分布式數(shù)據(jù)庫在信息化管理系統(tǒng)中的應(yīng)用探析

王儒升

摘要：分布式數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物，將其應(yīng)用于信息化管理系統(tǒng)中，具有共享性和自治性雙重價值：前者降低了信息化管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)成本，提高了用戶的數(shù)據(jù)應(yīng)用效率；后者在前者基礎(chǔ)上為信息化管理系統(tǒng)提供了選擇的機會，提升了分布式數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息安全。文章通過分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的搭建，開展管理系統(tǒng)相關(guān)路徑選取，實現(xiàn)信息化管理系統(tǒng)中分布式數(shù)據(jù)高效應(yīng)用。該文對此進(jìn)行了詳細(xì)論述，旨在為從業(yè)人員提升分布式數(shù)據(jù)庫應(yīng)用能力提供借鑒。

關(guān)鍵詞：信息化管理系統(tǒng)；分布式數(shù)據(jù)庫；內(nèi)涵；應(yīng)用方向；應(yīng)用策略

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）35-0083-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

0 引言

時至今日，信息技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域日益增多，促進(jìn)了新的信息化管理模式的發(fā)展，豐富了組織管理的可能性。在信息化管理系統(tǒng)的支持下，不僅在組織內(nèi)以有效和實用的方式傳播信息，而且還為管理層提供了個人和團(tuán)體溝通的工具，加強了組織內(nèi)的管理行動和管理過程。由于信息化管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)量、種類和速度的需求不斷增加，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫不再適用，而分布式數(shù)據(jù)庫似乎是一個可行的解決方案。目前，大量的分布式數(shù)據(jù)庫廣泛應(yīng)用于大型企業(yè)。而這些企業(yè)的分布式數(shù)據(jù)庫又為中小型企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)庫提供了基礎(chǔ)設(shè)施。由于分布式數(shù)據(jù)庫越來越多地部署在不同的行業(yè)領(lǐng)域，如電子商務(wù)、生物技術(shù)、連鎖、社交網(wǎng)絡(luò)等，分布式數(shù)據(jù)庫層面的云爆炸不僅引起了研究的關(guān)注，而且從行業(yè)角度來看，論證分布式數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用也很重要[1]。在此背景下，本文通過對分布式數(shù)據(jù)庫的信息化管理應(yīng)用價值、應(yīng)用方向進(jìn)行研究，希望為行業(yè)人員提供參考。

1 分布式數(shù)據(jù)庫的內(nèi)涵

分布式數(shù)據(jù)庫被定義為多個數(shù)據(jù)庫的集合，以邏輯方式連接，物理分布在網(wǎng)絡(luò)中，并連接它們的不同節(jié)點。其中，每個節(jié)點都具有自主處理的能力。但是，需要每個節(jié)點也參與到某個全局應(yīng)用程序中，也就是說，它需要訪問存儲在其他位置的數(shù)據(jù)。因此，在分布式數(shù)據(jù)庫中，每一個邏輯都依托小型計算機和互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)存儲在不同的位置，通過網(wǎng)絡(luò)相互連接。在這樣的環(huán)境中，分布式數(shù)據(jù)庫安排了一組計算機，這些計算機能夠彼此相互操作，但也能夠自主開展工作。從另一個角度理解，分布式數(shù)據(jù)庫則為分布式系統(tǒng)中多個位置的數(shù)據(jù)組。由于分布式環(huán)境的興起，這種數(shù)據(jù)庫的采用日益增長。正因為如此，分布式數(shù)據(jù)庫能夠更好地適應(yīng)分散式結(jié)構(gòu)。事實上，大多數(shù)企業(yè)或者已經(jīng)整合或者正在開始這樣做，分散數(shù)據(jù)庫的使用，以便在這個適應(yīng)過程中實現(xiàn)簡單和經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)庫改進(jìn)。

