云平臺數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

韓繼英

（山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006）

0 引言

云數(shù)據(jù)庫是大數(shù)據(jù)計(jì)算和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的融合物，能夠適應(yīng)技術(shù)發(fā)展，具有高儲存性、拓展性等優(yōu)良特性。近幾年隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展和數(shù)據(jù)量的不斷攀升，越來越多的終端用戶將自己的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至云端，因此研究云數(shù)據(jù)庫對于企業(yè)發(fā)展具有積極的作用。本文基于私有云平臺，借助前端開發(fā)C++技術(shù)，來進(jìn)行云數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，旨在提高云數(shù)據(jù)庫的可靠性和安全性。

1 云數(shù)據(jù)庫

云數(shù)據(jù)庫是大數(shù)據(jù)云數(shù)據(jù)庫和傳統(tǒng)意義上數(shù)據(jù)庫的整合和技術(shù)融合產(chǎn)物，基本框架是通過構(gòu)建虛擬環(huán)境將數(shù)據(jù)上傳至云數(shù)據(jù)庫，終端客戶根據(jù)自身特性選擇對應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取路徑[1]。云數(shù)據(jù)庫保證了儲存容量的彈性化機(jī)制。云數(shù)據(jù)庫一般具有以下特性。

（1）終端用戶選擇適用性廣，可以根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，且支持容量的擴(kuò)增。

（2）具有數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，防止由于其他因素造成數(shù)據(jù)的泄漏和遺失，一定程度上降低了用戶數(shù)據(jù)安全風(fēng)險。

（3）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)調(diào)配，最大限度地降低設(shè)備維護(hù)成本。

（4）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全備份機(jī)制，提供數(shù)據(jù)安全監(jiān)控策略，保證和提高數(shù)據(jù)的可靠性。

2 系統(tǒng)需求分析

云數(shù)據(jù)庫基于私有平臺來規(guī)劃部署數(shù)據(jù)庫。本文通過對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行資源集群化，終端用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，選擇對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，儲存容量、內(nèi)存大小等；借助Web Service提供實(shí)例化操作，最大限度地降低用戶界面操作難度；此外用戶還可以對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行參數(shù)匹配，調(diào)整性能參數(shù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

2.1 儲存方式

數(shù)據(jù)庫的儲存方式對于數(shù)據(jù)庫的可靠性具有重要影響作用，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫服務(wù)器切換過程中，本次采用DRBD與共享存儲集合儲存模式[2]。

2.2 物理服務(wù)器池

數(shù)據(jù)庫基于實(shí)例化實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的環(huán)境搭建，不同類型的數(shù)據(jù)庫具有不同的服務(wù)器集群范圍，如高可用集群；因此為了營造云數(shù)據(jù)庫的工作環(huán)境，需基于硬件服務(wù)器上融合MySQL、Percona軟件和插件等[3]。數(shù)據(jù)庫物理服務(wù)器池有個虛擬IP提供用戶適用，用戶在進(jìn)入Web中，選擇不同類型的數(shù)據(jù)，IP以及數(shù)據(jù)備份路徑，系統(tǒng)會自動搭建數(shù)據(jù)庫環(huán)境，此時用戶的物理服務(wù)器池也會出現(xiàn)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文基于前端開發(fā)C++技術(shù)，采用高可用的系統(tǒng)架構(gòu)思路來決心系統(tǒng)設(shè)計(jì)，底層數(shù)據(jù)庫以Python調(diào)用SaltStack實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的調(diào)用和匹配，軟件層面既要實(shí)現(xiàn)邏輯的通信，又要實(shí)現(xiàn)設(shè)備層之間的交互。

3.1 OpenStack架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文OpenStack架構(gòu)設(shè)計(jì)在每個控制點(diǎn)上都安裝了network和MySQL數(shù)據(jù)庫等有關(guān)Nova組件的服務(wù)器，通過完成不同的任務(wù)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多個節(jié)點(diǎn)控制，可被多臺（本文2臺）服務(wù)器控制。本文計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)Nova-compute、虛擬化插件等，可實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存、CPU等，由于數(shù)據(jù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)集群化通過在存儲節(jié)點(diǎn)安裝Nova-volume或Nova-Cinder服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)儲存節(jié)點(diǎn)的虛擬化和共享儲存的目的。此外在Glance鏡像中還可以接入計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)，控制儲存單元的磁盤大小。本項(xiàng)目主要通過安裝Neutron-server到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)為虛擬機(jī)實(shí)例提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)端口的創(chuàng)建、子網(wǎng)及虛擬網(wǎng)絡(luò)等功能[4]。而管理網(wǎng)是由數(shù)據(jù)層、存儲層根據(jù)組網(wǎng)所對標(biāo)的目標(biāo)不同，主要的功能是保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的順暢、數(shù)據(jù)安全性以及防火墻規(guī)則調(diào)整。

