分布式數(shù)據(jù)庫在校園一卡通中的應(yīng)用

文章出處：http://m.luckydriving.com 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2011年12月11日

    摘要：論文首先分析了分布式數(shù)據(jù)庫的概念，然后給出了校園一卡通中數(shù)據(jù)庫如何實現(xiàn)了分布式的流程。最后探索了系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵點，該論文可以作為有關(guān)人員有益的參考。

    現(xiàn)代化的學(xué)校少不了現(xiàn)代化管理設(shè)施、設(shè)備的武裝。管理信息化水平正在成為衡量學(xué)校總體水平的重要因素之一，也是學(xué)校管理能否達(dá)到現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn)的重要標(biāo)志。校園一卡通系統(tǒng)是數(shù)字化校園的基礎(chǔ)工程，是數(shù)字化校園中有機(jī)的和重要的組成部分。應(yīng)用一卡通，主要是結(jié)合這校園網(wǎng)，與校園網(wǎng)數(shù)據(jù)庫相連，采用一個統(tǒng)一的軟件進(jìn)行管理，完成有關(guān)的查詢。消費等等一系列功能。達(dá)到 “一卡在手，走遍校園 ”必將滿足學(xué)校數(shù)字化校園建設(shè)和金融服務(wù)的需求及目的。 

    1分布式數(shù)據(jù)庫淺析 

    1.1分布式數(shù)據(jù)庫的概念

    要開發(fā)一個基于數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用系統(tǒng)，其中最關(guān)鍵的一步就是整個系統(tǒng)所依據(jù)的數(shù)據(jù)庫的建模設(shè)計，從邏輯的到物理的，一個環(huán)節(jié)疏于設(shè)計，整個的應(yīng)用系統(tǒng)便似建立在危房之上，隨著開發(fā)過程的不斷深入，它要隨時面臨著各種難以預(yù)料的風(fēng)險，開發(fā)者要為修改或重新設(shè)計沒有設(shè)計好的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)而付出難以預(yù)料的代價。所以，一個良好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計是高效率的系統(tǒng)所需要的重要基礎(chǔ)。而分布式數(shù)據(jù)庫就是本系統(tǒng)所依托的核心。

    所謂分布式數(shù)據(jù)庫(簡稱 DDB)可以定義為物理上分布而邏輯上集中的共享數(shù)據(jù)的集合。分布式數(shù)據(jù)庫跟集中式數(shù)據(jù)庫有共同點也有不同之處。對于分布式數(shù)據(jù)庫來講，它也包含著兩個重要的組成部分：首先是對于數(shù)據(jù)的集合，它們是物理上硬件存在的數(shù)據(jù)庫，是分布式數(shù)據(jù)庫最關(guān)鍵的組成部分。另外的一個組成部分，是隸屬于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，它實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)段的分片、分布描述。 

    1.2分布式數(shù)據(jù)庫的策略

    在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),數(shù)據(jù)分割和分布是兩個重要的概念。事實上 ,大部分的問題是分布式數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)分割和分布 ,導(dǎo)致整個系統(tǒng)的可用性和可靠性以及效率方面的影響。數(shù)據(jù)分割發(fā)揮著重要的作用，它采用某種方式使得全局?jǐn)?shù)據(jù)庫按照一定的層次、邏輯關(guān)系進(jìn)行整合，從而實現(xiàn)得到不同的局部數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)分布通常描述了數(shù)據(jù)庫的分布特點。以為對于分布式數(shù)據(jù)庫來說，所有的數(shù)據(jù)沒有保存在一個統(tǒng)一的地方，它們以邏輯段方式分布到了很多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上。一般來說，分布式數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)分布策略是多種多樣的，下面進(jìn)行分析： 