通常，為了保證良好的性能，分布式數(shù)據(jù)庫必須易于擴展。具體來講分布式數(shù)據(jù)庫應(yīng)有4個優(yōu)勢：數(shù)據(jù)分片及復(fù)制管理、具有事務(wù)的可靠性存取、良好的性能、易于擴展[2]，因此，在設(shè)計上，分布式數(shù)據(jù)需要體現(xiàn)出其數(shù)據(jù)分析片、分布式并發(fā)控制、目錄管理、分布式儲存等功能。關(guān)于分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計的流程可分為以下幾個步驟：概念模式設(shè)計；全局邏輯模式設(shè)計；本地物理模式設(shè)計；碎片化設(shè)計，也就是建立驅(qū)動碎片化的邏輯標(biāo)準(zhǔn)；片段分配設(shè)計，即決定數(shù)據(jù)的物理位置和可能的副本。所有這些細(xì)節(jié)都存儲在一個全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中，其中包括控制數(shù)據(jù)庫和提供數(shù)據(jù)庫自身的全局視圖所需的工具。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速訪問，每個分布式數(shù)據(jù)庫受到其對應(yīng)的分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)所管理，管理系統(tǒng)具有向用戶提供復(fù)制、碎片化與分發(fā)的透明度作用[3]，其主要任務(wù)之一是將這些查詢轉(zhuǎn)換為僅匹配所涉及的片段的其他查詢。

2 分布式數(shù)據(jù)庫在信息化管理系統(tǒng)中的應(yīng)用價值

當(dāng)下的信息化管理系統(tǒng)受益于混合云的影響，除了系統(tǒng)性能的提升，同時還實現(xiàn)了系統(tǒng)管理業(yè)務(wù)速度的提升，避免系統(tǒng)數(shù)據(jù)鎖定，并能夠在公共云中保留數(shù)據(jù)。管理系統(tǒng)功能作用由數(shù)據(jù)庫類型所決定，各類型的數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)復(fù)制、讀寫操作、數(shù)據(jù)分叉和數(shù)據(jù)一致性方面存在一定差異。例如，關(guān)系數(shù)據(jù)庫具有預(yù)先定義的模式，并擁有一個成熟的市場，但是，查詢性能不如非關(guān)系數(shù)據(jù)庫。相比之下，NoSQL數(shù)據(jù)庫有一個無架構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，但為了獲取更好的性能而破壞了數(shù)據(jù)庫的強一致性。在這方面，信息化管理系統(tǒng)中應(yīng)用分布式數(shù)據(jù)庫的價值更多地體現(xiàn)在其共享性與自治性之中。

一方面，在對分布式數(shù)據(jù)庫模塊進(jìn)行設(shè)計的過程中，這種體系結(jié)構(gòu)在新客戶端和附加服務(wù)器上都很容易擴展。分布式數(shù)據(jù)庫選擇了客戶機/服務(wù)器架構(gòu)，并為用戶提供了 Web 界面。在分布式數(shù)據(jù)庫中的程序托管服務(wù)中，能夠保證用戶使用數(shù)據(jù)庫與集中式數(shù)據(jù)庫相同，用戶可在權(quán)限允許的情況下對各位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢或修改。有站點上的數(shù)據(jù)都是共享的，這樣，就得到了一個開放的數(shù)據(jù)庫設(shè)計，只需要插入相應(yīng)的信息就可以在任何管理系統(tǒng)中使用數(shù)據(jù)，這就是分布式數(shù)據(jù)庫的共享性。這種共享性能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)通信的使用成本，提升用戶的數(shù)據(jù)操作效率，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式數(shù)據(jù)的多客戶端訪問，而不需要用戶在本地安裝任何額外的軟件。另一方面，用于實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫的軟件元素如下：Web瀏覽器，它是用于與系統(tǒng)交互的可視化界面，它可以用于任何能夠執(zhí)行Java代碼的Web瀏覽器；Web服務(wù)器。通常信息化管理系統(tǒng)選擇ApacheTomcat服務(wù)器；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。通常信息化管理系統(tǒng)使用Oracle 11g，而Java和Oracle之間的連接是通過JDBC控制器實現(xiàn)的[4]。這種軟件元素的組合由于其固有的可靠性和自主性，可以有效地用于具有節(jié)點連續(xù)連接和離開的動態(tài)對等網(wǎng)絡(luò)，以及由大量節(jié)點永久連接到廣域網(wǎng)的靜態(tài)分散系統(tǒng)。在這兩種情況下，一個重要的系統(tǒng)目標(biāo)是限制分布式查詢處理生成的網(wǎng)絡(luò)流量。實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是有效地定位相關(guān)數(shù)據(jù)源，以便只向存儲這些數(shù)據(jù)源的節(jié)點提交查詢。換句話說，各節(jié)點的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理工作人員能夠根據(jù)現(xiàn)實情況，決定數(shù)據(jù)是否進(jìn)行全局共享。對于不可共享的數(shù)據(jù)，則將其保留于原節(jié)點數(shù)據(jù)庫，充分地體現(xiàn)出分布式數(shù)據(jù)庫的自治屬性。

