數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

許玲

【摘 要】隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入應(yīng)用，要求計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善。而計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中發(fā)揮決定性作用的除服務(wù)器系統(tǒng)外，也體現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方面。從現(xiàn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀看，仍存在一定的弊端，難以適應(yīng)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建需求，更無從談及滿足用戶計(jì)算機(jī)使用需求。對(duì)此，本文將對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的相關(guān)概述、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用以及優(yōu)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的具體策略進(jìn)行探析。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)；應(yīng)用；優(yōu)化

0 前言

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其在構(gòu)成上主要以數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)以及應(yīng)用程序等為主。其中各部分功能的發(fā)揮都可能對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)產(chǎn)生影響，如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行硬件環(huán)境的提供，而數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等。因此，如何做好數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)化成為現(xiàn)行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)完善中需考慮的重要內(nèi)容。

1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的相關(guān)概述

關(guān)于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，其實(shí)質(zhì)為系統(tǒng)元素的集合，在集合內(nèi)系統(tǒng)元素能夠協(xié)調(diào)配合的基礎(chǔ)上，便可根據(jù)預(yù)先定義目標(biāo)完成信息處理過程。常見的系統(tǒng)元素主要有計(jì)算機(jī)硬件與軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、文檔以及人員等方面。其中硬件負(fù)責(zé)電子設(shè)備或機(jī)械設(shè)備的提供以使得計(jì)算機(jī)能力以及其他外部世界功能得以實(shí)現(xiàn)；而軟件可作為文檔、數(shù)據(jù)庫與程序的稽核，提供計(jì)算機(jī)運(yùn)行中需要的邏輯方法；數(shù)據(jù)庫則用于集合所有軟件訪問的信息；文檔用于描述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有圖形、表格等信息?，F(xiàn)行在Internet網(wǎng)絡(luò)普及的背景下，要求計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)在完善過程中能夠做到對(duì)各類型信息資源進(jìn)行輸入、輸出以及管理，而這些信息資源管理活動(dòng)的開展便需依托于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中發(fā)展極為迅猛的技術(shù)，同時(shí)也是保障計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)作用發(fā)揮的關(guān)鍵部分[1]。

2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中的具體體現(xiàn)

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在四種模式，包括分布式服務(wù)器系統(tǒng)、服務(wù)器模式、工作站模式以及終端模式等，各種模式在整個(gè)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的效果也存在一定的差異。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，現(xiàn)今計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式又傾向于web服務(wù)器模式。實(shí)際應(yīng)用中，以往四種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式即表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，也存在許多弊端，具體體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 從主機(jī)/終端模式角度

該模式是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的最早結(jié)構(gòu)模式，其結(jié)構(gòu)具有明顯的集中式特征，要求在主機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)庫以及管理系統(tǒng)的設(shè)置，其他相應(yīng)的應(yīng)用程序也需在主機(jī)中體現(xiàn)出來。但這種模式下，數(shù)據(jù)信息共享性極差，僅用戶終端能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的使用，若需對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，要求用戶采取撥號(hào)形式或利用本地終端以獲取需要的數(shù)據(jù)。其中的本地終端大多不具備數(shù)據(jù)處理能力，僅以通信軟件、鍵盤與顯示器為主。然而不可否認(rèn)，這種集中式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)于存儲(chǔ)設(shè)備中數(shù)據(jù)區(qū)能夠安全處理，不同類型的并發(fā)用戶都可為該結(jié)構(gòu)所支持。從其應(yīng)用的弊端看，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)維護(hù)較難，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)本身在硬件、軟件等耗費(fèi)較多成本，加上數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)中的終端系統(tǒng)成本與維護(hù)費(fèi)用，將使計(jì)算機(jī)應(yīng)用難以獲取應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益。另外，該模式應(yīng)用下，網(wǎng)絡(luò)性能完全取決于主機(jī)性能，若有多個(gè)用戶共同聯(lián)網(wǎng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性能將表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)[2]。

2.2 從文件服務(wù)器/工作站模式角度

該模式應(yīng)用下主要需在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中文件服務(wù)器處進(jìn)行管理系統(tǒng)的設(shè)置，在所有PC工作站中都有相應(yīng)的處理程序存在。一般文件服務(wù)器在功能上更側(cè)重于接收與發(fā)送文件，并將共享數(shù)據(jù)向用戶提供，但在協(xié)同處理方面卻較為缺失。事實(shí)上，從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行中便可發(fā)現(xiàn)，即使文件服務(wù)器具備較為明顯的運(yùn)行速度優(yōu)勢(shì)，但PC中數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)仍會(huì)限制文件服務(wù)器的性能。而且文件傳輸過程中多以整個(gè)文件為主，一旦數(shù)據(jù)庫訪問用戶數(shù)量增加時(shí)，傳輸量也將隨之上升，系統(tǒng)運(yùn)行因此受到影響[3]。