    1）所有的數(shù)據(jù)段集中于同一地點。這樣的策略保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都存儲在同一地點 ,使得對其控制和管理非常之容易，也可以使得數(shù)據(jù)一致性和完整性得到保證。這里需要注意，由于檢索和修改數(shù)據(jù)通過這個平臺的時候,會使得現(xiàn)場負(fù)擔(dān)加重。特別是如果這個網(wǎng)站存在著瓶頸,那么很容易導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓，總之系統(tǒng)的可靠性得不到保證。 
    2)分割式所有數(shù)據(jù)只有一份，它被分割成若干個邏輯片段，每個分成幾塊分配在了不同地點。這樣的策略能夠允許充分利用各種現(xiàn)場倉儲設(shè)備來進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，存儲的數(shù)據(jù)在不同的地點可以修改數(shù)據(jù),并發(fā)揮操作系統(tǒng)的并行處理能力。同時 ,由于數(shù)據(jù)分布在多個地點 ,當(dāng)一些網(wǎng)站出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)還可以運行,提高了系統(tǒng)的可靠性。 
    3)復(fù)制式。對于總體數(shù)據(jù)存在著多個復(fù)制備份，而且每一個網(wǎng)站都是完全的拷貝數(shù)據(jù)。通過這個策略，會使得數(shù)據(jù)庫可靠性高、響應(yīng)速度快，而且回收數(shù)據(jù)容易得多。但是需要使得每個站點數(shù)據(jù)同步,這往往付出高昂的代價。而且當(dāng)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余比較嚴(yán)重時，數(shù)據(jù)庫存儲通常也會受到較大影響。 
    4)混合數(shù)據(jù)分為幾個子集，每個不同子集的網(wǎng)站，但沒有任何地點保存所有的數(shù)據(jù)。這樣的策略，具有復(fù)制式和分割式的雙重特點，可以提高系統(tǒng)效率，但是也保有了二者的復(fù)雜性。 

    2基于 XML的數(shù)據(jù)庫交互 

    2.1基本思想

    在整個校園一卡通分布式數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)分布方案中，把各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計為如圖 1所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫互聯(lián)

    由于一卡通的實現(xiàn)，實際上是對原有校園各個子系統(tǒng)的二次開發(fā)、改造與結(jié)合，那么整個一卡通系統(tǒng)的實現(xiàn)就需要需要借助于 XML技術(shù)。 XML（Extensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)記語言）是一種界定文本數(shù)據(jù)簡便而標(biāo)準(zhǔn)的方法，得到工業(yè)界廣泛支持，具有自描述和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化表示的特點。 1998年 2月，XML1.0成為 W3C的推薦標(biāo)準(zhǔn)，它的數(shù)據(jù)描述機(jī)制使它成為 Internet/Intranet上共享數(shù)據(jù)信息的一種有效方式，能夠在不同的用戶和程序之間交換數(shù)據(jù)而不論其平臺如何；文檔類型定義 (Document Type Definition DTD)則使 XML文檔不僅遵循 XML的語法規(guī)則，而且受所創(chuàng)建的詞匯表規(guī)則約束，成為有效的 XML文檔。

    本文主要是應(yīng)用 XML作為數(shù)據(jù)庫從分布到中央的交互載體。在相互轉(zhuǎn)換時需要應(yīng)用某種的規(guī)則從而保證正向變換以及反向變換都是可行的。不僅如此，這種規(guī)則還要使得關(guān)系數(shù)據(jù)庫里固有的約束關(guān)系得以保存。首先當(dāng)把關(guān)系模式轉(zhuǎn)化為 XML的表達(dá)時，應(yīng)該根據(jù)提取出的關(guān)系模式來生成關(guān)系模式，這個過程是通過數(shù)據(jù)樹來實現(xiàn)的；然后需要利用這個關(guān)系數(shù)據(jù)樹逆向生成表跟表之間所具有的嵌套關(guān)系，從而得到結(jié)構(gòu)樹。把映射結(jié)構(gòu)樹以及關(guān)系樹結(jié)合起來，就得到了 XML模式的 XML Schema文件。當(dāng)把 XML模式轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式的時候，這里需要調(diào)用解析工具來分析 Schema,然后用形式化的語句給出它里面所蘊含的相關(guān)結(jié)構(gòu)和信息。再一步，就是根據(jù)形式化的結(jié)果生成元素樹。而這就獲得了 XML Schema描述的結(jié)構(gòu)。 

