基于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的雙機(jī)熱備策略的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李建榮，郝金庫(kù)，張芝艷

（1.天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息學(xué)院，天津 300457；2.天津師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，天津 300387）

基于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的雙機(jī)熱備策略的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李建榮1，郝金庫(kù)2，張芝艷1

（1.天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息學(xué)院，天津 300457；2.天津師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，天津 300387）

提出一種基于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的雙機(jī)熱備軟件解決方案，突破傳統(tǒng)雙機(jī)熱備效率和可靠性低的瓶頸，把數(shù)據(jù)存放在2臺(tái)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器上，既保證了高效一致的存取數(shù)據(jù)，更全面地保護(hù)了數(shù)據(jù)的安全可靠.

異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)；雙機(jī)熱備；分布式事務(wù)

隨著濱海新區(qū)作為中國(guó)北方經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)第三極地位的確定，其在國(guó)內(nèi)外的知名度不斷提升，這些都在不斷推動(dòng)著本地旅游業(yè)的快速發(fā)展，濱海數(shù)字化旅游信息平臺(tái)的建設(shè)對(duì)于優(yōu)化天津?yàn)I海新區(qū)的旅游經(jīng)濟(jì)運(yùn)作、吸引投資、提升區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、激發(fā)濱海新區(qū)旅游產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展起著關(guān)鍵性作用.與此同時(shí)，旅游區(qū)政府、企業(yè)和旅游景點(diǎn)的發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)的依賴日益加深，確保數(shù)據(jù)安全、高效地存儲(chǔ)成為當(dāng)前信息存儲(chǔ)的難點(diǎn)課題之一，而基于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的雙機(jī)熱備策略是一種保證數(shù)據(jù)庫(kù)更安全、更可靠的解決方案［1］.

傳統(tǒng)的雙機(jī)熱備是基于active／standby方式的服務(wù)器熱備.采用此方式的服務(wù)器數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)同時(shí)向2臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器寫入，或使用1個(gè)共享的存儲(chǔ)設(shè)備，在同一時(shí)間內(nèi)只有一臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行.當(dāng)其中運(yùn)行著的一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障無(wú)法啟動(dòng)時(shí)，另一臺(tái)備份服務(wù)器會(huì)通過(guò)軟件診測(cè)（如心跳診斷）將standby機(jī)器激活，保證應(yīng)用在短時(shí)間內(nèi)完全恢復(fù)正常使用［2］.由于2臺(tái)服務(wù)器是主備關(guān)系，因此傳統(tǒng)雙機(jī)熱備所有寫入和讀取的操作都只能在一臺(tái)服務(wù)器完成，在數(shù)據(jù)量非常大的情況下，數(shù)據(jù)存取效率達(dá)到邊界值后就難以再提高.同時(shí)，一旦主服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題，由主庫(kù)到備庫(kù)的角色切換需要人工操作完成，且當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)的故障排除后，必須通過(guò)人工干預(yù)才能將備庫(kù)上產(chǎn)生的新數(shù)據(jù)導(dǎo)入主庫(kù)，造成啟用備庫(kù)時(shí)無(wú)法確保數(shù)據(jù)的無(wú)縫銜接［3］.

而從安全性能角度考慮，由于傳統(tǒng)雙機(jī)熱備中2臺(tái)服務(wù)器的軟硬件配置和數(shù)據(jù)庫(kù)均相同，當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器被惡意攻擊時(shí)，另一臺(tái)服務(wù)器也很難幸免，即采用相同的攻擊手段就可以同時(shí)攻擊2臺(tái)服務(wù)器.而在基于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的雙機(jī)熱備策略中，2臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)不同，一臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)是Oracle 10g，另一臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)是MySQL，因此，當(dāng)一臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器遭受攻擊時(shí)，另一臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)因異構(gòu)而幸免，這樣就可以全面保證數(shù)據(jù)的安全.

