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基于Web的矢量化地图服务器系统的设计与实现

作　者: 陆丽华
导　师: 马志欣
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 地理信息系统集群负载均衡二级缓存一致性哈希
分类号: TP393.05
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 24次
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内容摘要

基于Web的地理信息系统已经成为一种大众化的信息工具，它是地理信息系统与因特网技术的有机结合。现有的很多基于Web的地理信息系统使用的都是栅格数据，在放大级别和复杂查询上有一定的限制。针对以上问题，本文对矢量化的地图数据进行了研究，设计并实现了基于Web的矢量化地图服务器原型系统WebMap。WebMap地图服务器系统将矢量地图数据转化成对应的栅格地图数据，通过浏览器呈现在用户面前。用户可以对其中的地理信息进行缩放、漫游、查询、标注、图层选择、投影设置等操作，并且它的放大是无级别限制的。本文在实现WebMap的过程中，主要做了以下工作：1.研究了主流的基于Web的地理信息系统的原理和通用结构，然后结合它们的优缺点，设计了WebMap的整体框架；2.对关系型数据库PostgreSQL的空间数据的存储和索引能力进行了分析，解决了WebMap中矢量地图数据的存储和索引的问题，并实现了各数据库服务器之间的集群同步；3.研究了Web服务器Nginx的反向代理技术，通过该技术对地图应用服务器的集群进行配置，实现了应用服务器的负载均衡；4.本文没有采用传统应用服务器的请求处理方法，而是采用I/O完成端口模型来实现应用服务器对用户请求的处理；5.应用服务器的集群可能会引发一个问题，即相同的请求在二次发送时被发送到不同的应用服务器，从而导致了重复性的绘制工作。针对以上问题，提出了二级缓存服务器集群的解决方案。并深入地研究了一致性哈希算法，应用此算法实现了缓存服务器的负载均衡，加快了用户访问速度。原型系统的测试结果表明，WebMap系统能够达到预期的要求，并且二级缓存服务器能够明显提高用户请求的响应速度和并发性能。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 研究背景  8-12
    1.1.1 基于 Web 的地理信息系统的概念及其特点  8-9
    1.1.2 基于 Web 的地理信息系统的分类  9-11
    1.1.3 基于 Web 的地理信息系统的通用结构  11-12
  1.2 发展现状  12-15
    1.2.1 基于 Web 的地理信息系统的三个发展阶段  12-13
    1.2.2 国外的研究现状  13-14
    1.2.3 国内的研究现状  14-15
  1.3 本论文的主要工作及章节安排  15-18
第二章 WebMap 整体设计方案  18-28
  2.1 Web GIS 的技术框架  18-22
  2.2 总体设计目标  22-23
    2.2.1 WebMap 设计目标  22-23
    2.2.2 WebMap 的实现框架  23
  2.3 整体设计方案  23-27
    2.3.1 客户端的设计  24-25
    2.3.2 Web 服务器  25
    2.3.3 多线程处理模块  25-26
    2.3.4 地图渲染及处理模块  26-27
    2.3.5 地图数据库  27
  2.4 本章小结  27-28
第三章矢量地图数据的存储  28-42
  3.1 PostgreSQL 数据库  28-35
    3.1.1 地图数据库的必要性  28-29
    3.1.2 MySQL 和 PostgreSQL 介绍及其性能对比  29-32
    3.1.3 PostgreSQL 的线程安全性  32
    3.1.4 PostgreSQL 的数据索引  32-35
  3.2 地图数据库服务器模块的实现方法  35-40
    3.2.1 空间数据 Shapefile 的存储  35-36
    3.2.2 Slony-I 集群同步实现  36-38
    3.2.3 数据访问规范  38-39
    3.2.4 数据库服务器具体问题解决  39-40
  3.3 本章小结  40-42
第四章地图应用服务器集群的实现  42-60
  4.1 Web 服务器的选择  42-45
    4.1.1 现有的 web 服务器  42-44
    4.1.2 Nginx 与 Apache、Lighttpd 的性能对比  44
    4.1.3 Nginx 性能介绍  44-45
  4.2 负载均衡的实现  45-50
    4.2.1 负载均衡的概念  45-46
    4.2.2 Nginx 的负载均衡原理  46-48
    4.2.3 应用服务器集群的实现  48-49
    4.2.4 Web 服务器与客户端通信接口的约定  49-50
  4.3 地图应用服务器的设计  50-53
    4.3.1 应用服务器对线程池的需求  50
    4.3.2 I/O 完成端口模型的高效性  50-51
    4.3.3 IOCP 工作模型  51-53
  4.4 应用服务器与 Web 服务器通信的实现  53-59
    4.4.1 应用服务器中 FastCGI 配置  53-54
    4.4.2 FastCGI 接口  54
    4.4.3 线程安全  54-55
    4.4.4 数据通信格式  55-56
    4.4.5 应用服务器一级缓存  56
    4.4.6 I/O 请求处理的实现  56-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章缓存服务器集群的设计与实现  60-80
  5.1 二级缓存的必要性和可行性分析  60
  5.2 带有二级缓存 WebMap 的设计  60-64
  5.3 一致性哈希算法  64-69
    5.3.1 通用哈希算法的缺陷  64
    5.3.2 一致性哈希算法原理  64-68
    5.3.3 虚拟节点  68-69
  5.4 二级缓存具体实现  69-74
    5.4.1 缓存服务器端  69-72
    5.4.2 集群实现  72-74
  5.5 系统实现结果  74-75
  5.6 系统性能的分析  75-78
    5.6.1 用户界面响应速度  75-76
    5.6.2 大量连续请求处理速度  76-77
    5.6.3 多用户并发请求速度  77-78
  5.7 本章小结  78-80
第六章总结与展望  80-82
致谢  82-84
参考文献  84-86

基于Web的矢量化地图服务器系统的设计与实现

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