fā)出查詢需求，SQL Server通過(guò)Transparent Gateway識(shí)別出Oracle端發(fā)出的查詢需求，獲取查詢結(jié)果記錄集，記錄類(lèi)型主要包括數(shù)字、字符、日期、文本等，Transparent Gateway將記錄集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與Oracle兼容的數(shù)據(jù)，并返回給Oracle服務(wù)器，存儲(chǔ)在臨時(shí)表中。通過(guò)臨時(shí)表上的行級(jí)觸發(fā)器將不同字段類(lèi)型的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到對(duì)應(yīng)的信息資料表中。

（3） 創(chuàng)建索引和索引同步

系統(tǒng)采用CONTEXT類(lèi)型索引，它支持并行檢索方式，在創(chuàng)建本地CONTEXT索引時(shí)，需要設(shè)置并行度和系統(tǒng)資源屬性。在執(zhí)行檢索任務(wù)時(shí)，并行協(xié)調(diào)器依據(jù)創(chuàng)建索引時(shí)設(shè)置的并行度和系統(tǒng)資源屬性調(diào)用多個(gè)從屬進(jìn)程對(duì)全文索引進(jìn)行并行檢索。每個(gè)從屬進(jìn)程對(duì)應(yīng)于全文檢索的一個(gè)或多個(gè)分區(qū)，當(dāng)檢索任務(wù)完成后，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)將各個(gè)檢索結(jié)果進(jìn)行匯總并傳遞給用戶。本系統(tǒng)分別對(duì)資料內(nèi)容1、資料內(nèi)容2、資料內(nèi)容3的“存儲(chǔ)字符”、“存儲(chǔ)大文本”、“存儲(chǔ)二進(jìn)制文件路徑”創(chuàng)建并行分區(qū)全文索引。

本系統(tǒng)在創(chuàng)建全文索引的同時(shí)采用了索引同步機(jī)制，原因是當(dāng)資料內(nèi)容1、資料內(nèi)容2、資料內(nèi)容3表中發(fā)生DML操作后，基表上對(duì)應(yīng)的全文索引不會(huì)自動(dòng)更新，需要手動(dòng)對(duì)其更新，在此之前是不能檢索到基表中的新內(nèi)容，因此需要調(diào)用CTX_DDL.SYNC_INDEX存儲(chǔ)過(guò)程手動(dòng)同步索引。

（4） 檢索存儲(chǔ)過(guò)程

為實(shí)現(xiàn)文檔信息的全文檢索和權(quán)限過(guò)濾，本文的檢索存儲(chǔ)過(guò)程采用了如下核心SQL語(yǔ)句：

select /*+FIRST_ROWS*/ e.* from （

select b.*， rownum as rt from

（select n.資料ID，n.擬稿時(shí)間， n. 資料名稱(chēng)，

u.用戶或部門(mén)名稱(chēng)，t.資料類(lèi)型名稱(chēng)

from

（select v.資料ID from 資料內(nèi)容1 v

where v.資料類(lèi)型ID in （||′類(lèi)型ID串′||） and

contains（v.內(nèi)容， ||′關(guān)鍵詞′||，1） > 0 //全文檢索

union

select b.資料ID from 資料內(nèi)容3 b

where b.資料類(lèi)型ID in （||′類(lèi)型ID串′||） and

contains（b.內(nèi)容， ||′關(guān)鍵詞′||，1） > 0 //全文檢索

union

select c.資料ID from資料內(nèi)容2 c

where c.資料類(lèi)型ID in （||′類(lèi)型ID串′||） and

contains（c.內(nèi)容， ||′關(guān)鍵詞′||，1） > 0 //全文檢索

） y，資料信息表 n，資料類(lèi)型表 t，用戶部門(mén)表 u

where n.資料ID = y.資料ID and

n.資料類(lèi)型ID = t.資料類(lèi)型ID

） b，

（select uip.資料ID

from （select u.用戶或部門(mén)ID from用戶部門(mén)表） u

where u.用戶或部門(mén)ID = ||′傳入部門(mén)ID′||） c，

用戶與資料權(quán)限關(guān)系表 uip，

功能權(quán)限類(lèi)型表 ip

where uip.用戶或部門(mén)ID = c.用戶或部門(mén)ID and

uip.權(quán)限ID = ip.權(quán)限ID and //權(quán)限過(guò)濾

ip.權(quán)限類(lèi)型= ′傳入的權(quán)限參數(shù)′） d

where d.資料ID = b. 資料ID and

b.rt >=||′翻頁(yè)記錄起始條數(shù)′||

）e where e.rownum<=||′翻頁(yè)記錄終止條數(shù)′|| ）

2 系統(tǒng)優(yōu)化

為了提高數(shù)據(jù)庫(kù)性能，加快應(yīng)用系統(tǒng)的檢索速度，系統(tǒng)采用了以下方法進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 采用分區(qū)表技術(shù)

