基于物理資源的自服務(wù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)革新及發(fā)展探討

姚蕾

摘 ?要 隨著一體化云服務(wù)全面推廣上線應(yīng)用，云應(yīng)用的范圍越來越廣泛，越來越多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)開展應(yīng)用的遷移上云工作，但在云化環(huán)境中的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用進(jìn)展緩慢。提出自服務(wù)數(shù)據(jù)庫云技術(shù)研究，旨在針對(duì)云環(huán)境下數(shù)據(jù)庫資源云化服務(wù)的功能現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究，在保障業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)在云環(huán)境下平穩(wěn)、安全、高效運(yùn)行的前提下，設(shè)計(jì)出適用于云環(huán)境的數(shù)據(jù)庫資源管理軟件架構(gòu)，開發(fā)完成高可用自服務(wù)的數(shù)據(jù)庫云組件，設(shè)計(jì)開發(fā)完成云化環(huán)境數(shù)據(jù)庫的備份服務(wù)組件，形成業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫上云服務(wù)架構(gòu)方案。同時(shí)，此項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以為高校專業(yè)學(xué)生的教育教學(xué)提供第一手資料，更好地指導(dǎo)學(xué)生的專業(yè)技術(shù)，幫助學(xué)生樹立維護(hù)數(shù)據(jù)庫云服務(wù)安全性等意識(shí)。

關(guān)鍵詞 物理資源;自服務(wù)數(shù)據(jù)庫;云技術(shù);云服務(wù)

中圖分類號(hào)：TP392 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）15-0030-03

0 ?引言

進(jìn)入21世紀(jì)，世界發(fā)生翻天覆地的變化，隨著國網(wǎng)云平臺(tái)的推廣使用，其應(yīng)用已經(jīng)初見成效，部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用開始逐步向國網(wǎng)云平臺(tái)遷移。當(dāng)前云化環(huán)境針對(duì)基于物理資源部署數(shù)據(jù)庫服務(wù)的支撐能力不足、兼容性不佳等問題，嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的上云服務(wù)工作開展。高等職教的計(jì)算機(jī)專業(yè)教師有責(zé)任認(rèn)清目前先進(jìn)云服務(wù)所帶來的復(fù)雜的安全性和兼容性等問題，在實(shí)際教學(xué)中不斷探索意識(shí)理念的灌輸和教育，讓學(xué)生能充分認(rèn)識(shí)到機(jī)遇中蘊(yùn)含著危險(xiǎn)，用實(shí)際的案例啟發(fā)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)保護(hù)意識(shí)和安全管理責(zé)任心。同時(shí)應(yīng)該不斷學(xué)習(xí)，掌握最新的科學(xué)技術(shù)，探索新的科研項(xiàng)目，防止數(shù)據(jù)信息的泄露及濫用，為數(shù)據(jù)庫安全及云計(jì)算等建筑堅(jiān)實(shí)的技術(shù)堡壘。

1 ?自服務(wù)數(shù)據(jù)庫云技術(shù)研究概述

在當(dāng)前數(shù)據(jù)庫上云服務(wù)應(yīng)用迫切需求的基礎(chǔ)上，主要研究基于物理資源的高可用自服務(wù)數(shù)據(jù)庫云[1]，并提出云化環(huán)境下各類型數(shù)據(jù)庫資源的統(tǒng)一分配、自動(dòng)部署、敏捷交付、集中監(jiān)控、高可用、故障自愈、可擴(kuò)展、智能化負(fù)載均衡、動(dòng)態(tài)資源調(diào)度、智能運(yùn)維、高性能數(shù)據(jù)保護(hù)策略及算法等應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，為云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)納管各類資源的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)云化環(huán)境下不同種類數(shù)據(jù)庫的安裝部署、應(yīng)用、監(jiān)控、運(yùn)維、故障處理、數(shù)據(jù)保護(hù)等功能，提供標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，為數(shù)據(jù)庫上云服務(wù)提供技術(shù)支撐。

