（计算机软件与理论专业论文）基于sybase移动数据库复制与查询技术的研究.pdf

摘要 移动数据库是传统分布式数据库的延伸和扩展，是能够支持移动 计算环境的数据库，其数据在物理上分散而在逻辑上集中。与传统分 布式数据库相比，移动数据库具有移动性、频繁的断接性、网络条件 的多样性等特征。 尽管近年来人们在移动数据库技术的关键领域取得了很大的突 破，使得移动数据库系统不断完善和发展，但是仍然有一些可以完善 的地方。论文主要研究基于s y b a s e 移动数据库的复制与查询两个方面 的技术，期望为推动本领域的发展做一点贡献。 论文的内容主要包括如下几个方面： 1 从整体上介绍目前应用得比较广泛的几种移动复制技术，分 析它们的异同点和各自的应用范围，最后联系实际为一个应用系统选 择一个比较合适的移动复制技术。 2 提出一种基于修改频率的s q lr e m o t e 复制技术的消息轮询策 略，并且给出相应的算法，这种策略改进了消息代理发送消息的方式， 大大地减轻了消息代理和邮件系统的负担，试验结果证明该算法是正 确的。 3 提出一种改进的复制体系结构，详细分析了此体系结构的组 成部分及各部分的功能，此体系结构有效地把严格一致性复制协议和 弱一致性复制协议融合在一起，能够适用于移动数据库新的发展需 要。 4 提出一种新的移动查询的路径选择方法。该方法先把一个查 询分解成几个子查询并根据约束条件组合成几条备选路径，然后估算 这几条备选路经的元组大小，最后通过查询路径选择算法在这几条备 选的查询路径中找到较优的路径。试验结果证明了该方法的有效性。 关键词移动数据库，复制技术，消息代理，体系结构，查询 a b s t r a c t t h em o b i l ed a t a b a s ei st h ee x t e n s i o na n de x p a n s i o no ft h et r a d i t i o n a l d i s t r i b u t i o nd a t a b a s e i tc a ns u p p o r tt h ed a t a b a s eo fm o b i l ec o m p u t a t i o n e n v i r o n m e n t i t sd a t ad i s p e r s e si np h y s i c sb u tc o n c e n t r a t e si nt h el o g i c c o m p a r e sw i t ht h et r a d i t i o n a ld i s t r i b u t i o n a ld a t a b a s e ，t h em o b i l ed a t a b a s e h a st h ec h a r a c t e r i s t i c so f m o b i l i t y ，m u l t i p l i c i t yo f t h en e t w o r kc o n d i t i o n s ， t h ef r e q u e n tb r e a k i n go fc o n t a c ta n ds oo n a tr e c e n ty e a r s ，a l t h o u g hp e o p l eo b t a i n e dv e r yb i gb r e a k t h r o u g hi n t h ee s s e n t i a ld o m a i no f t h em o b i l ed a t a b a s et e c h n o l o g y ，m a d et h em o b i l e d a t a b a s es y s t e mu n c e a s i n g l yc o n s u m m a t e da n dd e v e l o p e d ，b u ts t i l lh a d s o m ep l a c e sw h i c hw e r ea l l o w e dt oc o n s u m m a t e t h em a i nr e s e a r c ho f t h i s p a p e rb a s e do nt h es y b a s em o b i l ed a t a b a s er e p l i c a t i o na n dq u e r y t e c h n o l o g y w ee x p e c tf o rm a k i n gc o n t r i b u t i o nt oi m p e lt h ed e v e l o p m e n t o ft h i sf i e l d t h ec o n t e n to f t h i sp a p e rm a i n l yi n c l u d e st h ef o l l o w i n g a s p e c t s ： 1 t h i sp a p e ri n t r o d u c e ss e v e r a lc u r r e n tm o b i l