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云数据库管理系统五层架构框架研究
© 2013由Elsevier B.V.发布。由美国应用科学研究所负责选择和/或同行评审可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectAASRI Procedia 5(2013)194 - 1992013年AASRI并行和分布式计算与系统5-云数据库管理系统Bashir Alam1,M.N. Doja1,Mansaf Alam2,Shweta Mongia1 *1. Department of Computer Engineering,Jamia Millia Islamia,New Delhi-110025,India2. Department of Computer Science,Jamia Millia Islamia,New Delhi-110025,India摘要云数据库管理系统是近年来国际上兴起的一个新概念。在云中,云数据库管理系统的标准架构的概念尚未实现。在本文中,我们提出了一个五层架构的云数据库管理系统的框架。首先介绍的是外部层,这一层最接近用户,在这一层中,提供透明性和安全性是应该考虑的重要问题。第二层是概念中间件层,因为市场上有异构数据库和云,所以互操作性是主要问题。第三层是概念层,其中编程技术,事务管理,查询处理和优化是应该考虑的问题。第四层是物理中间件层,因为有各种平台可用,所以这里也是各种平台之间的互操作性是最大的问题,最后一层是物理层,其中数据如何存储,以便在没有太多开销的情况下可以轻松访问,所以这里是数据安全,存储,备份,负载平衡,分区,扩展,弹性,容错和复制是应该考虑的重要问题。© 2013作者。由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。由美国应用科学研究所负责选择和/或同行评审关键词:云计算;云数据库管理系统;数据库即服务(DBaaS)* 通讯作者。联系电话:9654572859电子邮件地址:shweta. mongia@yahoo.com。2212-6716 © 2013作者由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。美国应用科学研究所负责的选择和/或同行评审doi:10.1016/j.aasri.2013.10.078Bashir Alam等人/ AASRI Procedia 5(2013)1941951. 介绍1.1. 云数据库管理系统数据管理应用程序是部署在云中的潜在候选者。云数据库是通常在云计算平台上运行的数据库,例如Google,Microsoft,Salesforce.com,Rackspace,Amazon EC2等。[3]第一章数据库即硬件成本:由于规模经济,当用户支付服务份额而不是自己运行所有服务时,他们产生的硬件和能源成本可能会低得多。软件成本:在设计良好的DBaaS中产生的成本将与实际使用成比例(按使用付费)-这适用于软件许可和管理成本[5]。云数据库是为了利用各种分布式数据库进行在线数据管理而设计的。一般来说,云计算具有灵活的按需付费定价模式和不同的计划,它为正在开发新产品的初创公司和小公司提供了最佳解决方案之一。通过这种方式,云计算让人联想到应用程序服务提供商(ASP)和数据库即服务(DBaaS)范式。DBaaS产品与其他平台即服务(PaaS)紧密集成,使组织有机会专注于开发其产品,而不会浪费任何资源来管理平台,并有机会完全专注于产品的开发。数据中心用于托管这些服务。数据中心使用商用硬件进行计算和存储。2. 目前的工作在早期的数据库中,有效的多租户,数据库的隐私性和可伸缩性的弹性等三个重要挑战尚未得到解决。Curino等人[5]关系云的关键技术特征如下:一种工作负载感知的多租户方法,它可以识别可以在数据库服务器上共存的工作负载,从而实现比现有方法更高的整合和更好的性能。使用基于图的分区来实现甚至复杂事务工作负载的弹性一种高效的安全方案,使结构化查询语言(SQL)查询能够在使用某种高效加密算法加密的数据上运行。