研究將以實(shí)現(xiàn)云環(huán)境下異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的高可用、故障自愈、資源動(dòng)態(tài)調(diào)度的系統(tǒng)架構(gòu)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)在云環(huán)境中對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一運(yùn)維管理，提升數(shù)據(jù)庫的高可用性和適用范圍;通過實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化敏捷部署功能，提升數(shù)據(jù)庫運(yùn)維效率，減少故障率;通過資源實(shí)時(shí)監(jiān)控和彈性調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)云環(huán)境中物理資源的合理節(jié)約使用，為基于云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的新一代國網(wǎng)信息化系統(tǒng)建設(shè)提供保障。研究擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題包括：

1）當(dāng)前云環(huán)境下數(shù)據(jù)庫類型種類較多，需要實(shí)現(xiàn)云環(huán)境下的各類異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一高可用、可擴(kuò)展架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)云環(huán)境中數(shù)據(jù)庫的故障自愈能力，提升數(shù)據(jù)庫的高可用性、可擴(kuò)展性[2];

2）當(dāng)前基于物理資源的數(shù)據(jù)庫仍然采用手動(dòng)人為干預(yù)的形式部署交付使用，云化環(huán)境需要解決各類數(shù)據(jù)庫的自動(dòng)化敏捷部署交付，提供標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維服務(wù)，提升運(yùn)維效率;

3）云環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫需要具備自動(dòng)化的智能資源調(diào)度和負(fù)載均衡能力，實(shí)現(xiàn)云化環(huán)境服務(wù)器資源合理調(diào)度使用，解決云化環(huán)境下各類數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的性能問題;

4）云環(huán)境下的數(shù)據(jù)資源跟當(dāng)前數(shù)據(jù)資源存在差異，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份方式無法真正保證數(shù)據(jù)的安全，需要解決云環(huán)境下各類數(shù)據(jù)資源的備份問題，實(shí)現(xiàn)云環(huán)境下的各類數(shù)據(jù)資源數(shù)據(jù)快速有效備份，提供云環(huán)境下數(shù)據(jù)快速備份及恢復(fù)方案，保證數(shù)據(jù)零丟失。

針對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)問題，研究將以基于物理資源的高可用自服務(wù)云平臺(tái)為主線，圍繞自服務(wù)、高可用、數(shù)據(jù)零丟失等關(guān)鍵技術(shù)開展具體研究工作。研究吸納一些優(yōu)秀的高校學(xué)生參與，在實(shí)踐中訓(xùn)練他們的技術(shù)與操作能力，培養(yǎng)人才，更重要的是讓他們親身體會(huì)數(shù)據(jù)庫云資源等高科技背后的超前意識(shí)更新，包括安全性和創(chuàng)新性等。著眼于國網(wǎng)云現(xiàn)有IT基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)環(huán)境，緊密結(jié)合國網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，在調(diào)研跟蹤國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，通過產(chǎn)學(xué)研合作[3]，

在云環(huán)境下異構(gòu)數(shù)據(jù)庫高可用、可擴(kuò)展、故障自愈關(guān)鍵技術(shù)架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫云資源自動(dòng)化，負(fù)載均衡和動(dòng)態(tài)資源調(diào)度模型，基于物理資源的端到端自動(dòng)化部署等方面開展研究，解決異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的高可用、可擴(kuò)展架構(gòu)問題，數(shù)據(jù)庫所需運(yùn)行資源動(dòng)態(tài)調(diào)度和負(fù)載均衡問題，數(shù)據(jù)庫敏捷部署和標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)問題，云化環(huán)境數(shù)據(jù)庫備份問題等。

2 ?基于物理資源的自服務(wù)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生的預(yù)計(jì)效益

隨著網(wǎng)云建設(shè)工作的不斷開展，在網(wǎng)云上部署運(yùn)行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)日漸增多，對(duì)數(shù)據(jù)庫云的建設(shè)需求也日益迫切。本項(xiàng)目的研究成果將應(yīng)用于網(wǎng)云項(xiàng)目，網(wǎng)云項(xiàng)目將具備對(duì)各類數(shù)據(jù)庫的敏捷部署和自動(dòng)化運(yùn)維能力，提升網(wǎng)云中各類數(shù)據(jù)庫的高可用性和可擴(kuò)展性，能夠?qū)?shù)據(jù)庫資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度和按需分配，促進(jìn)網(wǎng)云資源的按需動(dòng)態(tài)分配，為云環(huán)境中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架構(gòu)的變革提供有效指導(dǎo)和切實(shí)支撐。