er e p l i c a t i o n t e c h n o l o g i e sw h i c hu s e db r o a d l y w ea n a l y z es i m i l a r i t i e sa n dd i f f e r e n c e s b e t w e e nt h e ma n de a c ho ft h e i ra p p l i c a t i o ns c o p e f i n a l l y ，w ec h o o s ea m o r es u i t a b l em o b i l er e p l i c a t i o nt e c h n o l o g yf o ra na p p l i c a t i o ns y s t e m 2 t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dt h et a c t i c sw h i c hi n q u i r ym e s s a g eb a s e d o nm o d i f i c a t i o nf r e q u e n c y ，a n dt h e c o r r e s p o n d i n ga l g o r i t h mi sa l s o p r o v i d e d t h i ss t r a t e g yi m p r o v e st h ew a yt h a tm e s s a g ea g e n ts e n d m e s s a g e ，a n dg r e a t l yl i g h t st h eb u r d e no f m e s s a g ea g e n ta n dm a i ls y s t e m t h ee x p e r i m e n tp r o v e st 1 1 a tt h i sa l g o r i t h mw a sc o r r e c t 3 t h i sp a p e rp u t sf o r w a r do n ek i n do fi m p r o v e m e n tr e p l i c a t i o n s y s t e ms t r u c t u r e w ea n a l y z e st h ef u n c t i o no fe a c hp a r ta n dc o n s t i t u e n to f t h i s s y s t e m s t r u c t u r e t h i s s y s t e m s t r u c t u r e i n t e g r a t e st h es t r i c t c o n s i s t e n c yr e p r o d u c t i o na g r e e m e n t sa n dw e a kc o n s i s t e n c yr e p r o d u c t i o n a g r e e m e n te f f e c t i v e l y t h i ss y s t e ms t r u c t u r ei ss u i t a b l e f o rt h en e w d e v e l o p m e n to f t h em o b i l ed a t a b a s e 4 t h i sp a p e rp r o p o s e san e wp a t hc h o i c eo fm o b i l eq u e r ym e t h o d a tf i r s t ，t h i sm e t h o dd e c o m p o s e saq u e r yi n t os e v e r a ls u b i n q u i r i e sa n d i i c o m b i n e ss e v e r a lp a t h sa c c o r d i n gt ot h ec o n s t r a i n tc o n d i t i o n ，t h e n e s t i m a t e st h es i z eo ft h e s ep a t h s ，f i n a l l yf i n d st h es u p e r i o rp a t ht h r o u g h t h ep a t hc h o i c ea l g o r i t h ma m o n gt h e s ep a t h s t h i sm e t h o df u l l yc o n s i d e r s t h et w of a c t o r sw h i c ha r et h ec o n s t r a i n tc o n d i t i o na n dn e t w o r k c h a r a c t e r i s t i c t h ee x p e r i m e n tp r o v e st h ev a l i d i t yo ft h i sw a y k e yw o r d sm o b i l ed a t a b a s e ，r e p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ，m e s s a g ea g e n t ， s y s t e ms t r u c t u r e ，q u e r y i i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。 