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)資料內(nèi)容1、資料內(nèi)容2、資料內(nèi)容3時(shí)采用了按范圍分區(qū)的分區(qū)表技術(shù)[9?11]，可以將大表分成多個(gè)存儲(chǔ)單元，避免了系統(tǒng)資料信息表作為一個(gè)大的、單獨(dú)的對(duì)象進(jìn)行管理，提高了大量數(shù)據(jù)的伸縮性。

通過(guò)采用分區(qū)表技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)資料信息表的多分區(qū)管理，每個(gè)分區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)小的存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元可以單獨(dú)操作管理。檢索時(shí)采用多分區(qū)并行處理技術(shù)，減少時(shí)間開(kāi)支，提高執(zhí)行效率，還可通過(guò)采用屏蔽故障分區(qū)技術(shù)，確保數(shù)據(jù)檢索的可靠性。

2.2 優(yōu)化檢索響應(yīng)時(shí)間

在大規(guī)模數(shù)據(jù)檢索過(guò)程中，用戶期望在最短時(shí)間內(nèi)看到檢索結(jié)果，可采用快速返回前幾條檢索結(jié)果的方式顯示給用戶。在編寫(xiě)查詢語(yǔ)句時(shí)加入FIRST_ROWS提示，可以使查詢優(yōu)化器以較快的查詢速度將前幾條檢索結(jié)果傳遞給用戶，避免了在整個(gè)查詢?nèi)蝿?wù)結(jié)束后方能瀏覽檢索結(jié)果的局限性，滿足了用戶快速檢索的需求。

另外本系統(tǒng)在創(chuàng)建CONTEXT索引時(shí)采用了索引分區(qū)技術(shù)，為分區(qū)表創(chuàng)建相應(yīng)的分區(qū)索引。這樣在檢索過(guò)程中，只需要檢索相關(guān)的分區(qū)，特別是對(duì)于分區(qū)鍵列上的范圍搜索和排序，可避免全表掃描過(guò)程，能夠顯著縮短檢索響應(yīng)時(shí)間。

2.3 定時(shí)優(yōu)化全文索引

全文檢索對(duì)象所在的基表經(jīng)DML操作后，其相應(yīng)的全文索引不會(huì)自動(dòng)更新，有必要采用全文索引同步機(jī)制。同時(shí)頻繁的索引同步操作會(huì)導(dǎo)致索引的碎片，過(guò)多的碎片會(huì)降低檢索的效率，因此，需要對(duì)全文索引進(jìn)行優(yōu)化。

例如資料信息中包含關(guān)鍵詞“優(yōu)化”的文檔有doc2，doc6，doc7，當(dāng)含有關(guān)鍵詞“優(yōu)化”的doc8被存儲(chǔ)之后，倒排索引會(huì)單獨(dú)為doc8文檔創(chuàng)建一條索引條目，從而產(chǎn)生了碎片。系統(tǒng)采用CTX_DDL.OPTIMIZE_INDEX存儲(chǔ)過(guò)程對(duì)索引進(jìn)行優(yōu)化，可以避免碎片的產(chǎn)生，由于系統(tǒng)創(chuàng)建CONTEXT索引采用了分區(qū)索引技術(shù)，因此需要對(duì)每個(gè)分區(qū)進(jìn)行索引優(yōu)化。Oracle Text僅提供了一種手動(dòng)索引優(yōu)化方式，本系統(tǒng)采用dbms_scheduler調(diào)度的create_job創(chuàng)建作業(yè)，可定時(shí)自動(dòng)優(yōu)化全文索引。