2.1 ?促進(jìn)數(shù)據(jù)庫云技術(shù)研究，提升數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)穩(wěn)定性，加快業(yè)務(wù)系統(tǒng)整體云化步伐

研究成果包括數(shù)據(jù)庫的相關(guān)核心技術(shù)研究報(bào)告和數(shù)據(jù)庫云軟件等，項(xiàng)目成果的核心技術(shù)研究報(bào)告為研究數(shù)據(jù)庫云提供了可借鑒的參考建議?；谘芯砍晒麡?gòu)建的數(shù)據(jù)庫云，能夠有效提升云環(huán)境中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高可用性，有效提升國網(wǎng)公司的社會(huì)服務(wù)價(jià)值，減少由于數(shù)據(jù)庫故障等造成的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的停運(yùn)或異常;通過高性能數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)進(jìn)一步保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全，提升客戶體驗(yàn)度，有效提升企業(yè)的社會(huì)服務(wù)價(jià)值。

2.2 ?促進(jìn)國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫推廣應(yīng)用，提升信息安全自主可控能力，促進(jìn)國家核心競爭力提升

棱鏡門事件為網(wǎng)絡(luò)和信息安全敲響警鐘，國外數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的廣泛使用始終存在數(shù)據(jù)安全隱患，因此，使用自主可控的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來替代傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，需要該系統(tǒng)具備傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫的服務(wù)能力。本項(xiàng)目研發(fā)的高可用可擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫云系統(tǒng)架構(gòu)，可兼容國內(nèi)主流的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和自研數(shù)據(jù)庫，基于本項(xiàng)目的研究成果構(gòu)建的云數(shù)據(jù)庫高可用性進(jìn)一步加強(qiáng)，同時(shí)具備較強(qiáng)的故障自愈能力，縮小了與傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫性能上的差距，促進(jìn)國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的推廣應(yīng)用，從而大大加強(qiáng)國家技術(shù)競爭力[4]。

2.3 ?保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全，降低數(shù)據(jù)被破壞帶來的經(jīng)濟(jì)損失

研究的云環(huán)境高性能數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)功能，為應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、分布式文件系統(tǒng)等數(shù)據(jù)文件的備份恢復(fù)需求提供了解決方案，降低了各類數(shù)據(jù)因人為破壞或硬件損壞造成的經(jīng)濟(jì)損失。

2.4 ?推動(dòng)新技術(shù)應(yīng)用與研究，提升企業(yè)形象

作為國家大型央企，國網(wǎng)公司在信息化建設(shè)領(lǐng)域廣泛推進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用，加快科技創(chuàng)新步伐，提升電網(wǎng)企業(yè)信息化建設(shè)的科技水平和管理水平，提高信息服務(wù)水平，進(jìn)一步提升企業(yè)形象;加強(qiáng)對(duì)新一代信息技術(shù)的研究力度，提高智能電網(wǎng)的信息化先進(jìn)水平。

2.5 ?提升數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高可用性，保證云環(huán)境下業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)高可用[5]

當(dāng)前云化環(huán)境下基于物理資源的數(shù)據(jù)庫運(yùn)行都是單獨(dú)的個(gè)體運(yùn)行，無法實(shí)現(xiàn)與云平臺(tái)的完全對(duì)接，云化環(huán)境數(shù)據(jù)庫的高可用能力得不到有力保障。通過本項(xiàng)目，采用高可用、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫云系統(tǒng)架構(gòu)，結(jié)合云平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)，發(fā)揮云平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)云化環(huán)境下各類數(shù)據(jù)庫的高可用性，無單點(diǎn)故障，避免數(shù)據(jù)庫故障導(dǎo)致的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中斷，降低運(yùn)維成本。

2.6 ?提升自主可控?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)能力，降低采購商業(yè)數(shù)據(jù)庫及運(yùn)維的成本