作者签名：刘f 塑墨姿 日期：互堕笪年上月鱼日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文； 学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：趔! 鲴墨豸导师签名互牲日期：盈啦年 月坐日 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1移动数据库的产生和应用背景 数据库1 l 最早出现于2 0 世纪6 0 年代，当时它们大多基于层次与网状的数据库 模型，这些数据库技术存在着共享性差、存储量小等缺点。1 9 7 0 年，i b m 公司的 e f c o d d 提出关系数据库模型，此后，其理论和技术在3 0 多年的发展过程中不断 成熟并得到广泛应用，出现了关系数据库、面向对象数据库以及在此基础上的分 布式数据库。进入2 0 世纪9 0 年代后，一些新的应用领域不断向传统数据库技术提 出新的要求和挑战，而且计算机领域本身的发展也给数据库技术带来了深刻的变 化，特别是随着移动通信技术的迅速发展和投入使用，许多计算结点已经可以在 自由移动的过程中保持网络连接，人们迫切需要在任何时候、任何地点都能够访 问任何数据，这使原来基于有线网络和固定主机的传统分布式数据库不再适应。 于是，一种更加灵活、复杂的技术一移动数据库技术1 2 。“】便应运而生。 对于移动数据库的出现的原因，可以从以下两方面来进行概括。 1 1 1 行业应用的需要 ( 1 ) 特殊行业的应用 主要涉及保险业、银行业、股票交易等。如保险业业务员将客户在多个不同 主机上的不同账户中的信息进行汇总，并在必要时给出某种形式的报告，而某些 主机有可能是移动主机，这样传统的分布式数据库就不能够适用，而基于掌上电 脑或其他移动设备上的嵌入式数据库所建立的移动应用能够很好地满足这类应 用的需求。 ( 2 ) 零售业和分销行业应用 手工操作或固定的p o s ( p o i n to f s e l l s ，电子收款机系统) 销售已经发展为无线 网络中基于嵌入式数据库的移动电子存单管理和无线p o s 系统。另外，支持无线 m o d e m 的移动自动售货机可以支持信用卡支付，以无线通讯方式实时进行注册、 验证，完成交易处理。 ( 3 ) 卫生保健应用 这类应用包括远程会诊、紧急医疗服务、现场医疗数据收集等。医生通过无 线网络，可以在任何地方提取病人病历、研究疾病根源、开处方、制定医疗方案 中南大学硕士学位论文第一章绪论 等。 ( 4 ) 法律和公共安全 移动用户的可移动性在案犯追捕中具有明显的优点。警务人员的移动设备的 嵌入式数据库中保留一定的案犯信息，可以随时检索疑犯的信息。 ( 5 ) 运输业 使用移动计算技术可以降低送货装货的成本，也可以通过g i s ( g e o g r a p h y i n f o r m a t i o ns y s t e m ，地理信息系统) 实现远程监控和规划。运输工具上安装定制 的微型计算机，可以接入所在地区的服务器，并在计算机中保存交通信息数据库， 来指导司机的决定。 此外，还有其他一些专门的移动应用，如航空、铁路、服务等行业，它们都 要求提供方便、快捷的服务。而自动交通税收、自动仪表信息收集和电子地图等 应用更具有明显的行业特殊性，更加需要移动数据库技术的支持。 1 1 2 通信、硬件和相应技术的发展 近年来，无线通信技术和相关硬件技术都有飞速的发展，移动数据库的相应 技术也获得了相应的发展，这些为移动数据库技术的进一步发展提供了可靠的技 术保障。 ( 1 ) 无线通信技术的发展 近年来，模拟蜂窝通信系统、数字蜂窝通信系统、无线局域网、无线广域网、 红外技术以及卫星通信技术都获得了巨大的发展。这些无线网络、通信技术的发 展为移动数据库技术的发展奠定了坚实的基础。 ( 2 ) 硬件技术的发展 目前，移动电脑、掌上电脑等硬件设备不断发展，其数据处理能力、数据存 储能力等都有很大的提高，而且随着电池技术的发展，这些移动设备可以长时间 工作而不必担心电力供用不足的问题，从而为人们无忧地畅游无线网络提供了保 障。 ( 3 ) 相应技术的发展 为了支持移动数据库系统，人们对相关的技术进行不断的完善和发展，包括 复制和缓存技术、数据广播技术、查询处理及优化技术以及移动数据库安全技术 等。这些技术的发展和完善极大的推动了移动数据库系统的发展。 在以上两种因素的交互作用下，移动数据库技术得到了飞速的发展，并且出 现了一批比较成熟的移动数据库产品，女h s y b a s e 移动数据库及其技术、o r a c l e 移 2 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 动数据库及其技术等。 