3 分布式數(shù)據(jù)庫在信息化管理系統(tǒng)中的應(yīng)用策略方法

3.1 分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)模塊構(gòu)建

新時期下，科學(xué)信息技術(shù)快速發(fā)展，對于分布式數(shù)據(jù)庫與其信息化管理系統(tǒng)有著更高的要求。一方面，高質(zhì)量的分布式數(shù)據(jù)庫能夠為信息化管理系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)建提供有效保障，使其設(shè)計過程更加合理。在應(yīng)用中，分布式數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)儲存與分發(fā)、相關(guān)管理系統(tǒng)控制中起到良好的作用；另一方面，高質(zhì)量的分布式數(shù)據(jù)庫能夠?qū)π畔⒐芾硐到y(tǒng)進(jìn)行精簡。通過分布式數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，信息化管理系統(tǒng)的每個級別都以緊湊的方式進(jìn)行描述。這種情況下，所考慮的信息化管理系統(tǒng)包括三個級別。其中，第一級別的應(yīng)用程序是該系統(tǒng)的最高級別，旨在修改分布數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；第二級別的主數(shù)據(jù)庫與本地數(shù)據(jù)庫通信，在具有后備通信通道的廣域網(wǎng)中，對監(jiān)督級別的訪問起作用；第三級別的本地數(shù)據(jù)庫和控制器之間的通信是基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)重構(gòu)信息化管理系統(tǒng)邏輯控制器（RLC）的關(guān)鍵。

由此可見，作為信息化管理系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的核心，分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建、查詢與維護(hù)等功能，還可進(jìn)行分布式的查詢優(yōu)化、全區(qū)域事務(wù)執(zhí)行，為數(shù)據(jù)庫的一致性與同步更新提供堅實保障。分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)如圖1所示。

如圖1所示，雖然分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的組成較為復(fù)雜，但是總體功能模塊可分為以下幾塊：

1） 查詢處理模塊。此模塊包含查詢分析與優(yōu)化處理兩項功能，前者針對系統(tǒng)使用者，后者針對系統(tǒng)管理者。該模塊的目標(biāo)在于減少分布式數(shù)據(jù)庫中，查詢處理數(shù)據(jù)的代價。

2） 完整性處理模塊。此模塊由維護(hù)完整性與維護(hù)一致性兩類功能組成，能夠更好地實現(xiàn)多分布式數(shù)據(jù)庫的同步更新。

3） 調(diào)度處理模塊。此模塊由兩部分組成，一是發(fā)布命令，二是數(shù)據(jù)傳輸。其主要目的是通過對站點進(jìn)行命令發(fā)布，采用相應(yīng)的DBMS對局部開展處理，從而實現(xiàn)站點之間必要的數(shù)據(jù)傳輸。

4） 可靠性處理模塊。該模塊包括兩個功能，一是故障預(yù)警，二是故障修復(fù)?？煽啃蕴幚砟K能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)的各部分進(jìn)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障，將故障維修后的部分重新接入系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的一致性。

3.2 分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)路徑選型

在信息化管理系統(tǒng)應(yīng)用分布式數(shù)據(jù)庫的過程中，需要數(shù)據(jù)庫內(nèi)的各節(jié)點明確全局?jǐn)?shù)據(jù)查詢途徑的選擇性。如果事先不知道路徑選擇性值，可以使用估計路徑選擇性值的技術(shù)。為此，本文提出了一個緊湊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)路徑選型路徑。數(shù)據(jù)查詢可在分布式數(shù)據(jù)庫信息化管理系統(tǒng)中分為兩個階段進(jìn)行處理：第一階段，查詢DHP（Diffie Hellman Protocol，密鑰協(xié)商協(xié)議）以確定存儲數(shù)據(jù)匹配的所有節(jié)點；提交給上一階段所識別的每個節(jié)點，以獲取所有數(shù)據(jù)匹配[5]。在此工作中，查詢處理的第一階段目標(biāo)是最小化生成的流量，以確定第二階段將要查詢的節(jié)點。為此，需要通過將一個鍵與數(shù)據(jù)庫路徑聯(lián)系起來，然后，負(fù)責(zé)與之關(guān)聯(lián)的鍵的節(jié)點保存一個指向存儲包含所有文檔的節(jié)點。例如，作為XPATE或XQQERY表達(dá)式，基本的選型策略包括將查詢分成若干子查詢，查詢中每個路徑一個子查詢[6]。由于每個子查詢被獨立解析，以找到存儲與相應(yīng)路徑匹配的文檔的節(jié)點集。因此，來自不同子查詢的結(jié)果集在查詢節(jié)點交叉，然后使用原始查詢交集中的所有節(jié)點，以獲得與該查詢匹配的所有數(shù)據(jù)[7]。