異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)是相關(guān)的多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的集合，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和透明訪問(wèn)，每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在加入異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)前就已經(jīng)存在，擁有其自身的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（Database Management System，DBMS）.異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的各個(gè)組成部分具有自身的自治性，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的同時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)仍保持自身的應(yīng)用特性、完整性控制和安全性控制［4］.基于Oracle和MySQL異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的雙機(jī)熱備的策略可以更穩(wěn)妥地保證濱海數(shù)字化旅游信息平臺(tái)的安全性能.

1 策略設(shè)計(jì)方案

本方案采用3層分布式數(shù)據(jù)架構(gòu)，客戶端通過(guò)指定的IP和端口訪問(wèn)“中間業(yè)務(wù)層”服務(wù)器，發(fā)送業(yè)務(wù)請(qǐng)求，并根據(jù)客戶端請(qǐng)求，由“中間業(yè)務(wù)層服務(wù)器”向分布在網(wǎng)絡(luò)中的2個(gè)“數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器”發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求；取回相關(guān)數(shù)據(jù)后，再由“中間業(yè)務(wù)層服務(wù)器”發(fā)送回客戶端，客戶端無(wú)需直接訪問(wèn)“數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器”，起到數(shù)據(jù)隔離的效果，保障了數(shù)據(jù)的安全性［5］.系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)框架圖Fig.1 System framework

應(yīng)用服務(wù)器同時(shí)監(jiān)視2個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，2臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器同時(shí)工作，數(shù)據(jù)分別存放在2臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，且要保證2臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上數(shù)據(jù)一致.因此，在向2臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)上寫入數(shù)據(jù)時(shí)，保證數(shù)據(jù)的一致就成為整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題.為了解決這一問(wèn)題，本策略引入了分布式事務(wù)的方法，將更新2臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)的命令加入到同一個(gè)分布式事務(wù)中，便可以保證數(shù)據(jù)的一致［6］.圖2是事務(wù)處理部分的流程圖.

圖2 事務(wù)處理流程圖Fig.2 Transaction flow diagram

由圖2可知，當(dāng)客戶端發(fā)出更新操作請(qǐng)求后，應(yīng)用服務(wù)器首先分別向2個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接，并分別創(chuàng)建命令；然后將2個(gè)命令加入到同一個(gè)分布式事務(wù)當(dāng)中，分別執(zhí)行，并提交事務(wù).如果命令順利執(zhí)行，且事務(wù)提交沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，則說(shuō)明2個(gè)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)了完全相同的更新操作，即保證了數(shù)據(jù)的一致.

如果一臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器宕機(jī)或出現(xiàn)故障，則程序會(huì)自動(dòng)剔除壞掉的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，客戶端不會(huì)感覺(jué)到任何變化［7］.而在故障服務(wù)器恢復(fù)功能時(shí)，如何將沒(méi)有更新的數(shù)據(jù)在活動(dòng)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行同步操作是現(xiàn)有雙機(jī)熱備的難點(diǎn)之一.本研究的雙機(jī)熱備策略在推進(jìn)故障數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器時(shí)，采用3次復(fù)制數(shù)據(jù)功能.需要復(fù)制的數(shù)據(jù)為已經(jīng)正確寫入活動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)，根據(jù)故障數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的日志列表，按照時(shí)間戳分3次進(jìn)行復(fù)制數(shù)據(jù).如現(xiàn)有200條記錄需要復(fù)制，首先，進(jìn)行第一次追趕，當(dāng)追趕到200條時(shí)，活動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)可能已經(jīng)達(dá)到250條，因此繼續(xù)第2次復(fù)制，即復(fù)制第200～250條記錄，而此時(shí)活動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)可能為260條記錄，數(shù)據(jù)已經(jīng)非常接近，因此，在進(jìn)行第3次復(fù)制數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)2個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行瞬間的握手操作，使活動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)寫記錄的命令瞬間停頓，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完全同步推入故障數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，然后同時(shí)啟動(dòng)活動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)寫操作的命令，即可完成2個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步.這一過(guò)程完全由程序完成，客戶端不會(huì)有任何感覺(jué).