1 2 移动数据库领域的国内外研究情况 由于移动数据库的广泛应用前景，国内外许多研究人员都纷纷开展了对移动 数据库技术的研究，并取得了许多有价值的成果，如移动数据库位置相关的查询 技术、复制和缓存技术、数据广播技术、查询处理及优化技术和分布式计算技术。 下面列出一部分近年来在移动数据库及其在相关领域中具有代表性的研究成果。 ( 1 ) 位置相关的查询技术 位置相关的查询是指查询结果依赖于移动用户当前位置的查询，对于同一个 查询请求，其提交的地点不同，返回的结果也将不同。在国外，a y s e y d i m ， m h d u n h a m ，v k u m a r 等提出了一种基于语义的位置相关数据的缓存方法【5 】； q r e n ，m h d u n h a m 研究了位置相关数据的查询处理技术 6 1 ：j d i n g ， l g r a v a n o ，n s h i v a k u m a r 研究了w e b 环境下数据的位置相关特性及其处理技 术1 7 j ；k l a m ，o u l u s o y 等探讨了位置感知的查询处理【8 】。在国内，丁治明，孟 小峰等研究了基于关系数据库的位置相关查询处理技术 9 1 ；陈良刚，孙未未等分 析了位置相关查询处理的近似回答的方法。 ( 2 ) 复制技术与缓存技术 复制技术是指在多个数据库结点上完成数据的备份，包括统一数据库间的复 制、统一数据库与远程数据库问的复制，其目的是保持数据库系统各结点中数据 状态的一致性。缓存技术是通过在客户机上缓存数据服务器上的部分数据，减少 客户访问数据库服务器的频率，从而提高系统的性能。在移动数据库系统复制方 面，人们已经进行了大量的研究，并提出了许多模型与算法，如j g r a y ，p h e l l a n d ， p o n e i l 等提出的两级复制算法】：s b y u n ，s m o o n 等提出的容错型定额同意 方法m ；s w u ，y c h a n g 提出的主动复制机制【1 3 l ；s h p h a t a k ，b r b a d r i n a t h 提出了一种有效的移动复制冲突处理模型一多版本冲突消解模型【1 4 】。在国内，丁 治明，孟小峰等研究了复制的移动数据库系统事务级同步处理策略【”】。 ( 3 ) 数据广播技术 无线网络在一个无线单元以内，从服务器到移动客户机的下行通信带宽一般 要远大于从移动客户机到服务器的上行通信带宽，而且移动客户机从服务器接收 数据的开销也远小于发送开销：在极端的情况下，即使是处于断接状态( 即无法 向服务器发送信息) 的移动客户机也可以选择接收从服务器发送的下行广播信 息。由于无线网络具有这样的特点，人们可以把上述热点数据组织起来，在一定 中南大学硕士学位论文第一章绪论 时间段内通过循环广播的形式进行广播，这样，移动客户端可以在掉线一段时间 并重新开机后也可以收到在一定时间段内的消息。在国外，s a c h a r y a ，s z d o n i k ， m f r a n k l i n 提出了不对称通信环境下光盘数据广播管理方法【1 6 l ；d a n i n d y a ， e v d e b r a ，c a s l i h a n 等提出了支持移动用户有效地检索数据库的广播协议【1 7 1 ； t i m i e l i n s k i ，b r b a d r i n a t h 提出了移动无线计算：数据管理的方案与挑战【1 8 l 。 在国内，孙未未，施伟斌研究了移动计算环境中数据广播访问时间优化算法【1 9 l ： 张德，董逸生研究了多播环境下的增量式查询归并方法【2 们。 ( 4 ) 查询处理及优化技术 移动查询优化技术与传统的分布式查询技术有所不同，它除了要考虑所有分 布式查询技术中遇到的问题外，由于移动网络的频繁的断接性、带宽多样性等原 因，还要考虑以下问题：移动查询路径选择问题、查询结果的延时问题和子查询 结果丢失问题等。在国外，c h a n g - h u n gl e e ，m i n g s y a nc h e n 等提出了使用交叉 远程移动连接方法处理分布式移动查询的方法【2 lj ；m i n g s y a nc h e n ，p h i l i ps y u 提出了在分布式查询方法中使用半等连的方法来处理交叉连接序列的方法【2 2 】； m i n g s y a nc h e n ，p h i l i ps y u 提出了使用连接与半连接方法来处理分布式查询的 方法【2 3 l 。在国内，钟武，胡守仁提出了一种分布式数据库查询优化算法【2 4 】；王 意沽，王勇军，卢锡城等对基于半连接的并行查询处理算法进行了研究【2 5 l 。 ( 5 ) 分布式计算技术 由于移动数据库也是一种分布式数据库，分布式计算技术对于移动数据库来 说也是其重要的技术之一。