3.2 平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于OpenStack平臺的構(gòu)架設(shè)計(jì)，不僅保證了原架構(gòu)的功能外，還提高了平臺的可靠性和運(yùn)行安全、穩(wěn)定性；此平臺是實(shí)現(xiàn)終端用戶的管理和配置，通過將客戶的目的匹配對應(yīng)的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理[5]。一般包括云主機(jī)、云存儲、網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)介質(zhì)；本文所涉及的平臺構(gòu)架體系主要包括硬件的設(shè)置、服務(wù)體系的構(gòu)件以及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)。

云平臺組件主要用于儲存各個系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)。云平臺的硬件設(shè)置按照性能不同對組件配置不同的服務(wù)器?？晒?jié)省物理介質(zhì)資源。但缺點(diǎn)就是系統(tǒng)反應(yīng)速度慢、服務(wù)器故障即面臨組件的更換；分布式則可實(shí)現(xiàn)不同組件匹配不同的服務(wù)器，動態(tài)響應(yīng)快、高可用（見圖1）。

3.3 云數(shù)據(jù)庫架構(gòu)設(shè)計(jì)

物理服務(wù)器池以高可用架構(gòu)設(shè)計(jì)思路，匹配集群化管理模式，在系統(tǒng)正常工作下，主服務(wù)器會處于待機(jī)狀態(tài)，此時系統(tǒng)的儲存模式是共享存儲；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常狀態(tài)時，系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)換至online狀態(tài)，此時數(shù)據(jù)將保存至備用服務(wù)器端并啟動數(shù)據(jù)的安全性能；每個服務(wù)器可匹配虛擬IP，通過IP服務(wù)控制服務(wù)器狀態(tài)。云數(shù)據(jù)庫物理架構(gòu)如圖2所示。

圖1 平臺架構(gòu)

圖2 云數(shù)據(jù)庫物理架構(gòu)

4 系統(tǒng)功能詳細(xì)設(shè)計(jì)

4.1 功能設(shè)計(jì)

主要功能設(shè)計(jì)不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化實(shí)例創(chuàng)建還可以對服務(wù)器進(jìn)行匹配修改，如添加、刪除、刷新等操作。

4.2 數(shù)據(jù)庫表設(shè)計(jì)

本文數(shù)據(jù)庫表設(shè)計(jì)主要涉及多種數(shù)據(jù)庫，如MySQL；因此在數(shù)據(jù)集群化時，需要根據(jù)數(shù)據(jù)庫的參量信息選擇不同的集群。數(shù)據(jù)庫物理狀態(tài)也能被用戶調(diào)用和查看，如磁盤利用率、內(nèi)存大小等。數(shù)據(jù)庫實(shí)例化的同時也會受服務(wù)器性能和內(nèi)存大小的影響。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫存儲云數(shù)據(jù)庫的物理服務(wù)器池相關(guān)信息[6]。

5 數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)

5.1 數(shù)據(jù)庫表實(shí)現(xiàn)

MySQL數(shù)據(jù)庫的實(shí)例化，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種參量的修改，參量一般會在儲存數(shù)據(jù)表中進(jìn)行保存，當(dāng)用戶需要對參量進(jìn)行修改，則在web頁面輸入對應(yīng)的信息，此時前端軟件會對輸入的信息進(jìn)行預(yù)處理，通過實(shí)例化進(jìn)行參數(shù)匹配。

Python端獲得數(shù)據(jù)后，根據(jù)實(shí)例參量選擇對應(yīng)的服務(wù)，經(jīng)過多次的實(shí)例化表征后，架構(gòu)++修改數(shù)據(jù)庫表db-paralist中value-now。

5.2 實(shí)例備份實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)備份選用定時器觸發(fā)模式，通過備份模式對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)表的修改和傳遞，當(dāng)用戶設(shè)置了備份信息表后，定時器如被激發(fā)，備份指令會響應(yīng)，此時系統(tǒng)會把ASN.1的編碼格式發(fā)送至后臺C++端實(shí)現(xiàn)備份路徑和方式的生成。Python端收到對應(yīng)的指令后，此時備份位置會被放置VG中，加之時間戳的作用，包含了備份路徑和已備份文件名的備份信息會重新返回到Python端，并被寫入數(shù)據(jù)表中，用戶就可以通過Web頁面查看實(shí)例備份文件記錄。

6 結(jié)語

數(shù)據(jù)庫對于系統(tǒng)、平臺都是不可或缺的一部分，尤其是隨著大數(shù)據(jù)、云數(shù)據(jù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫的可靠性和安全性對于系統(tǒng)、平臺的發(fā)展、維護(hù)都具有積極影響。本文通過研究對MySQL云數(shù)據(jù)庫進(jìn)行需求分析、系統(tǒng)平臺構(gòu)架設(shè)計(jì)等方面的研究可得出基于MySQL云數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)可滿足大部分系統(tǒng)、平臺的需求，通過實(shí)例化操作最大限度地提高了數(shù)據(jù)庫的實(shí)用性。