2.4 定期維護(hù)統(tǒng)計(jì)信息

在Oracle較新版本中查詢優(yōu)化器采用了改進(jìn)的CBO（基于成本的優(yōu)化器）[12]，根據(jù)收集的系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)信息和對(duì)象統(tǒng)計(jì)信息對(duì)查詢計(jì)劃成本進(jìn)行計(jì)算，最終實(shí)施選用最低成本的查詢計(jì)劃。這就需要對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)信息和對(duì)象統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，以確保CBO有良好執(zhí)行計(jì)劃。為獲取最新系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)信息和對(duì)象統(tǒng)計(jì)信息，系統(tǒng)將收集表統(tǒng)計(jì)信息過(guò)程DBMS_STATS.GATHER_TABLE_STATS和收集索引統(tǒng)計(jì)信息過(guò)程DBMS_STATS.GATHER_INDEX_STATS寫(xiě)入Oracle的自動(dòng)維護(hù)作業(yè)中，定期自動(dòng)執(zhí)行，確保統(tǒng)計(jì)信息的實(shí)時(shí)更新。

2.5 存儲(chǔ)優(yōu)化

若將blob格式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，隨著數(shù)據(jù)量的增大，將導(dǎo)致全文索引的膨脹率隨之增大，不僅占用較大的存儲(chǔ)空間，增加管理維護(hù)難度，而且還會(huì)影響I/O效率。為此，系統(tǒng)采用了將blob格式（DOC，PDF，txt，Excel，HTML）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部專(zhuān)用存儲(chǔ)設(shè)備上的存儲(chǔ)方式，使Oracle Text以 FILE_DATASTORE方式進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)。另外采用了Oracle的ASM（自動(dòng)存儲(chǔ)管理機(jī)制）以優(yōu)化I/O資源實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。通過(guò)創(chuàng)建ASM實(shí)例，系統(tǒng)可以自動(dòng)將數(shù)據(jù)均勻地存儲(chǔ)在不同通道的不同磁盤(pán)上，實(shí)現(xiàn)I/O請(qǐng)求的均勻化，并將對(duì)文件的操作改為對(duì)磁盤(pán)組的操作，可顯著提高I/O性能。

3 系統(tǒng)測(cè)試分析

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，重點(diǎn)對(duì)檢索速度和查準(zhǔn)率進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試過(guò)程如下：對(duì)于檢索速度的測(cè)試，采用Oracle Text對(duì)1 000個(gè)Word，PDF格式文檔循環(huán)插入生成的50萬(wàn)條記錄進(jìn)行了查詢時(shí)間測(cè)試；對(duì)于查準(zhǔn)率的測(cè)試，分別用微軟和Adobe的搜索工具對(duì)1 000個(gè)Word和PDF文檔進(jìn)行10組關(guān)鍵詞的檢索，兩者的檢索結(jié)果合并后作為基準(zhǔn)，與Oracle Text全文檢索結(jié)果進(jìn)行比較，以確定Oracle Text檢索功能的準(zhǔn)確性。

系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境中戴爾 R720服務(wù)器CPU為2×4核E5620 2.4 GHz，內(nèi)存為12 GB，操作系統(tǒng)為redhat 5.5 Linux，Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)版本為Oracle 11g R2 11.2.0.4。選取50萬(wàn)條文檔資料作為測(cè)試對(duì)象，在1 000，10 000，100 000，200 000，500 000條數(shù)據(jù)規(guī)模下對(duì)Oracle Text檢索分別進(jìn)行了20次測(cè)試，取其平均值作為測(cè)試結(jié)果，結(jié)果如表1所示。

表1 Oracle Text的檢索時(shí)間、查準(zhǔn)率

測(cè)試結(jié)果表明：數(shù)據(jù)庫(kù)表中的記錄在50萬(wàn)數(shù)據(jù)量級(jí)的測(cè)試條件下，Oracle Text的檢索響應(yīng)時(shí)間小于1 s，平均查準(zhǔn)率為88%，可以滿足用戶需求。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文采用Oracle Transparent Gateway，Oracle Text等關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合權(quán)限控制，給出了應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與全文檢索的方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化。該方案具有運(yùn)行效率高、簡(jiǎn)單快捷等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地采集業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的異構(gòu)信息資源，提供對(duì)多種類(lèi)型、多種文件格式內(nèi)容的高效檢索。

從該方案應(yīng)用前景來(lái)看，其異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)采集功能較強(qiáng)，不僅支持SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，還可擴(kuò)展至Sybase，DB2等數(shù)據(jù)庫(kù)。

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