"实现高效可扩展的分布式数据库设计方案"

2 下载量 132 浏览量 更新于2024-01-24 收藏 21KB DOCX 举报
分布式数据库设计方案.docx是一份详细介绍分布式数据库设计的文档,主要包括设计思路、技术选型、架构设计以及实现效果等方面的内容。 在互联网技术和大数据时代的背景下,传统的关系型数据库在处理海量数据时遇到了性能瓶颈,为了解决这一问题,越来越多的企业开始寻求分布式数据库设计方案,以提高数据处理的效率和可用性。 分布式数据库的设计思路主要是将数据分散到多个数据库服务器上,以实现数据的分散存储和计算,从而避免数据集中存储导致的性能瓶颈,提高系统的可扩展性和可用性。具体来说,设计分布式数据库时需要考虑以下方面:数据分区、副本备份、事务管理、备份恢复和网络通信。 数据分区是将数据按照一定的规则分散到不同的数据库服务器上,以便于数据的分布式存储和计算。通过合理的数据分区策略,可以实现数据的负载均衡和并行计算,提高系统的性能。 副本备份是为了提高数据的可靠性和可用性,需要将数据在不同的数据库服务器上进行副本备份,以防止单点故障和数据丢失。 事务管理是分布式数据库设计中不可忽视的一环,分布式数据库需要支持分布式事务处理,以保证多个数据库服务器上的数据一致性和完整性,需要采用一致性协议和分布式锁等机制。 备份恢复是为了保证数据的可靠性,设计分布式数据库时需要考虑数据的备份和恢复机制,实现数据的定期备份和故障恢复,以降低数据丢失的风险。 网络通信是分布式数据库设计中的关键问题,分布式数据库需要实现高效的网络通信机制,以保证不同数据库服务器之间的数据传输速度和稳定性,可以采用基于消息队列和远程过程调用等机制。 在进行分布式数据库设计时,需要考虑所使用的技术及其优势,根据具体的需求选择合适的分布式数据库技术。常见的分布式数据库技术包括Hadoop/HDFS、Cassandra、MongoDB、MySQL Cluster等。 总之,分布式数据库设计方案的实施可以充分发挥多台服务器的优势,提高系统的性能和可用性,同时也需要考虑到数据的一致性和可靠性。通过合理的设计思路、技术选型、架构设计以及实现效果等方面的考虑,可以实现高效的分布式数据库系统。
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1. 大型分布式数据库解决方案 企业数据库的数据量很大时候,即使服务器在没有任何压力的情况下,某些复杂的查询 操作都会非常缓慢,影响最终用户的体验;当数据量很大的时候,对数据库的装载与导 出,备份与恢复,结构的调整,索引的调整等都会让数据库停止服务或者高负荷运转很 长时间,影响数据库的可用性和易管理性。 分区表技术 让用户能够把数据分散存放到不同的物理磁盘中,提高这些磁盘的并行处理能力,达到 优化查询性能的目的。但是分区表只能把数据分散到同一机器的不同磁盘中,也就是还 是依赖于一个机器的硬件资源,不能从根本上解决问题。 分布式分区视图 分布式分区视图允许用户将大型表中的数据分散到不同机器的数据库上,用户不需要知 道直接访问哪个基础表而是通过视图访问数据,在开发上有一定的透明性。但是并没有 简化分区数据集的管理、设计。用户使用分区视图时,必须单独创建、管理每个基础表 (在其中定义视图的表),而且必须单独为每个表管理数据完整性约束,管理工作变得非 常复杂。而且还有一些限制,比如不能使用自增列,不能有大数据对象。对于全局查询 并不是并行计算,有时还不如不分区的响应快。 库表散列 在开发基于库表散列的数据库架构,经过数次数据库升级,最终采用按照用户进行的库 表散列,但是这些都是基于自己业务逻辑进行的,没有一个通用的实现。客户在实际应 用中要投入很大的研发成本,面临很大的风险。 面对海量数据库在高并发的应用环境下,仅仅靠提升服务器的硬件配置是不能从根本上 解决问题的,分布式网格集群通过数据分区把数据拆分成更小的部分,分配到不同的服 务器中。