基于Client/Server結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

劉向東

摘要：數(shù)據(jù)庫是一種數(shù)據(jù)管理技術(shù)，對信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、管理和調(diào)度起著重要的作用。本文從數(shù)據(jù)庫技術(shù)入手，首先介紹了目前流行的三種數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)：單用戶數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、主從式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上引出了Client/Server（客戶端/服務(wù)器）數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。然后，文章介紹了Client/Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計要點，包括網(wǎng)絡(luò)軟件和協(xié)議、數(shù)據(jù)庫和客戶端開發(fā)工具的設(shè)計方法。最后，以地圖數(shù)據(jù)庫為例展示了Client/Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)果。Client/Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提高了系統(tǒng)容量、效率、穩(wěn)定性和安全性，在不同規(guī)模的系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫；主從式結(jié)構(gòu)；Client/Server結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）11-0008-03

1引言

數(shù)據(jù)庫技術(shù)是一種數(shù)據(jù)管理技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)化、冗余度低、程序與數(shù)據(jù)高度獨立、易于擴展和編譯應(yīng)用等優(yōu)點。數(shù)據(jù)庫是指長期存儲在計算機中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集合，基于某種數(shù)據(jù)模型實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的組織、描述和存儲，并向用戶提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)?，F(xiàn)在，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已應(yīng)用于各類大型、小型甚至微型計算機以確保數(shù)據(jù)的完整性和共享性[1]。

數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，而數(shù)據(jù)庫設(shè)計則是系統(tǒng)開發(fā)過程中最關(guān)鍵的過程，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的組織、存儲、維護和檢索等功能，使信息系統(tǒng)能夠方便、及時、準確地從數(shù)據(jù)庫中獲取所需的信息。數(shù)據(jù)庫設(shè)計是否合理，決定了信息系統(tǒng)的各個模塊能否實現(xiàn)緊密結(jié)合并協(xié)同工作[2]。

2數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以按照不同方式進行分類，根據(jù)最終用戶的不同類型，可分為單用戶數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、主從式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和Client/Server數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

2.1單用戶數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

單用戶數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)是一種早期簡單的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)等所有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都安裝在同一臺計算機上，該計算機由一名用戶獨享，不同計算機之間不能共享數(shù)據(jù)[3]。

以企業(yè)各部門為例，各部門使用自己的計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理，所有計算機之間都是相互獨立的。由于不同部門之間不能共享數(shù)據(jù)，企業(yè)中存儲了大量冗余數(shù)據(jù)，如每個員工的ID、姓名等個人信息被反復(fù)存儲在人事、會計、技術(shù)等不同部門的數(shù)據(jù)庫中。

2.2主從式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

在主從式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均安裝在一個具有多個用戶的主機上，所有的處理任務(wù)都由主機完成，終端用戶能夠訪問數(shù)據(jù)庫并與主機共享數(shù)據(jù)資源[4]。

主從式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)最主要的特點是集中式的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理，其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，易于管理和維護。但是，當(dāng)終端用戶較多時，主機處理任務(wù)較繁重，容易成為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能瓶頸，如果主機的處理任務(wù)失敗，整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都會失敗，因此主從式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可靠性不高。

2.3分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

在分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)作為一個整體存儲在數(shù)據(jù)庫中，但其實際上分布在網(wǎng)絡(luò)中不同的物理節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點既能夠獨立訪問和處理本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以執(zhí)行本地應(yīng)用程序，同時也可以訪問和處理多個遠程數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以執(zhí)行全局應(yīng)用程序[5]。

顧名思義，分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的主要特點是分布式的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理，分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，滿足了企業(yè)和組織在地理分散分布的需求。然而，數(shù)據(jù)的分布式存儲為數(shù)據(jù)處理、管理和維護都帶來了一定的困難，同時數(shù)據(jù)庫的遠程訪問過程受到網(wǎng)絡(luò)帶寬和速率的影響明顯。

3 Client/Server數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

在主從式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，每個節(jié)點都是一個通用的計算機，既執(zhí)行數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能，又執(zhí)行應(yīng)用程序。隨著工作站的普及，用戶開始分離將二者功能逐漸分離。網(wǎng)絡(luò)中的一些計算機節(jié)點專門用于執(zhí)行數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能，稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，簡稱服務(wù)器；其他計算機節(jié)點安裝數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的外圍應(yīng)用程序開發(fā)工具支持用戶功能，稱為客戶端。這就是Client/Server（客戶端/服務(wù)器）數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的原型[6]。