在国外，h i r a y a m a ，k a t s u t o s h i ，y o k o o 等提出的分布 式爆发算法1 2 6 l ；a s p n e s ，j a m e s ，o r l i 等提出的构成竞争力的分布式算法【”l ：l e e j u h o n g ，k i md e o k h w a n ，l e es e o k - l y o n g 等提出了在分布式异构多媒体数据库 环境下的分布式相似查询算法【2 ”。在国内，李定兰，陶树平对分布式触发子并行 算法及其性能进行了研究【2 9 】。 由于人们在以上技术上所做的努力和突破，促使移动数据库技术得到了飞速 的发展，并在很多应用领域中获得了巨大的成功，涌现了许多令人耳目一新的实 用系统。如人大金仓“小金灵”移动数据库产品、s y b a s e 公司的ia n y w a ys t u d i o 产品、o r a c l e 公司的o r a c l el i t e 产品等，它们在各种领域中发挥了越来越重要的作 用，带来了巨大的经济效益。 1 3 研究移动数据库相关技术的背景及意义 在数据库系统的研究历史中，传统的分布计算与分布式数据库的研究是基于 中南大学硕士学位论文第一章绪论 有线网络和固定主机的。这些都采用了一些默认的隐含假设，例如固定网络连接、 对等通信代价、主机节点固定不变等。但进入2 0 世纪9 0 年代以来，随着移动通信 技术和网络技术迅速发展，加之移动计算机和移动通信设备的大量普及，这样许 多计算节点可以在移动过程中与网络建立连接，使得上述假设条件不成立。于是， “移动计算”和“移动数据库”的概念应运而生，并且正在成为国际数据库界的 一个新的研究方向。所谓移动数据库( m o b i l ed a t a b a s e ) 就是指移动计算环境中的 分布式数据库。它涉及数据库技术、分布式计算技术、移动通讯技术等多个学科 领域。通俗地讲，移动数据库包括以下两层含义： ( 1 ) 人在移动时可以存取后台数据库。 ( 2 ) 人可以带着后台数据库的副本移动。 近年来对移动数据库的研究取得了很大的进步，国内外出现了一些比较好的 移动数据库产品。其s y b a s e 公司的移动数据库是比较成功的产品，它为许多公 司和企业提供一种有效的移动商务后台，保证了它们的移动商务的成功应用。虽 然s y b a s e 移动数据库取得了很大的成功，但在一些地方仍有其不足之处。例如， 在查询方面，没有考虑移动环境下移动主机作为数据源的情况下如何优化查询； 在复制方面，由于没有考虑人们修改数据的时间段有一定的规律，致使采用的复 制技术产生了一些不必要的网络资源的浪费。本文主要针对这些问题来对复制和 查询技术进行研究。 研究移动数据库技术对我国有特别重要的意义。 ( 1 ) 如前所述，作为移动计算环境应用开发的核心部件，移动数据库技术有 着广泛的应用及市场前景。移动数据库的发展将对人们使用信息的模式、概念、 方式和方法带来全新的变革，对经济、文化、教育和军事等领域产生巨大的影响， 并将提升我国的信息化建设水平。 ( 2 ) 移动数据库技术的研究也有利于我国信息产业的健康发展。我国目前的 信息产业从整体产业链的角度看大多处于技术下游，而拥有高额利润回报的中上 游技术大多掌握在别人手中。因此我国信息产业发展的当务之急是要在中上游技 术领域形成拥有自主产权的产品。而移动数据库技术在目前移动计算、普遍化计 算领域属于有创新的中上游技术，而且由于有广阔的应用背景，移动数据库的研 究成果可以转换为拥有自主产权的高科技产品，对我国信息产业的进一步发展可 谓意义重大。 中南大学硕士学位论文第一章绪论 1 4 本文研究的目的及内容 我选择“基于s y b a s e 移动数据库的复制与查询技术的研究”作为硕士论文题 目，其目的是为了研究和解决s y b a s e 移动数据库领域中所面临的一些问题，为移 动数据库的产品化和实用化提出一些方法。本文主要探讨了移动数据库的两个关 键问题，即复制和查询优化技术。论文的工作主要包括以下几个方面： f 1 ) 首先介绍移动复制技术的概念，然后按类别介绍目前应用得比较广泛、 比较成熟的移动复制技术，并分析它们的特点及其适合的条件，最后结合实际的 情况为货运公司的货运管理系统选择合适的移动复制技术。 ( 2 ) 在复制技术方面，s q lr e m o t e 复制技术还有其不足之处，这是因为它的 消息代理采用的是基于固定时间的消息轮询策略，在这种策略中，时间间隔值直 接影响整个复制系统的性能，所以一定要事先设定好，而在实际操作中，由于系 统的大小、修改数据量等因素的影响，时间间隔值很难事先给出。根据人们修改 数据的习惯，提出一种基于修改频率的消息轮询策略。通过实验证明，这种基于 修改频率的消息轮询策略大大地减轻了消息代理和邮件系统的负担，较好地解决 了因固定时间的消息轮询策略的不足而产生的问题。 ( 3 ) 在复制体系结构方面，由于移动网络的特殊性，传统的复制体系结构不 能适用于移动数据库系统，为此人们提出了三级复制体系结构。但是随着移动数 据库技术的发展和移动主机存储容量和处理能力的增强，移动主机作为查询的数 据源将被广泛应用，此时这种复制体系结构也将不能够很好地适用于移动数据库 系统了，针对这种变化，本文在三级复制体系结构基础上提出一种改进的复制体 系结构，并详细分析了此体系结构的组成部分及其作用，最后分析了数据复制的 过程。 ( 4 ) 针对在移动查询路径选择中，约束关系和网络特性对路径选择都有较大 的影响，根据这一特点提出一种新的移动查询的路径选择方法。该方法先把一个 查询分解成几个子查询并根据约束条件组合成几条备选路径，然后估算这几条备 选路经的元组大小，最后通过查询路径选择算法在这几条备选的查询路径中找到 较优的路径。 1 5 本文创新之处 论文中有创新的研究成果主要体现在以下几点： ( 1 ) 提出一种基于修改频率的s q lr e m o t e 复制技术的消息轮询策略及相应 中南大学硕士学位论文第一章绪论 的算法。此策略在运行期间根据收到的各远程数据库的邮件数动态地修改轮询邮 件系统的时间和向远程数据库发送信息的时间，从而减轻了消息代理和邮件系统 的负担，也保证了个远程数据库能及时地收到相应的修改信息，确保数据的一致 性，试验结果证明该算法是可行的。 ( 2 ) 提出一种改进的复制体系结构。该复制体系结构充分考虑了移动主机将 会成为查询的数据源而不仅仅是查询客户端这样一个趋势，此复制体系结构将严 格一致性复制协议和弱一致性复制协议有效地结合在一起，并充分考虑了各种数 据的复制情况，它很好地融合了数据复制技术、缓存技术、广播调度技术和语义 缓存技术，保证了此体系结构的可用性和可行性。 ( 3 ) 提出一种新的移动查询的路径选择方法。该方法充分考虑了约束关系和 网络特性这两个因素对路径选择中传输代价的影响，通过路径分解与组合、直方 图方法和路径选择算法实现了备选路径的较优选择，实验表明该方法可以在几条 备选路径中求得较优路径。 1 6 论文的组织结构 论文包括六章： 第一章介绍了论文的研究背景以及主要的研究内容。 第二章介绍移动复制技术的概念及目前应用得比较广泛的几种复制技术。 第三章分析s q lr e m o t e 复制技术的不足，提出了一种基于修改频率的s q l r e m o t e 消息轮询策略。 第四章根据移动数据库发展的需要提出一种改进的复制体系结构。 第五章针对移动环境的特点，提出一种新的移动查询路径选择方法。 第六章总结论文工作，给出继续研究的方向。 中南大学硕士学位论文第二章移动复制技术及其应用 2 1 引言 第二章移动复制技术及其应用 2 1 1 移动数据复制 移动数据复制【3 0 抓3 2 】就是在物理上完全不同的数据库之间共享数据，其中 一些数据库处于移动设备上。当应用程序在任意一个数据库中修改共享数据时， 就会将对数据库所做的修改传播到复制系统中的其他数据库中去。可以使用不同 的方法并通过多种渠道传播所做的修改，这样，既保持了数据的完整性，又允许 各种灵活的数据复制设置。 2 1 2 移动数据复制的优点 移动数据复制有以下两个主要的优点： ( 1 ) 数据可用性：移动数据复制系统的一大优点是：可以在本地数据库上访 问相应的数据，而不用通过与单个中心数据库之间的连接来获取数据，这因为对 所有数据库所做的修改都能通过复制系统将它们放映到本地数据库中来，这样可 以减轻中心数据库的负担。而且即使没有与中心服务器之间的任何连接，也可以 在本地数据库上访问相应的数据，这样，在远程网络连接中断时，仍然可以访问 数据。 ( 2 ) 响应时间：复制可以缩短数据请求的响应时间，原因有两个方面：第一 是因为请求是在本地服务器上处理的，因而无需访问广域网；第二是因为在本地 数据库上处理数据减轻了中心数据库服务器的负载，进而缓解了对处理器时间的 争用。 2 1 3 移动数据复制技术面临的问题 在实现移动数据的复制过程中也面i 临一些问题，以下是其面临的两个最主要 主要问题是： ( 1 ) 事务完整性：任何复制系统都面临的一个挑战是，需要确保每个数据库 始终保持事务的完整性，但是在多个数据库系统之间进行数据复制时，由于网络 中南大学硕士学位论文第二章移动复制技术及其应用 不稳定性等因素的影响，容易打破事务的完整性。 ( 2 ) 数据一致性：复制系统面临的另一挑战是，在整个系统中保持数据一致 性。由于网络条件的多样性等因素的影响，很难保证整个系统中的数据能够实时 地保持一致性，而只能是复制系统在整个体系中保持松散的一致性，即将期间所 做的所有更改以一致的方式复制到每个站点中，但不同站点在任意一个时刻拥有 不同的数据副本。 虽然移动数据复制技术面临不少的问题，但是通过人们的努力研究，其中许 多问题都已经得到了很好的解决，并且根据实际的需要人们研发了一些比较好的 移动复制技术【3 3 】。 2 2 移动复制技术 2 2 1移动复制技术的分类 目前，在移动数据库系统中，移动复制技术应用得比较广泛、比较成熟的有 m o b i l el i l l l ( ，s q lr e m o t e ，o r a c l el i t e ，r e p l i c a t i o ns e r v e r 等。按照复制数据时 连接方式和传送复制数据的不同，它们可以分成以下三类1 3 。 ( 1 ) 基于会话的复制 在基于会话的复制技术中，复制过程是通过某种直接通信连接实时进行的。 例如，可以通过调制解调器或无线调制解调器进行实时连接。远程站点可以按指 定的间隔( 几分钟、几小时、几天或几个星期) 进行实时连接。 基于会话的复制技术主要有m o b i l el i n k 和o r a c l el i t e 。