查询可以由多个服务器上的CPU、I/O来共同负载,通过各节点并行处理数据来 提高性能;写入时,可以在多个分区数据库中并行写入,显著提升数据库的写入速度。 价值所在 通过分区把数据放到不同的机器中,每次查询可以由多个机器上的CPU,I/O来共同负 载,通过各节点并行处理数据来提高性能。 冗余的数据结构(矩阵列)消除了单点故障,任何一个机器出现故障后都不会影响系 统的正常 运行,数据库集群能提供不中断的服务。 无共享磁盘架构节省了硬件,利用中小型的服务器取代大型服务器大幅降低了硬件的 成本,系统中不再有闲置的资源,降低了系统TCO(总体拥有成本)。 分区把数据分成更小的部分,提高了数据库的可用性和可管理性。 根据业务的需要,访问层和数据层都可以增加,集群具有良好的扩展性。 中间件宿主在数据库中的创新使集群变得更透明,数据库的管理成本,以及面向数据 库的开发成本都最小化。 2. 数据实时复制解决方案 经过分析,大多数应用系统以查询操作为主,造成数据库压力迅速增加的主要因素也 是复杂的查询操作,为了能够得到同一份数据的多个副本来响应用户的查询,SQL Server 提供了复制技术(Replication),主要有合并复制、事务复制、快照复制等,这些技术 可以有效缓解查询的压力。伴随着企业发展的需要,企业对信息实时性要求越来越高, 如股票、航空票务、连锁店甚至是一些服务系统等等,这些系统的用户希望更新的数据 马上就可以查询到。 SQL Server数据库的复制/订阅技术 复制/订阅数技术可以实现读、写分离,数据先写到中心数据库上,写成功即返回给应用 程序;通过复制将数据复制到只读服务器,查询时从只读服务器查。 意味着订阅端的数据和中心数据库的数据不同步,是个异步的过程,所以数据滞后严重 ,数据同步的实时性得不到保障,中心数据库在正常的压力下10秒左右。当访问负荷很 高或者中心数据库在整理数据时,将出现大量DML操作延迟时间比较长或者出现堵塞的情 况; 某些修改操作需要重新建立复制关系并初始化,这期间需要停止数据库的读取服务,规 模越大的应用停止的时间越长,严重影响了数据库的可用性。 结论:复制订阅技术的实时性差,初始化时对系统的影响非常大;在数据复制过程中没 有采用智能的策略,数据的复制速度慢;中心数据库仍然为失败转移集群模式。 构建数据库集群,节点间数据同步都是实时的,数据是一致性的,可以部署为读、写分 离,也可以部署为所有节点可读可写;中间件监测到数据库变化并同步数据,数据同步 完成后客户端才会得到响应,同步过程是并发完成的,所以同步到多个数据库和同步到 一个数据库的时间基本相等;另外同步的过程是在事务的环境下完成的,保证了多份数 据在任何时刻数据的一致性。中间件在同步数据时采用了多项智能同步策略,满足了不 同类型的应用模式,可以同步数据,同步SQL语句,并行执行SQL语句,升级数据库的锁 ,启用数据压缩等。 同步过程是在SQL Server的执行环境中进行的,整个操作是在事务的环境下完成的,解决了数据实时性问 题,满足了用户对数据实时性的要求。 中间件在同步数据时采取了智能同步策略,同步速度更快;提供了多
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数据库设计方案全文共8页,当前为第1页。数据库设计方案全文共8页,当前为第1页。 数据库设计方案全文共8页,当前为第1页。 数据库设计方案全文共8页,当前为第1页。 数据库设计方案 二〇二〇年六月 数据库设计方案全文共8页,当前为第2页。数据库设计方案全文共8页,当前为第2页。数据库设计原则 数据库设计方案全文共8页,当前为第2页。 数据库设计方案全文共8页,当前为第2页。 数据设计原则包括统一原则、标准化原则、规范性原则、保护性原则、完整性原则,并发性原则,安全性原则、备份性原则、数据关联性原则、适应性原则、可靠性与完整性原则、快速访问原则。 统一原则 数据库统一标准化处理,统一建设,实现信息资源标准化和开放共享。 标准化原则 并遵从各项技术规定,做好数据库的标准化设计与建设。