这些都是基于工作负载意识[5]。技术的进步已经使共享磁盘的性能与共享无关,云计算强烈支持共享磁盘架构。云计算经济利用多租户的力量,以最小的成本提供极快的共享存储。虚拟化通过使用户能够弹性扩展并仅为所使用的资源付费来增加这些优势。由于技术上的所有这些变化,现在共享磁盘对于云计算来说同样重要[4]。有时,存储在云中的数据通常需要与存储在关系数据库中的数据相结合。一个名为“Bigintegrator”的系统一个系统“SQLMR”[1],这是一个混合的方法,以填补基于SQL和MapReduce数据处理之间的差距。Map reduce为大型数据处理提供了一个框架,并且在商用机器上具有可扩展性和容错性。然而,它比SQL类语言更难学习,维护和重用也不容易。另一方面,传统的基于SQL的处理不可伸缩,196Bashir Alam等人/ AASRI Procedia 5(2013)194外层概念层用户都很熟悉。为了将MapReduce的容错性、异构集群和易用性与无共享并行数据库系统的效率、性能和工具插入能力相结合,需要混合解决方案。该解决方案将对云数据库市场产生重大影响[2]。云数据库系统架构将云架构组织成三级云数据中心,云服务提供商级别和客户端级别的层次结构[9]。3. 云数据库管理系统的分层架构云计算应用程序的增长面临许多挑战,如服务的可用性,数据机密性,无共享架构。一个成功的云数据库管理系统被设计为满足以下目标:可用性,可扩展性,弹性,多租户,负载平衡,容错,在异构环境中运行的能力,灵活的查询接口[7]。需要一个联合云架构,它可以增强挑战并实现云的目标。云数据库管理系统的标准架构尚未开发,因此在本文中,我们提出了云数据库管理系统的五层架构,如图1所示。概念中间件层物理中间件层物理层图1:云数据库管理系统下文介绍了拟议的五个层次及其问题和挑战3.1 外层这一层对用户是可呈现的。越来越多的公司正在将其数据管理应用程序从昂贵的高端服务器迁移到由更便宜的商品机器组成的云。在这里,服务提供商的主要功能是管理和提供完全透明和安全的服务。管理层:这一层处理管理各种用户。这也记录了特定用户使用CDMBS(云数据库管理系统)的时间。用户付款是根据这个时间决定的。这一层还保持了由于用户的支付状态此图层还应生成报告,如Bashir Alam等人/ AASRI Procedia 5(2013)194197SQLDB2OracleMySQL概念中间件层用户的支付历史、用户的使用历史、提及哪个用户使用了该CDBMS多长时间的CDBMS的用户概要。在验证了用户的真实性和有效性之后,这一层应该将控制权转移到下一层。安全性:外部层提供用户身份验证机制,并提供用户ID和密码。用户身份验证提供了某人或某事应该被接受为合法的。合法的人可以访问他们的云数据库系统,但非法的人是被禁止的。透明度:这一层的主要功能是为用户提供透明度。透明度是云数据库的优势之一,这意味着用户不知道数据的物理位置。透明性使各种类型的实时应用程序的开发更加容易。它支持灵活性、机动性等。3.2 概念中间件层这一层提供了隐藏不同数据库(如SQL、DB2、Oracle等)之间概念级异构性的功能,如图2所示。图2:概念中间件层互操作性:此层提供互操作性。互操作性意味着操作时不考虑其底层数据库。例如,如果“A”数据库上的客户3.3 概念层这一层表示整个数据库的逻辑结构,并处理数据的内部处理。由于云处理各种类型的数据,这里用户需要将传统数据与放置在云上的数据相结合,因此提供所有这些功能的云数据库需要各种类型的系统。一些系统或语言,如Bigintegrator,SQLMR,Saleforce对象查询语言(SOQL)等,已经为云开发,根据他们的分析给出结果,所以用户不知道他们的任务背后的逻辑,得到的结果。因此,在这里,这一层处理以下问题-各种类型的查询语言中的哪一种或众多可用的编程技术中的哪一种,不同的查询优化技术中的哪一种,云数据库管理系统应该使用什么事务管理技术。这一层涉及编程技术,高效的查询处理,查询优化和安全性。编程技巧:这一层解决了诸如哪种查询语言或编程技术最适合云数据库之类的问题。查询处理和优化:这一层的职责是以最少的时间和最低的成本向用户提供结果。