图2 1 是m o b i l el i n k 复 制系统的示意图。 同步服务器 图2 1m o b i l el i n k 复制系统示意图 9 同步服务器 中南大学硕士学位论文第二章移动复制技术及其应用 基于会话的复制过程为：远程数据库首先打开一个与同步服务器的连接，然 后上载自上次同步以来对远程数据库所做的所有更改的完整列表：在收到该数据 后，服务器更新统一数据库，然后发回所有相关的更改；远程数据库接收整个更 改集，然后发回确认消息并关闭连接。 ( 2 ) 基于消息的复制 基于消息的复制技术主要使用消息在数据库问交换数据。消息通常是存放在 特定目录中的文件，或者是特殊格式的电子邮件。每个数据库连接的消息代理发 送与其数据更改有关的消息。该代理还从一个或多个其他数据库接收消息，然后 根据收到的消息内容来修改数据库。此系统允许在没有直接连接的数据库间进行 复制：基于不定时消息的连接( 例如电子邮件) 或定时拨号连接就足够了。 在基于消息的通信中，每个消息都包含自己的目标地址和其他控制信息，因 此，在进行信息交换的应用程序之间不需要直接连接。 消息服务使用存储并转发方法将每个消息传递到目的地。例如，电子邮件系 统存储消息，直至收件方打开其邮件文件夹阅读邮件时为止，此时电子邮件系统 转发消息。为了可靠地运行，基于消息的复制系统必须保证所有消息都能到达它 们的目的地，并且按消息的发送顺序应用消息。 基于消息的复制技术主要有s q lr e m o t e 。图2 2 是s q lr e m o t e 复制系统的示 意图。 图2 2s q lr e m o t e 复制系统的示意图 基于消息的复制过程为：远程数据库将修改的消息通过消息代理发送到邮件 系统；统一数据库轮询邮件系统，并将所有的修改数据复制到统一数据库中；统 一数据库将自己所做的修改信息发送到相应远程数据库的消息代理中；远程数据 库将相应消息代理中的数据取回并进行数据修改。 ( 3 ) 基于连接的复制 1 0 乏 砖一 一 占一 暑 中南大学硕士学位论文第二章移动复制技术及其应用 某些复制技术依赖于数据库之间的不问断或至少接近不问断的连接。两个数 据库通过这种连接进行不问断的对话。此类系统的优点是能够快速复制更改。实 际上，如果有充足的资源和通道容量，复制就能够可靠地进行，而延迟时间不会 超过几秒。 基于连接的复制技术可以进行实时的数据复制，主要用于少量数据库之间的 复制。它通常使用不问断的和可靠的高速连接。它包含存储并转发技术，这种技 术能够在连接中断又重建后自动继续复制。 基于连接的复制技术的这类系统的主要缺点是，可靠的不间断连接的维护费 用很高。由于这种限制，基于连接的技术适用于两个固定的大型数据库之间的复 制。如果环境中的远程计算机是移动的或者只是不定时地进行连接，则基于消息 或基于会话的技术可提供更灵活的解决方案。 基于连接的复制技术的主要有r e p l i c a t i o ns e r v e r 。图2 3 是r e p l i c a t i o ns e r v e r 复制系统的示意图。 厂1 厂7 ( 主数据库( _ 一副数据库( ) 、。j 、j 4 2 - 3r e p l i c a t i o ns e r v e r 复制系统的示意图 基于连接的复制过程为：主数据库的数据被修改后，立即将这种修改复制到 副数据库中。 222 移动复制技术应用的条件 对于不同种类的复制技术，它们在数据库的数量、连接的限制、等待时间以 及复制的数据量等方面都有着不同，下面分别作具体分析1 3 3 】。 ( 1 ) 基于会话的复制技术 大量数据库：基于会话的复制技术由于通过会话进行复制，统一数据库 不需要一直都与所有远程数据库进行联系，因此可以支持大量的远程数据库而不 使系统崩溃，在单个系统中，可支持数以千计的远程数据库。 不定时连接：基于会话的复制技术支持不定时连接到或间接连接到服务 器所在网络的数据库。基于会话的复制技术的可伸缩性仅受统一数据库管理系统 可伸缩性的限制。 等待时间比较长：等待时间是指在一个数据库中输入数据后到将数据复 中南大学硕士学位论文第二章移动复制技术及其应用 制到系统中的每个数据库之间的延迟时间。通常，统一数据库和各远程数据库按 指定的间隔( 几分钟、几小时或几天) 进行连接和同步。 复制的数据量比较小：统一数据库每次只能给所有远程数据库中的一个 准备下载信息。在使用基于会话的复制技术的系统中，如果数据量很大，就会造 成较长的连接时间，因为统一数据库与远程数据库在同步完成之前不能断开连 接。 ( 2 ) 基于消息的复制技术 大量数据库：基于消息的复制技术只需要复制修改日志，传送的数据量 比较小，因此可以用于支持大量的远程数据库。在单个系统中，可支持数以千计 的远程数据库，因为可以同时为多个远程站点准备消息。 不定时连接：基于消息的复制技术支持不定时连接到或间接连接到服务 器所在网络的数据库。 等待时间比较长：长等待时间意味着在一个数据库中输入数据后到将数 据复制到系统中的每个数据库之间的延迟时间很长。基于消息的复制技术通常按 指定的间隔( 几秒钟、几分钟、几小时或几天) 发送复制消息。 复制的数据量比较小：由于复制消息是不定时传递的，如果每个站点的 事务量很大，则消息量就会很大。