Client/Server數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，系統(tǒng)的Oracle Sybase、Infomix等應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫等安裝在服務(wù)器端，服務(wù)器通常有多個進程，能夠接受來自多個客戶端的數(shù)據(jù)請求?？蛻舳藢⒂脩粽埱笠越Y(jié)構(gòu)化查詢語言的形式發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器完成數(shù)據(jù)查詢和處理并將處理結(jié)果返回客戶端，并不是返回整個數(shù)據(jù)，極大地減少了網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而提高了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能、吞吐量和負載能力。另外，Client/Server數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的往往更開放，客戶端和服務(wù)器均可以在不同的硬件和軟件平臺上運行，可以應(yīng)用不同的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)工具，使應(yīng)用程序更易于移植，軟件維護成本更低。

Client/Server數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)可分為集中式服務(wù)器結(jié)構(gòu)和分布式服務(wù)器結(jié)構(gòu)[7]。

如圖2所示，集中式服務(wù)器結(jié)構(gòu)包含一個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和多個客戶端服務(wù)器，主要特點是集中式的數(shù)據(jù)存儲和分布式的數(shù)據(jù)處理。與主從式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)類似，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器需要為多個客戶端提供服務(wù)，容易成為系統(tǒng)瓶頸，限制系統(tǒng)性能。

如圖3所示，分布式服務(wù)器結(jié)構(gòu)包含多個分布式的服務(wù)器，是分布式數(shù)據(jù)庫和Client/Server數(shù)據(jù)庫的結(jié)合，主要特點是分布式數(shù)據(jù)和分布式處理。與分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)類似，數(shù)據(jù)在不同服務(wù)器上的分布式存儲為數(shù)據(jù)處理、管理和維護帶來一定困難。

4 Client/Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

4.1網(wǎng)絡(luò)軟件和協(xié)議

本文通過Windows NT操作系統(tǒng)實現(xiàn)client/server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計，所需硬件資源較少，對不同規(guī)模的公司都比較實用[8]。NT操作系統(tǒng)支持豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括：

（1）NetBEUI：微軟的嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)包的高速無路由傳輸功能。

（2）NWLink IPX/SPX協(xié)議：NetWare兼容協(xié)議，可用于NetWare服務(wù)器的連接。

（3） TCP/IP協(xié)議：具有路由功能的行業(yè)標準協(xié)議，可作為主網(wǎng)協(xié)議。

4.2 數(shù)據(jù)庫

NT操作系統(tǒng)最常用的數(shù)據(jù)庫工具是微軟開發(fā)的SQL Server，結(jié)構(gòu)緊湊、功能強大、容量龐大，能夠與NT操作系統(tǒng)無縫連接。除此之外，Sybase、Oracle等也是常用的數(shù)據(jù)庫工具。

4.3 客戶端開發(fā)工具

客戶端開發(fā)工具的選擇對用戶來說非常重要，常用的開發(fā)工具包括ODBC、C/C++、VFP3.0、VB、PowerBuilder、Delphi等[9]。

4.4 地圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

以地圖數(shù)據(jù)庫為例，如圖4所示，一個完整的Client/Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、客戶端和網(wǎng)絡(luò)三個部分[10]。

（1）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：用來處理來自客戶端的SQL請求，并將處理結(jié)果返回給客戶端。事實上，所有的數(shù)據(jù)操作、并發(fā)控制、安全審計和系統(tǒng)管理都是通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器完成的。

（2）客戶端：用于發(fā)送SQL請求并處理請求結(jié)果，客戶端通常用于處理應(yīng)用程序的邏輯。

（3）網(wǎng)絡(luò)：提供服務(wù)器和客戶端之間的連接，對用戶是透明的。網(wǎng)絡(luò)性能將直接影響數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能。

Client/Server數(shù)據(jù)庫是網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點建立的一套支持站點自治和全局自治的有機組合，包含數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理、本地數(shù)據(jù)庫和全局數(shù)據(jù)庫四類功能模塊。

（1）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：提供Client/Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)界面功能，確保全局數(shù)據(jù)庫的完整性。

（2）通信管理：處理節(jié)點間基本通信功能的通信軟件。

（3）本地數(shù)據(jù)庫：可通過本地節(jié)點訪問的數(shù)據(jù)庫。

（4）全局數(shù)據(jù)庫：可通過網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點訪問的數(shù)據(jù)庫。

5 結(jié)論

本文從數(shù)據(jù)庫技術(shù)入手，首先介紹了目前流行的三種數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)：單用戶數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、主從式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上引出了Client/Server（客戶端/服務(wù)器）數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。然后，文章介紹了Client/Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計要點，包括網(wǎng)絡(luò)軟件和協(xié)議、數(shù)據(jù)庫和客戶端開發(fā)工具的設(shè)計方法。最后，以地圖數(shù)據(jù)庫為例展示了Client/Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)果。Client/Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提高了系統(tǒng)容量、效率、穩(wěn)定性和安全性，在不同規(guī)模的系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[11]。

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