國家電網(wǎng)公司設(shè)計(jì)研發(fā)的自主可控?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)（SG-RDB），

云化環(huán)境下需要具有高可用和故障自愈能力。本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)云化環(huán)境下異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的高可用和故障自愈框架，提升云化環(huán)境下自主可控?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)能力，拓展應(yīng)用范圍，更多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以采用或遷移至云化環(huán)境自主可控?cái)?shù)據(jù)庫應(yīng)用，從而相應(yīng)減少對(duì)Oracle等國外商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的采購需求，降低采購和運(yùn)維成本。

2.7 ?節(jié)約服務(wù)器資源使用，提升資源利用效率

研究的數(shù)據(jù)庫云資源動(dòng)態(tài)調(diào)度和負(fù)載均衡技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)將多套數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安裝在同一組服務(wù)器上，從而減少數(shù)據(jù)庫對(duì)服務(wù)器資源的需求，提升資源利用率，節(jié)約成本。當(dāng)某些數(shù)據(jù)庫在業(yè)務(wù)高峰時(shí)段需要更多的服務(wù)器資源時(shí)，通過資源動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)將其自動(dòng)轉(zhuǎn)移到獨(dú)立的服務(wù)器上運(yùn)行，從而避免因?yàn)楣蚕矸?wù)器資源造成的數(shù)據(jù)庫性能瓶頸[6]。

2.8 ?提升數(shù)據(jù)庫運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本

研究的數(shù)據(jù)庫自動(dòng)敏捷交付技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維技術(shù)將為云環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫運(yùn)維工作提供自動(dòng)化服務(wù)，減少人為干預(yù)的數(shù)據(jù)庫部署和運(yùn)維工作，提升數(shù)據(jù)庫部署和運(yùn)維效率，降低運(yùn)維人員成本。

3 ?數(shù)據(jù)庫發(fā)展情況研究

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用的發(fā)展，越來越多的應(yīng)用系統(tǒng)開始開展系統(tǒng)的整體遷移上云應(yīng)用工作[7]。當(dāng)前大部分的業(yè)務(wù)系統(tǒng)上云服務(wù)主要還是集中業(yè)務(wù)應(yīng)用的應(yīng)用服務(wù)程序的上云服務(wù)，而業(yè)務(wù)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)庫工作遷移至云環(huán)境只是實(shí)現(xiàn)了物理環(huán)境到虛擬環(huán)境的簡單替換，基于原來物理資源構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫高可用的架構(gòu)無法復(fù)制使用，虛擬化環(huán)境運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫存在高可用功能缺失的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，傳統(tǒng)的商業(yè)數(shù)據(jù)遷移至虛擬化環(huán)境實(shí)際運(yùn)行時(shí)，存在因虛擬化環(huán)境的IO不足而導(dǎo)致無法支撐其性能的缺陷。針對(duì)這些核心問題，學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界從相關(guān)基礎(chǔ)理論和技術(shù)體系、系統(tǒng)架構(gòu)、資源優(yōu)化部署等方面開展廣泛研究，致力于解決大型業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫上云服務(wù)。

以解決基于物理資源的數(shù)據(jù)庫云化高可用自服務(wù)關(guān)鍵問題為核心，在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫云高可用可擴(kuò)展系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫資源動(dòng)態(tài)調(diào)度和負(fù)載均衡、基于物理資源的數(shù)據(jù)庫敏捷部署和標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維以及高性能數(shù)據(jù)保護(hù)等方面開展研究，實(shí)現(xiàn)高可用可擴(kuò)展的異構(gòu)型數(shù)據(jù)庫云，具備自服務(wù)、敏捷部署、高性能數(shù)據(jù)保護(hù)等特性。研究所涉相關(guān)技術(shù)的國內(nèi)外研究進(jìn)展水平情況分析，必將對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)資源科技的發(fā)展帶來更高的可靠性和應(yīng)用前景。可以將這次項(xiàng)目的研究成果與經(jīng)驗(yàn)帶到實(shí)際課堂中，使教學(xué)更有說服力和影響力，對(duì)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)教師是一種專業(yè)提升，給學(xué)生帶來理念和技術(shù)的升華。

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