各配套设备的性能和技术要求稳定可靠,所有的数据库设计符合国家标准和行业规范。 规范性原则 数据处理及数据建库实行规范化设计与建设,为业务系统提供支撑。 保护性原则 项目建设要充分考虑易维护性原则,软件建设做好售后服务,为后期建设提供良好基础。 完整性原则 在系统设计中,我们选用产品和系统时,应充分考虑系统的升级、扩展、维护问题,设计应全面、周到,注意预留到位并留有充分余量,以适应未来发展需要。 并发性原则 项目建设过程中具有一定的抗干扰性,提高稳定性。 安全性原则 系统的数据库必须分层次和级别、保证数据库在各种级别保密程度上的查询访问,防止信息被任意查询和破坏,对各种各样的计算机病毒,系统都应具有高度的免疫力。 备份性原则 系统的设计和设备配置必须保证信息的安全,有较好的数据安全措施,有较强的数据备份和系统恢复功能。 数据关联性原则 考虑数据与数据之间关联性问题,实现数据间的共享开放。 数据库设计方案全文共8页,当前为第3页。数据库设计方案全文共8页,当前为第3页。适应性原则 数据库设计方案全文共8页,当前为第3页。 数据库设计方案全文共8页,当前为第3页。 系统设计应符合统一规划、阶段性实施的原则,充分考虑未来技术发展所带来的系统扩充的需求,预留足够的接口空间,可满足以后的软件升级及设备扩容。 可靠性与完整性原则 即系统的设计能充分考虑系统的发展需要,能充分适应科技的快速进步,对系统的扩展性预留可持续发展的接口和技术空间。 快速访问原则 系统安全可靠,运行稳定,能够快速进行访问。 数据库逻辑设计 数据库逻辑设计包括数据库逻辑划分、矢量数据逻辑设计、栅格数据逻辑设计。 1、数据库逻辑上是由一个或多个表空间组成的,表空间物理上是由一个或多个数据文件组成的;而在逻辑上表空间又是由一个或多个段组成的。在数据库中,通过为每种不同的数据对象分配不同的段,来保存数据。在数据库中,段是由一个或多个区组成的,而区又是由连续存储的数据块所 组成的。块则是数据库的I/O 最小的单位。本项目的数据库逻辑划分包括空间数据库和非空间数据库。 2、矢量数据逻辑设计包含了公共基础数据、林业信息资源中的矢量数据,综合对黑龙江林业数据源和功能进行分析,将矢量数据按照数据类型分为公共基础数据库、林业基础矢量数据库、林业专题矢量数据库,每一个数据库需按照数据内容和数据特点组织成不同的图层。 矢量数据主要是指大比例尺地形图。此项目中矢量数据主要为点、线、面形状矢量数据以及不同种类业务的矢量数据,合理的分层便于进行叠加分析、图形的无逢拼接以实现系统图形的大范围漫游。矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位置表现的准确无误,显示的图形一般为矢量图。 矢量数据是计算机中以矢量结构存贮的内部数据。是跟踪式数字化位的直接产物。在矢量数据结构中,点数据可直接用坐标描述;线数据可用均匀或不均匀间隔的顺序坐标链来描述;面状数据(或多边形数据)可用边界线来描述。矢量数据的组织形式较为复杂,以弧段为基本逻辑单元,而每一弧段以两个或两个以上相交结点所限制,并为两个相邻多边形属性所猫述。 数据库设计方案全文共8页,当前为第4页。数据库设计方案全文共8页,当前为第4页。3、栅格数据逻辑设计包括影像数据、DEM高程数据等。 数据库设计方案全文共8页,当前为第4页。 数据库设计方案全文共8页,当前为第4页。 栅格数据是按网格单元的行与列排列、具有不同灰度或颜色的阵列数据。每一个单元(象素)的位置由它的行列号定义,所表示的实体位置隐含在格行列位置中,数据组织中的每个数据表示地物或现象的非几问属性或指向其属性的针。一个优秀的压缩数据编码方是:在最大限度减少计算机运算时间的基点上进行最大幅底的压缩。栅格结构是大小相等分布均匀、紧密相连的像元(网格单元)阵列来表示空闻地物或现象分布的数据组织,是最简单、最直观的空间数据结构,它将地球表面划分为大小、均匀、紧密相邻的网格阵列每一个单元(象素)的位置由它的行列号定义