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数据库高可用中间件关键技术研究与实现

作　者: 关贵中
导　师: 杨树强
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机技术
关键词: 数据库集群 中间件 高可用 C-RAIDb
分类号: TP311.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 163次
引　用: 3次
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内容摘要


随着互联网技术的不断发展,数据库技术已经成为各个国家国民经济体系的命脉,它是电子商务、电子政务、MIS、ERP以及金融等系统的基础,因此提高数据库的可用性非常重要。然而,随着数据库系统数据量的不断增长,以及高并发访问等问题的出现,使得传统的单机数据库已经难以满足需求。集群技术已经成为解决此问题的首选方案,深入研究数据库集群技术,将有助于提高其可用性和性能。高可用性作为评价数据库集群系统的重要指标,也是本文的重点研究方向。本文在分析了当前的数据库高可用相关技术的基础上,提出了一种通用的数据库集群系统模型,采用具有高性价比的基于中间件的数据库集群技术实现数据库系统高可用,设计与实现了一个数据库集群中间件C-RAIDb来为各种数据库提供集群、容错服务,它可以隐藏分布式数据库的复杂性,提供给数据库客户端一个独立的数据库映像。C-RAIDb系统采用串–并行结构,系统应用层、中间层和资源层组成串行结构,由于串行系统可用性不超过系统中可用性最低的那一层,为了增加中间层的可用性,一个C-RAIDb控制器中可以包含多个虚拟数据库,它们可以并行地为客户端服务,不仅如此,C-RAIDb系统在中间层中还支持多个C-RAIDb控制器横向和垂直扩展,应用JGroup来同步不同控制器中的虚拟数据库,横向扩展C-RAIDb控制器提高了控制器的容错能力,在这种中间层构造中,同一个结点既充当控制器又作为数据库服务器;垂直扩展C-RAIDb控制器可应用于大量数据库后台的情况,此时控制器和数据库服务器由不同的结点充当;在资源层通过数据库集群实现数据的高可用。针对数据的复制与分发,在C-RAIDb系统中引入了廉价冗余数据库阵列的概念,以表为基本单位在数据库服务器节点之间进行数据复制,通过将多个廉价的数据库实例组合为一个数据库阵列,提供比单台数据库更好的容错性和性能。最后通过C-RAIDb构建了一个数据库集群系统,为了验证该数据库集群系统的可用性,对其进行了数据一致性测试和单点故障测试,测试结果表明基于C-RAIDb的数据库集群在测试环境中具有良好的可用性。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章 绪论  12-19
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 研究现状  13-18
    1.2.1 RAID 技术  14-15
    1.2.2 基于文件系统的高可用性研究  15-16
    1.2.3 传统数据库高可用技术  16-17
    1.2.4 数据库集群技术  17-18
  1.3 本文主要工作  18
  1.4 论文结构  18-19
第二章 高可用性数据库系统概述  19-32
  2.1 系统可用性  19-23
    2.1.1 串行系统可用性  20-21
    2.1.2 并行系统可用性  21-22
    2.1.3 串–并行系统可用性  22-23
  2.2 高可用性系统设计的基本准则  23
  2.3 高可用性数据库系统的特点  23-24
  2.4 影响高可用性数据库的因素  24-25
    2.4.1 数据库性能和可用性之间的关系  24-25
    2.4.2 经费开销和可用性之间的关系  25
  2.5 提高数据库可用性的方法  25-27
  2.6 高可用性数据库的分类及主流产品分析比较  27-31
    2.6.1 Oracle RAC 技术  28-29
    2.6.2 Microsoft MSCS 技术  29-30
    2.6.3 IBM DB2 UDB 技术  30
    2.6.4 MySQL cluster 技术  30-31
    2.6.5 中间件技术  31
  2.7 本章小结  31-32
第三章 数据库集群技术概述  32-39
  3.1 集群技术概述  32-34
    3.1.1 高性能计算科学集群  33
    3.1.2 负载平衡集群  33
    3.1.3 高可用性集群  33-34
  3.2 数据库集群技术的两种体系  34-36
    3.2.1 基于数据引擎的集群技术  34-35
    3.2.2 基于中间件的集群技术  35-36
  3.3 数据库集群系统与其他系统的区别  36-38
    3.3.1 数据库集群系统与并行数据库系统  36-37
    3.3.2 数据库集群系统与多数据库系统  37
    3.3.3 数据库集群系统与分布式数据库系统  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 C-RAIDb 系统关键技术  39-54
  4.1 C-RAIDb 体系结构设计  39-43
    4.1.1 C-RAIDb 驱动  40
    4.1.2 C-RAIDb 控制器  40-43
  4.2 C-RAIDb 的数据分布与复制  43-47
    4.2.1 全分割（RAIDb-0）  43-44
    4.2.2 全复制（RAIDb-1）  44-45
    4.2.3 部分复制（RAIDb-2）  45-46
    4.2.4 RAIDb-1-0  46
    4.2.5 RAIDb-0-1  46-47
  4.3 C-RAIDb 的故障恢复  47-50
    4.3.1 处理控制器连接失败  47-48
    4.3.2 处理控制器失败  48-49
    4.3.3 处理后端失败  49-50
  4.4 C-RAIDb 控制器扩展方式  50-53
    4.4.1 控制器的横向扩展  50-51
    4.4.2 控制器的垂直扩展  51-53
  4.5 本章小结  53-54
第五章 C-RAIDb 的设计与实现  54-70
  5.1 C-RAIDb 功能总览  54-55
  5.2 C-RAIDb 容错性的实现  55-62
    5.2.1 检查点和恢复日志的实现  55-59
    5.2.2 故障恢复的实现  59-62
  5.3 RAIDb 的实现  62-67
    5.3.1 RAIDb-0 的实现  62-64
    5.3.2 RAIDb-1 的实现  64-66
    5.3.3 RAIDb-2 的实现  66-67
  5.4 C-RAIDb 中添加和同步集群节点  67-68
  5.5 C-RAIDb 的负载平衡  68-69
    5.5.1 控制器之间客户端连接的分配  68-69
    5.5.2 在后端之间分配读请求  69
  5.6 本章小结  69-70
第六章 C-RAIDb 系统测试  70-76
  6.1 实验环境搭建  70-71
  6.2 数据一致性测试  71-74
  6.3 单点故障测试  74-75
  6.4 本章小结  75-76
第七章 结束语  76-78
  7.1 总结  76
  7.2 展望  76-78
致谢  78-79
参考文献  79-82
作者在学期间取得的学术成果  82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 程序设计、软件工程 > 程序设计 > 数据库理论与系统
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