2.3 從客戶機(jī)/服務(wù)器模模式角度

對(duì)于這種服務(wù)器模式，其主要在服務(wù)器處設(shè)置數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，服務(wù)器端與客戶端都可利用管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。相關(guān)的數(shù)據(jù)處理或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，可在管理系統(tǒng)運(yùn)行于服務(wù)器端時(shí)實(shí)現(xiàn)，而在處理輸入或輸出問題以及屏幕交互時(shí)，要求管理系統(tǒng)運(yùn)行于客戶端。此種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式在優(yōu)勢(shì)上主要表現(xiàn)為能夠利用兩個(gè)系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的處理，無需考慮系統(tǒng)難以承受過大信息流量的問題，且在維護(hù)管理或系統(tǒng)升級(jí)中不會(huì)耗費(fèi)過多的成本。而且使數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在服務(wù)器端或客戶端運(yùn)行時(shí)，也可使計(jì)算機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的性能得以提升。但該模式應(yīng)用過程中也表現(xiàn)出一定的弊端，如數(shù)據(jù)庫需保持一定的獨(dú)立性，為用戶使用帶來較多難題，如企業(yè)中各部門應(yīng)用數(shù)據(jù)庫時(shí)如何做到數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)等。因此，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用需考慮到引入“無縫隙”訪問技術(shù)，典型的如分布式處理技術(shù)等[4]。

2.4 從分布式系統(tǒng)角度

相比前幾種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用模式，分布式數(shù)據(jù)庫強(qiáng)調(diào)同一系統(tǒng)中數(shù)據(jù)保持一定的邏輯關(guān)系，并在整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使數(shù)據(jù)在不同節(jié)點(diǎn)處分布。實(shí)際應(yīng)用中，為保證用戶能夠遠(yuǎn)程獲取數(shù)據(jù)信息，不同位置服務(wù)器都需將數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)置其中，用戶數(shù)據(jù)獲取時(shí)如從本地?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般，直接將請(qǐng)求數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中發(fā)送，若服務(wù)器中未尋找到用戶數(shù)據(jù)，可直接通過網(wǎng)絡(luò)將用戶請(qǐng)求向其他數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中發(fā)送，完成信息搜索后會(huì)將相應(yīng)的信息傳輸給用戶，大多情況用戶都難以判斷是哪個(gè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為其提供的數(shù)據(jù)信息。因此，這種模式的應(yīng)用可滿足現(xiàn)代企業(yè)需求，對(duì)于解決遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與共享問題可起到明顯的效果[5]。

3 優(yōu)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的相關(guān)建議

現(xiàn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展步伐，除采取分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式外，也將Web技術(shù)融入其中，許多數(shù)據(jù)庫廠家多采取數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與Web技術(shù)相結(jié)合的方式，使數(shù)據(jù)庫內(nèi)容檢索僅需通過Web瀏覽器的訪問便可完成，對(duì)該類型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可稱其為Web數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。為使數(shù)據(jù)庫運(yùn)行效率進(jìn)一步提高，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化過程中需做好系統(tǒng)框架的設(shè)計(jì)，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的同時(shí)考慮數(shù)據(jù)對(duì)連接池進(jìn)行優(yōu)化，具體優(yōu)化策略主要表現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)的思路

系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)過程中首先考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題，從計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀可發(fā)現(xiàn)，其中存在弊端不僅制約系統(tǒng)整體性能的提高，而且易產(chǎn)生過多的成本。對(duì)此，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可選取B/S結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為：①客戶端負(fù)載問題得以解決。如C/S結(jié)構(gòu)下，數(shù)據(jù)處理功能、顯示功能都需由客戶端負(fù)責(zé)，承受的負(fù)載較大，特別當(dāng)前客戶端應(yīng)用程序不斷增加的背景下，客戶端的有效運(yùn)行更面臨較多難題。此時(shí)將B/S結(jié)構(gòu)引入其中，服務(wù)端會(huì)承擔(dān)部分客戶端的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，許多數(shù)據(jù)訪問或計(jì)算都可在服務(wù)端完成；②兼容性較高。該結(jié)構(gòu)下主要以JSP為前端界面，將Java語言融入后可使服務(wù)器執(zhí)行壓力得以緩解；③靈活性較強(qiáng)。B/S結(jié)構(gòu)下各層都以獨(dú)立的形式存在，即使其中一層出現(xiàn)異常也不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響；④維護(hù)成本較低。由于該結(jié)構(gòu)應(yīng)用下需將瀏覽器安裝于客戶端中，服務(wù)器可完成相關(guān)的系統(tǒng)升級(jí)或維護(hù)工作，不會(huì)對(duì)客戶端產(chǎn)生影響，有利于維護(hù)成本的控制。本文在系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)中考慮在B/S結(jié)構(gòu)應(yīng)用的同時(shí)，使其與傳統(tǒng)C/S結(jié)構(gòu)以及web技術(shù)相結(jié)合，以此構(gòu)建集數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器以及瀏覽器于一體的結(jié)構(gòu)體系，將其稱為B/S/S結(jié)構(gòu)體系。