    2.2關(guān)系模式映射為 XML模式

    對于關(guān)系模式變換為 XML來說，需要應(yīng)用有關(guān)的程序接口來讀取數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)，同時得到所蘊含的模式關(guān)系。進(jìn)一步應(yīng)用集合，來對關(guān)系模式進(jìn)行表達(dá)。

    當(dāng)映射結(jié)構(gòu)把關(guān)系轉(zhuǎn)過以后，就會得到表表之間，以及列列的相互關(guān)系。這個轉(zhuǎn)化包含了兩步，其一是關(guān)系模式的表、列到 XML下元素、屬性的映射。這一步的關(guān)鍵是，數(shù)的生成以及 XML-Schema文檔的建立。具體的過程是這樣的，通過建立結(jié)構(gòu)樹，然后采用深度遍歷的方式，把嵌入的上層元素反映到文檔中，然后將下層元素也反映過去。 

    2.3 XML模式到關(guān)系模式的映射

    映射轉(zhuǎn)化需要很多步才能完成。首先是依托 XML，然后把樹作為輔助性的工具，把素有向樹中某些節(jié)點化為表，某些化為列，而根元素這里就取名為原來的是數(shù)據(jù)庫，里面的屬性把數(shù)據(jù)庫的關(guān)系進(jìn)行了表達(dá)；緊接著是對應(yīng)關(guān)系模式 R中 P的映射，這里主要是把 XML Schema中的普通元素定義和屬性轉(zhuǎn)化為列的關(guān)系；再次是主關(guān)鍵字的約束轉(zhuǎn)化。在此基礎(chǔ)上，生成 SQL語言：1）合成創(chuàng)建表語句，涉及關(guān)系模式各列的數(shù)據(jù)類型、默認(rèn)值、是否可以為空等條件。 2）根據(jù)關(guān)系模式 R(PK)合成主鍵語句，保證關(guān)系模式的實體完整性。 3）根據(jù)關(guān)系模式 R(FK)合成外鍵語句，保證關(guān)系模式的參照完整完性。 4）根據(jù)關(guān)系模式 R(UI)合成唯一鍵，根據(jù) P中的分量合成檢查語句，保證關(guān)系模式的用戶定義完整性。

    當(dāng)這些步驟都完成以后，就需要解析 XML數(shù)據(jù)文檔了。這里需要依照 Schema的轉(zhuǎn)化結(jié)果，把數(shù)據(jù)合成 SQL語言，從而生成數(shù)據(jù)庫。 

    3并發(fā)時的一致性保證

    在整個校園一卡通分布式數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)分布方案中，把各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計為各用戶使用，即允許多個用戶同時訪問數(shù)據(jù)庫。在這種情況下，經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的問題：那就是許多用戶一起并發(fā)對對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢、修改的操作時，會產(chǎn)生一定的沖突。如果沒有某種保障措施，很有可能出現(xiàn)錯誤的結(jié)果。比如，如果同時有兩個人都在訪問相同的表格、行和列，那么就很有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的訪問沖突。這種保障措施主要是為了協(xié)調(diào)這種對數(shù)據(jù)訪問的一致性，需要在 SQLServer中應(yīng)用鎖機(jī)制，同時限制、保證最大量的并發(fā)用戶。這里特別需要對鎖機(jī)制進(jìn)行說明，它主要作用就是像一把鎖一樣，當(dāng)某個動作正在修改數(shù)據(jù)庫時，要防止其它用戶訪問到不一致的數(shù)據(jù)。這里當(dāng)某個事務(wù)向系統(tǒng)發(fā)出要求的動作時，就會對被操作的數(shù)據(jù)加鎖(LOCK)，其它事務(wù)必須等到此事務(wù)解鎖之后才能訪問該數(shù)據(jù)，從而，在多個用戶并發(fā)訪問數(shù)據(jù)庫時確保不互相干擾。

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