[发明专利]数据库管理系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及数据库管理系统。更具体地，本发明涉及一种方法和设备，用于实现多用户、弹性的、按需的分布式关系数据库管理系统，其特征在于原子性、性能和可扩展性。

背景技术

在过去这些年中，用于存储和检索消息的数据库的使用已经在大量的商业应用中显现为重要的工具。初始，许多数据库系统在具有多个用户的单个服务器装置上操作。然而，在过去这些年中，各种因素已经产生，它们要求数据库架构的基本特性改变。作为第一因素，数据库存储要求已经变得极大。其次，试图访问这样的数据库的用户的数量也已经变大。第三，用于检索具有最小的更新的相对稳定的数据的数据库的使用已经被替换为事务处理。

事务是必须整体完成的工作的单位。单个事务可以包括多个数据操纵。例如，单个事务可以包括读取操作，随后是写入操作。近年来，大量的努力已经针对使得关系数据库能够支持日益增长的事务处理的速率。

现在通过限定ACID属性的标准来判断数据库，该ACID属性即原子性、一致性、隔离性和持久性。原子性确保以其整体来完成所有的事务任务。一致性保证仅有效的数据被写入数据库。隔离性保证其他操作在事务期间不能访问或“观看”在中间状态中的数据。持久性保证一旦已经成功地处理了事务，则它不能被复原。

一致性在多用户系统中特别重要，在多用户系统中，两个或更多的用户可能寻求对于共享的易失性数据的同时访问。早期的多用户系统使用锁定操作来保证一致性。锁定可以是排他的或写入的锁定或者是非排他的或读取的锁定，并且可以被应用到单独的记录或被应用到页面。然而，当数据库在大小上已经增大时并且当事务速率已经提高时，用于管理锁定的开销已经变得显著，并且在一些情况下已经变为禁止性的。

多版本并发控制（MVCC）是用于保证同时性的替代处理。对于复杂数据库，MVCC可以比锁定更有效。MVCC使用时间戳或增加的事务标识（ID）来串行化记录的不同版本。每一个版本允许事务读取在时间戳或ID前的对象的最近版本。利用该控制方法，其他用户将看不到例如对于记录的任何改变，直到提交了该改变。MVCC也消除了具有其他附加的开销的锁定，并且建立了其中读取操作不能阻挡写入操作的系统。

除了满足ACID测试之外，现在存在对于针对用户的连续可用性的要求。一些数据库系统将一个计算机系统专用于事务处理，并且将另一个专用于决定支持和其他报告处理。它们互连使得可以同时支持其他功能。随着数据库在大小和复杂度上增大，现有的数据处理系统被替换为更强大的数据处理系统。用于适应于增长的另一种手段涉及复制系统，其中，一个机器被指定为“头”机器，其使所有的复制机器保持同步。如果头机器故障，则处理将那个功能分配给另一个复制机器。不同的复制机器可用于特定用户。该手段不是可扩展的，因为所有的机器必须具有相同的能力。

作为另一种手段，可以将多个自治数据库系统整合为单个“联合”数据库，该单个“联合”数据库具有计算机网络，该计算机网络互连各个独立的数据库。联合数据库要求“中间件”来将构成的数据库保持同步。这个“中间件”可以变得很复杂。当数据库大小增大时，操作中间件所需要的资源可能施加足以使得整体系统性能变差的大的开销。

“分区”是用于实现数据库的另一种手段，在该数据库中，逻辑数据库或其构成元素被划分为不同的独立部分。在分布式数据库管理系统中，每一个分区可以在多个节点上扩展。在给定节点的用户可以对于该分区执行局部事务。也可以通过形成较小的数据库或通过分割仅一个表格的选择的元素来实现分区。

对于分区存在两种一般的手段。在也被称为“分片”的水平分区中，将不同的行置于不同的表格和不同的服务器中。一般，它们具有特定的共性，诸如邮政编码的范围或按照范围划分为不同表格的姓。例如，第一数据库可能包括用于在范围A至M中的姓的所有记录；第二数据库针对在范围N至Z中。作为一种形式的水平分区的分片涉及将数据库的行定位在分离的服务器上。分片不计算在每一个表格中的行的数量，并且提高搜索性能。然而，分片在应用级使用散列码，这使得其太难以实现。它也包含两阶段递交。分片的复杂性使得其适合于特定应用，因为用于限定分片的基础被良好地限定。

垂直分区包含创建具有较少的列并且在表格上分割列的表格。象联合数据库那样，垂直分区需要中间件来确定如何将对于特定字段的任何请求路由到适当的分区。另外，这些系统使用实现起来复杂的两阶段提交序列。