框架設(shè)計(jì)中還需做好開發(fā)語言以及數(shù)據(jù)庫連接的充分考慮。其中在開發(fā)語言選擇方面，現(xiàn)行較為常見的主要以PHP、JSP以及ASP為主。相比之下，為滿足數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化需求，要求開發(fā)語言應(yīng)以簡潔高效、便于移植等特征為主，所以可將JSP作為系統(tǒng)開發(fā)語言。而從數(shù)據(jù)庫連接角度，應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)主要以JDBC為主，但需注意的是該技術(shù)應(yīng)用時(shí)要求數(shù)據(jù)庫使用后保持?jǐn)嚅_，一旦數(shù)據(jù)庫連接過多將導(dǎo)致內(nèi)存發(fā)生泄漏，甚至使服務(wù)器癱瘓。這就引入連接池技術(shù)，將JDBC訪問技術(shù)下的弊端進(jìn)行解決[6]。

3.2 數(shù)據(jù)庫的進(jìn)一步優(yōu)化

為適應(yīng)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)要求，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化中首先需考慮數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)問題。以SQLServer數(shù)據(jù)庫優(yōu)化為例，設(shè)計(jì)過程中主要需在解決邏輯庫規(guī)范化弊端的基礎(chǔ)上進(jìn)行物理數(shù)據(jù)庫的生成。其中邏輯庫規(guī)范化弊端方面，可采取將重復(fù)屬性、計(jì)算字段等融入數(shù)據(jù)庫實(shí)體內(nèi)。但應(yīng)注意設(shè)計(jì)中往往易出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫歷史記錄保存問題，因歷史記錄使用頻次較少，所以需分離歷史數(shù)據(jù)與其他訪問數(shù)據(jù)。而物理數(shù)據(jù)庫生成方面，要求對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中的硬件資源、數(shù)據(jù)庫訪問格式進(jìn)行判斷，在此基礎(chǔ)上利用數(shù)據(jù)行的設(shè)置使I/O操作得以減少，或直接對(duì)SQLSever利用同一物理設(shè)備存儲(chǔ)圖像或文本數(shù)據(jù)，可使系統(tǒng)性能得以提高。

其次，應(yīng)做好調(diào)整硬件工作。調(diào)整中如在磁盤子系統(tǒng)方面，通常數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中應(yīng)用的磁盤驅(qū)動(dòng)器極易出現(xiàn)超載問題，影響系統(tǒng)性能，對(duì)此可考慮增設(shè)磁盤驅(qū)動(dòng)器，可保證I/O子系統(tǒng)性能問題得以解決。而在內(nèi)存方面，通常提升數(shù)據(jù)庫性能的方式主要以物理內(nèi)存的增加為主，但這種方式涉及的成本較高，應(yīng)考慮對(duì)數(shù)據(jù)庫實(shí)際內(nèi)存進(jìn)行優(yōu)化配置，如對(duì)其內(nèi)存數(shù)值的調(diào)整等。

最后，做好SQL語句與查詢計(jì)劃的優(yōu)化。在優(yōu)化SQL語句中，主要要求避免SELECT*語句、DISTINCT的使用，二者都可能使數(shù)據(jù)庫應(yīng)用邏輯出現(xiàn)錯(cuò)誤，同時(shí)對(duì)于其他非操作符聚以及ORDER BY等應(yīng)正確使用。另外，在查詢計(jì)劃優(yōu)化方面，需保證索引、主鍵、連接、臨時(shí)表等能夠正確使用。在SQL語句以及查詢計(jì)劃得以優(yōu)化下，才可使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能得到提升[7]。

3.3 連接池的優(yōu)化

連接池在數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)用主要使緩沖池中融入相關(guān)的物理連接，這樣在數(shù)據(jù)庫訪問過程中用戶可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接的獲取，且在連接使用結(jié)束后，可將其重新置于連接池中，無需執(zhí)行關(guān)閉連接操作，這樣數(shù)據(jù)庫的訪問效率將得到很大程度的提升。具體構(gòu)建連接池過程中，可直接由服務(wù)器進(jìn)行連接池的提供，或采取JDBC連接池。實(shí)際上，現(xiàn)行大多服務(wù)軟件中多將連接池直接設(shè)置其中，僅需保證使用效果得以發(fā)揮并做好管理工作既可。另外，連接池在優(yōu)化中還需考慮到參數(shù)設(shè)置問題，如其中最小或最大連接數(shù)，其設(shè)置不合理很可能造成系統(tǒng)資源被過多占用，訪問效率也因此被降低，連接池整體性能因垃圾信息過多而受到影響。所以在參數(shù)的設(shè)定是連接池優(yōu)化中需考慮的重要問題，常見的方式主要引入相應(yīng)的測(cè)試工具，通過反復(fù)測(cè)試以使參數(shù)值更為合理[8]。

4 結(jié)論

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是完善計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的重要途徑。實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中應(yīng)正確認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，分析計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中不同數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與弊端，在此基礎(chǔ)上提出Web數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)實(shí)際優(yōu)化過程中要求做到設(shè)計(jì)具體的系統(tǒng)框架，從數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、調(diào)整硬件以及優(yōu)化查詢計(jì)劃以及SQL語句，并注重連接池的構(gòu)建，以此使數(shù)據(jù)庫整體性能得以提高，發(fā)揮其在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中的重要作用。

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[責(zé)任編輯：王楠]