为此,可以使用查询优化器查询优化器将查询198Bashir Alam等人/ AASRI Procedia 5(2013)194Windows操作系统Mac OSLinux OS物理中间件层并在给出相同答案的许多可能的执行计划中找到最便宜的执行计划。安全性:在这一层,主要关注的是数据不应该被任何未经授权的用户破坏、更改、披露或复制。概念层提供授权控制方法,防止任何未经授权的用户访问敏感数据。它包括多级安全策略。3.4 物理中间件层这一层提供了隐藏跨不同平台(如Windows、Mac OS、Linux等)的异构性的工具,如图3所示。图3:物理中间件层互操作性:在这一层,互操作性意味着操作与其底层平台无关。使用Mac OS的客户在访问另一个使用Windows OS的客户的数据库中的数据时不应发现任何困难。3.5 物理层这一层表示数据的物理表示。在云数据库服务中,后端由物理层监督,该物理层负责数据库的持续监控和配置,以实现云中的最佳扩展、高可用性、多租户和有效资源分配。数据安全、隐私、分区、共享磁盘架构或无共享架构的问题都在这一层上处理。这一层的各种问题在下面给出。备份复制:因为数据可用性对云很重要。应使用恢复和复制技术来确保组织不会发生任何数据丢失。数据在各个站点复制分区:分区是云提供商用来平衡和共享负载的一种技术。这种平衡和共享提高了多租户环境中CDBMS的性能,可伸缩性和可用性[8]。对于云数据,在哪里使用水平分区,在哪里使用垂直分区,这些决定都要在这一层做出。存储:在这一层,应该探索数据应该驻留在哪里这样访问数据所需的时间更少的问题。对于云数据库,共享磁盘架构是最合适的。它还应该使用复杂的缓存来维护内存中最近使用的元数据。索引:索引提供了轻松访问数据的路径。索引是为存储在数据库中的文件构造的。云应用程序应索引各种类型的字段,以提供可扩展的性能。负载平衡:它必须能够自动在服务器之间移动负载,以便有效地利用大部分硬件资源,并避免任何资源过载的情况。容错:云计算系统应该设计成能够处理故障,以便在出现故障时保持运行(可能是降低级别)。因此,该层的职责是提供并发控制、恢复技术和死锁检测技术。安全性:这一层通过加密/解密技术将原始数据转换为不可读的形式来提供安全性。可以防止隐私、修改和伪造等威胁Bashir Alam等人/ AASRI Procedia 5(2013)194199使用这些技术。四、结论介绍了云数据库管理系统的五层体系结构。描述了五个层的功能,即外部层、概念中间件层、概念层、物理中间件层、物理层。我们还解释了每一层所涉及的各种问题和挑战。引用[1]M. 谢长廷、张志良、李国忠Ho,J.Wu和P.律 国际并行处理会议(ICPP)2011,第315 -324页。[2]丹尼尔·J·阿巴迪云计算中的数据管理:局限性和机遇。IEEE数据工程通报,第32卷(1),2009年,第3-12页。[3]R. 菲利普·阿加瓦尔Bernstein,A.Ailamaki等,[4]迈克·霍根报告报告2009年(u rl=h ttp://www.scaledb.com/pdfs/cloud_databases_whitepapers2.pdf)。[5]C. Curino,E.P.C Jones,R.A. Popa,N.Malviya,E.Wu,S.Madden,H.Balakrishnan和N.泽多维奇,关系云:一个数据库即云服务。2011年第五届创新数据系统研究(CIDR)两年一度的会议,第235-240页。[6]M. Zhu和T. Risch.查询基于云和关系数据库的组合。2011年云计算和服务计算国际会议(CSC),第330-335页。[7]S.放大图片作者:A. Batista和M. Alomari:“A Survey of Large Scale Data Management Approches inCloud Environment”. IEEE Communication Survey and Tuesday,第13卷(3),2011年,第311-336页。[8] Yvette E. Gelogo和S. Lee,[9] Mansaf Alam和Kashish Ara Shawei,
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