基于消息的复制技术最适于每个远程数据库的 复制数据量较低的系统。但是，基于消息的复制技术可以在统一站点有效地同时 为多个站点准备消息。 ( 3 ) 基于连接的复制技术 少量数据库：基于连接的复制技术中，因为数据库之间要不间断的连接， 而且一个数据库的更改必须立刻传送到其他数据库，这样系统的开销很大，因此 只适用于支持服务器间的复制，其系统通常包括少于1 0 0 个服务器。 实时连接：数据库之间可通过广域网进行连接，基于连接的复制技术适 用于以下情况：有一个接近实时的连接通路，用于在系统中的服务器间进行数据 交换。 等待时间比较短：短等待时间意味着在一个数据库中输入数据后到将数 据复制到系统中的每个数据库之间的延迟时间较短。对于基于连接的复制技术， 通常在一个数据库中修改数据后，几秒钟后就会发送复制消息。 复制的数据量比较大：由于具有近乎不间断的连接和较高的性能，因此， 基于连接的复制技术适用于处理高容量复制消息，当然也可以处理低到中等容量 复制消息。 中南大学硕士学位论文第二章移动复制技术及其应用 2 3 移动复制技术的应用 不同的复制技术有着不同的应用条件，在实际中如果要为一个应用系统选择 合时的移动复制技术，还要考虑以下四点。 ( 1 ) 统一数据库的选择：可以根据已有的复制技术来选择统一数据库。但在 如果统一数据库已经存在，必须更改复制技术以便与它配套使用。 m o b i l el i n k 和o r a c l el i t e 可以与许多常用的数据库服务器一起使用，包括 a d a p t i v es e r v e ra n y w h e r e 、s y b a s ea d a p t i v es e r v e re n t e r p r i s e 、o r a c l e 、m i c r o s o f t s q ls e r v e r 和i b md b 2 等。在s q lr e m o t e 系统中，中心数据库必须是a d a p t i v e s e r v e ra n y w h e r e 或s y b a s ea d a p t i v es e r v e re n t e r p r i s e 【3 4 】。 ( 2 ) 远程数据库系统在所支持的远程数据库类型方面，不同的复制技术也互 不相同。m o b i l el i n k 允许将a d a p t i v es e r v e ra n y w h e r e 或u l t r a l i t e 作为远程数据 库。s q lr e m o t e 仅支持a d a p t i v es e r v e ra n y w h e r e 远程数据库。o r a c l el i t e 支持 o r a c l e 数据库。 ( 3 ) 网络特性：m o b i l el i n k 、s q lr e m o t e 和o r a c l el i t e 非常适用于不定时连 接环境。在这类环境中远程站点必须孤立地运行几小时或几天，当网络连接可用 时，就可以进行更频繁的同步。与之相比，r e p l i c a t i o ns e r v e r 适用于不间断连接， 它可以快速复制大量的数据。m o b i l el i n k 是基于会话的复制，要求在同步过程中 要实时连接。如果此连接在同步完成之前中断，则在下次同步之前，无法完成此 过程。相对而言，s q lr e m o t e 通过消息来传递信息( 消息的发送或接收可以异 步进行) 。这些消息可以采用硬盘上的文件或电子邮件形式。在收到消息后，就 可以对消息进行处理了，从而以递增的方式进行复制。 ( 4 ) 在特定时间保持数据一致性：在每个m o b i l el i n k 和o r a c l el i t e 同步会话刚 完成后，两个数据库中的数据是一致的。m o b i l el i n k 和o r a c l el i t e 基于会话的复 制的优点之一是，在特定时刻能够保证远程站点数据的一致性。例如，如果要在 特定时间( 例如上午1 0 点) 使远程站点的数据准确反映统一数据库中的数据，则 可以在快要到这一时刻时进行同步来实现此目的。只要同步成功完成，就可保证 远程站点数据是最新的。 在通过消息交换复制数据更改时，很难保证在任何特定时刻某个远程站点的 数据与统一站点的数据完全一致。例如，有时消息在传递过程中丢失。s q l r e m o t e f l 够自动识别这种故障并重新发送消息，但这种中断可能会造成意想不到 的延迟。 上面四点是作为选择移动复制技术的重要依据，在为一个方案选择复制技术 中南大学硕士学位论文第二章移动复制技术及其应用 时，必须将它们进行综合的考虑。在此，没有把性价比的因素考虑进去，在实际 的选择时，性价比也可以作为一个重要的参考因素。 下面看一个应用实例，为一个货运公司的货运管理系统选择复制技术。货运 公司的货运管理系统的业务结构图如图2 4 所示。 图2 - 4 货运公司的货运管理系统的业务结构图 先分析货运公司及其货运管理系统的模式具有的特点： ( 1 ) 公司根据经营的范围把整个范围分为不同的地域，在不同的地域建立有 存货的仓库。