云資源管理與虛擬化技術(shù) 第6章 云計算 數(shù)據(jù)庫

第6章云計算數(shù)據(jù)庫的研究6.1云計算數(shù)據(jù)庫6.2云計算數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn) 過程中要解決的基本問題6.3關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與NoSQL數(shù)據(jù)庫6.4云數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢

6.1云計算數(shù)據(jù)庫

云計算數(shù)據(jù)庫的基本思想

云計算數(shù)據(jù)庫是一個面向云計算的數(shù)據(jù)庫資源管理平臺，旨在為現(xiàn)有大量位于Internet后臺的數(shù)據(jù)庫資源的共享提供一個云計算接入環(huán)境，為云計算應(yīng)用提供基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)級的數(shù)據(jù)庫資源訪問、發(fā)現(xiàn)、整合等一系列問題的通用解決方案。

云計算數(shù)據(jù)庫的目標是要成為云計算平臺的一個組成部分，它的本質(zhì)是位于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和云計算數(shù)據(jù)庫用戶之間的一層中間件。

6.2云計算數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)過程中

要解決的基本問題

1.關(guān)鍵技術(shù)

1)數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

為保證高可用、高可靠和經(jīng)濟性,云計算采用分布式存儲的方式來存儲數(shù)據(jù)，采用冗余存儲的方式來保證存儲數(shù)據(jù)的可靠性，必須具有高吞吐量和高傳輸率的特點。

2)數(shù)據(jù)管理技術(shù)

數(shù)據(jù)管理技術(shù)能夠高效地管理大數(shù)據(jù)集，在規(guī)模巨大的數(shù)據(jù)中找到特定的數(shù)據(jù)。

云計算的特點是對讀取后的海量的數(shù)據(jù)存儲進行大量的分析，數(shù)據(jù)的讀操作頻率遠大于數(shù)據(jù)的更新頻率，云中的數(shù)據(jù)管理是一種讀優(yōu)化的數(shù)據(jù)管理。

3)數(shù)據(jù)安全技術(shù)

“云安全”通過安全廠商自建的數(shù)據(jù)中心與客戶端相互合作，共同對用戶訪問的Web內(nèi)容進行安全防護，對有毒的網(wǎng)頁進行標記。

2.實現(xiàn)過程中必須要解決的基本問題

1)云計算數(shù)據(jù)庫資源發(fā)現(xiàn)

在云計算開發(fā)環(huán)境下，大量云計算數(shù)據(jù)庫資源共存且完全獨立于應(yīng)用。云計算數(shù)據(jù)庫對外界發(fā)布共享的數(shù)據(jù)，應(yīng)用要找到合適的數(shù)據(jù)源依賴于一套資源注冊和發(fā)現(xiàn)機制。

2)云計算數(shù)據(jù)融合

面對多個異質(zhì)、分布、自治的數(shù)據(jù)資源，需要對其進行整合，形成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖，或者稱為虛擬數(shù)據(jù)庫。

3)云計算海量數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用是數(shù)據(jù)密集型的，在其運行過程中會產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，這就需要數(shù)據(jù)庫盡可能保證數(shù)據(jù)的安全性和存取的效率。

4)容錯性控制

云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫訪問連接，容易受到網(wǎng)絡(luò)、站點局部控制與突發(fā)事件等因素的制約，因此云計算必須負責(zé)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)庫狀態(tài)，處理異常情況，保證數(shù)據(jù)操作的正確性和效率。

6.3關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與NoSQL數(shù)據(jù)庫

6.3.1關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的劣勢

（1）高并發(fā)讀/寫速度慢。這種情況主要發(fā)生在數(shù)據(jù)量達到一定規(guī)模時，由于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)邏輯非常復(fù)雜，容易發(fā)生死鎖等并發(fā)問題，從而導(dǎo)致其讀/寫速度下降。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫勉強可以應(yīng)付上萬次的SQL查詢，但硬盤I/O往往無法承擔(dān)上萬次的SQL寫數(shù)據(jù)請求。

（2）支撐容量有限。類似Facebook、Twitter這樣的SNS網(wǎng)站，每天產(chǎn)生海量的用戶數(shù)據(jù)，每月會產(chǎn)生幾億條用戶數(shù)據(jù)，對于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來說，在一張數(shù)億條記錄的表里面進行SQL查詢，效率是極低的。

（3）擴展性差。數(shù)據(jù)庫是最難進行橫向擴展的。當一個應(yīng)用系統(tǒng)的用戶量和訪問量與日俱增的時候，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫沒有辦法通過簡單地添加更多的硬件和服務(wù)器節(jié)點來擴展性能和負載能力。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行升級和擴展是非常痛苦的事情，往往需要停機維護和數(shù)據(jù)遷移。（4）建設(shè)和運維成本高。企業(yè)級數(shù)據(jù)庫的價格很高，并且隨著系統(tǒng)的規(guī)模增大而不斷上升。高昂的建設(shè)和運維成本無法滿足云計算應(yīng)用對數(shù)據(jù)庫的需求。

6.3.2

NoSQL數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型

非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫NoSQL（NotonlySQL）,

NoSQL關(guān)注對數(shù)據(jù)高并發(fā)讀/寫和海量數(shù)據(jù)的存儲，在架構(gòu)和數(shù)據(jù)模型方面做了簡化，而在擴展和并發(fā)等方面做了增強。目前，主流的NoSQL數(shù)據(jù)庫包括BigTable、HBase、Cassandra、SimpleDB、CouchDB、MongoDB與Redis等。6.3.2

NoSQL常用數(shù)據(jù)模型

1.Columnoriented(列式)

列式的特點是在存儲數(shù)據(jù)時，主要圍繞著“列”，而不是像傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫那樣根據(jù)“行（row）”進行存儲。

屬于同一列的數(shù)據(jù)會盡可能地存儲在硬盤的同一頁中，而不是將屬于同一個行的數(shù)據(jù)存儲在一起。

列式數(shù)據(jù)模型適合匯總和數(shù)據(jù)倉庫這類應(yīng)用。

2.Keyvalue(鍵值)

一個Key對應(yīng)一個value，這種存儲形式能提供非?？斓牟樵兯俣取⒋蟮臄?shù)據(jù)存放量和高并發(fā)操作，非常適合通過主鍵對數(shù)據(jù)進行查詢和修改等操作，雖然不支持復(fù)雜的操作，但是可以通過上層的開發(fā)來彌補這個缺陷。

3.Document(文檔)

在結(jié)構(gòu)上，Document和Keyvalue是非常相似的，也是一個Key對應(yīng)一個value，但是這個value主要以JSON或者XML等格式的文檔來進行存儲，是有語義的并且Document一般也可對value創(chuàng)建Index，方便上層的應(yīng)用，而Keyvalue不支持。6.3.3

NoSQL數(shù)據(jù)庫的優(yōu)劣勢分析

主要NoSQL數(shù)據(jù)庫之間的比較

1.優(yōu)勢

（1）擴展簡單。例如Cassandra，由于其架構(gòu)類似于經(jīng)典的P2P，因此能夠通過簡單添加新的節(jié)點來擴展集群。

（2）讀/寫快速。例如Redis，由于其邏輯簡單，純內(nèi)存操作，因此具有非常出色的性能，單節(jié)點每秒可以處理超過10萬次的讀/寫操作。

（3）成本低廉。因為大多數(shù)NoSQL數(shù)據(jù)庫都是開源軟件。 6.4云數(shù)據(jù)庫的