2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的配置信息

2.2 雙機(jī)熱備策略的數(shù)據(jù)庫(kù)故障恢復(fù)處理

分布式環(huán)境本身的復(fù)雜性和2個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的高度自治性造成任何數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器出現(xiàn)故障或不規(guī)范數(shù)據(jù)操作都有可能導(dǎo)致全局?jǐn)?shù)據(jù)的不一致，出現(xiàn)形式上的網(wǎng)絡(luò)分割［8］.當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致時(shí)，在其恢復(fù)到一致狀態(tài)前，任何需要與服務(wù)器進(jìn)行交互的數(shù)據(jù)操作均不能進(jìn)行.因此，發(fā)生故障后，迅速地恢復(fù)本地?cái)?shù)據(jù)，并檢測(cè)恢復(fù)全局?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)于分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)具有至關(guān)重要的意義.

基于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的雙機(jī)熱備策略可以自動(dòng)判斷數(shù)據(jù)庫(kù)是否出現(xiàn)故障，如果檢測(cè)到某個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)故障，則該數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)退出，待數(shù)據(jù)庫(kù)修復(fù)后，程序會(huì)在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)自動(dòng)推入，以確保數(shù)據(jù)的同步.基于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的雙機(jī)熱備策略的關(guān)鍵代碼如下：

3 結(jié)束語(yǔ)

本研究提出的基于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的雙機(jī)熱備策略是純軟件的解決方案，節(jié)約了硬件開支，成本很低.從性能角度考慮，雙機(jī)熱備的方式可以有效提高數(shù)據(jù)存取的效率，解決傳統(tǒng)雙機(jī)熱備邊界遞減的問(wèn)題.同時(shí)，三層架構(gòu)和異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)為提高數(shù)據(jù)可靠性奠定了基礎(chǔ).本系統(tǒng)于2010年5月運(yùn)行于濱海數(shù)字化旅游信息平臺(tái)的開發(fā)建設(shè)中，經(jīng)過(guò)實(shí)際的測(cè)試，被用戶認(rèn)可為一種低投入、高數(shù)據(jù)存取速度和高數(shù)據(jù)安全的解決方案.

［1］ 孫蕾，徐洪澤.雙機(jī)熱備計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的安全性和可用性分析［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，14（7）：30－33.

［2］ 劉劍鋒.武控系統(tǒng)雙機(jī)熱備份軟件面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)［D］.成都：電子科技大學(xué)，2010：9－10.

［3］ 蔣濤.一種面向客戶端的雙機(jī)熱備機(jī)制的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.北京：北京交通大學(xué)，2011：6－9.

［4］ 顧天竺，沈潔，陳曉紅，等.基于XML的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成模式的研究［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2007（4）：94－96.

［5］ 耿建平，李納鎣，唐先紅.使用VC＋＋實(shí)現(xiàn)三層架構(gòu)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用框架［J］.電腦編程技巧與維護(hù)，2003（8）：57－59.

［6］ 楊志偉.分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的事務(wù)管理［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2008（4）：84－85.

［7］ 趙婷.基于Oracle Data Guard的雙機(jī)熱備策略的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.三峽大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（12）：89－91.

［8］ 孫川.基于分布式事務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)雙機(jī)熱備份方案的設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2010，12（3）：145－147.

Design and realization of dual hot－backup strategy based on heterogeneous database

LIJian－rong1，HAOJin－ku2，ZHANGZhi－yan1
（1.College of Electron Information，TEDA Polytechnic，Tianjin 300457，China；
2.College of Chemistry，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

A software solution based on heterogeneous database and dual hot－back technology is put forward.The solution breaks through the bottleneck of lower efficiency and reliability of traditional dual hot－backup system，and stores data on two heterogeneous database servers.Efficient and consistent data storage as well as safety and reliability of data are ensured.

heterogeneous database；dual hot－backup；distributed transactions

TP392

A

1671－1114（2012）03－0051－03

2011－02－10

天津市科委資助項(xiàng)目（2010－149）

李建榮（1975—），女，講師，主要從事數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)和信息系統(tǒng)集成方面的研究.

（責(zé)任編校 亢原彬）