在實際中，上述選型策略可能導(dǎo)致在由幾個子查詢組成的復(fù)雜查詢中系統(tǒng)效率低下，特別是在分布式數(shù)據(jù)庫存在許多并發(fā)請求的情況下。為了克服這一缺點，另一種選型策略是只解決與選擇性最強的路徑有關(guān)的子問題，即：匹配最低節(jié)點數(shù)的路徑，然后可以用原始查詢結(jié)果集中的所有節(jié)點，以獲取滿足所有查詢約束的文檔（包括與其他路徑關(guān)聯(lián)的文檔）。其中，路徑p的選擇性sp由下式表示：

[sp=np/n]? ? （1）

其中，np為存儲至少一個路徑p實例的節(jié)點數(shù)，n為DHT中的節(jié)點總數(shù)，0≤sp≤1。這表示選擇性sp值越低，則路徑p選擇性越強。換言之，最低選擇性值對應(yīng)于選擇性最強的路徑。例如，在一個有10 000個節(jié)點的分布式數(shù)據(jù)庫中，存儲在50個節(jié)點中的路徑的選擇性為50/10 000=0.005；而存儲在5 000個節(jié)點中的路徑的選擇性為5 000/10 000=0.5。前者是高選擇性路徑（低選擇性值）；后者是低選擇性路徑（高選擇性值）。

4 結(jié)束語

綜上所述，應(yīng)用于信息化管理系統(tǒng)中的分布式數(shù)據(jù)庫可實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的冗余控制，例如需求、功能、行為和結(jié)構(gòu)等。它是面向?qū)ο蟮摹?biāo)準(zhǔn)化的和廣泛適用的，并且能夠更有效地降低信息化管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)成本，提高了信息化管理系統(tǒng)用戶的數(shù)據(jù)應(yīng)用效率，提升了信息化管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息安全水平。在具體應(yīng)用中，本文通過對系統(tǒng)與構(gòu)建分析，對管理系統(tǒng)模塊搭建與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)路徑選型進(jìn)行明確。研究顯示，信息化管理系統(tǒng)對分布式數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用是基于系統(tǒng)可用性和自主性需求，挑戰(zhàn)是如何在維護(hù)安全性和可用性的同時，發(fā)布數(shù)據(jù)和程序以獲得預(yù)期的性能。為此，研究建議以分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫和信息化管理系統(tǒng)的對接。在許多并發(fā)請求的情況下，匹配最低節(jié)點數(shù)的路徑，然后可以用原始查詢結(jié)果集中的所有節(jié)點，以獲取滿足所有查詢約束的文檔（包括與其他路徑關(guān)聯(lián)的文檔）。

參考文獻(xiàn)：

[1] 水治禹，盧衛(wèi)，趙展浩，等.分布式數(shù)據(jù)庫多級一致性統(tǒng)一建模理論研究[J].軟件學(xué)報，2023，34（5）：2392-2412.

[2] 李峻屹.基于熱點訪問的分布式數(shù)據(jù)庫HBase負(fù)載均衡算法研究[J].微型電腦應(yīng)用，2022，38（5）：138-141.

[3] 包全磊.分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分布策略研究[J].信息與電腦（理論版），2022，34（24）：196-198.

[4] 王華，王玲維，黃漢云.分布式數(shù)據(jù)庫隱私信息增量式更新方法仿真[J].計算機仿真，2022，39（4）：268-272.

[5] 彭成輝.基于HBase分布式數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)構(gòu)建方法[J].信息技術(shù)與信息化，2022（7）：95-98.

[6] 田銳，喻婧.分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用分析[J].長江信息通信，2023，36（5）：165-167.

[7] 段芳婷.基于分布式SOA架構(gòu)的高性能MIS框架設(shè)計與應(yīng)用[D].南昌：南昌大學(xué)，2021.

【通聯(lián)編輯：代影】