基于ORBIX的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

基于ORBIX的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：本文給出了基于CORBA的ORBIX分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，就使用ORBIX實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵技術(shù)即分布式事務(wù)處理、交易服務(wù)、會話管理等進行了研究。關(guān)鍵詞：CORBA；ORBIX；分布式數(shù)據(jù)庫；資源管理器；XA接口ABSTRACT：TheORBIXdistributeddatabasesystemarchitectureisgiveninthisthesis.Onthisbasis，Severalkeytechnologysuchasdistributedtransactionprocessing、hedevelopmentofdistributeddatabasesystemareresearched.KeyWords:CORBA；ORBIX；DistributedDatabaseSystem；Resourcemanager；XAInterface物理上分散而邏輯上有集中是分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DDBS)的最顯著的特點。DDBS的實現(xiàn)實際上就是將分布在不同地理位置上的集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過相應(yīng)的軟件連接起來構(gòu)成邏輯上統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。而對于任何節(jié)點用戶來說使用DDBS就好象在使用一個集中式數(shù)據(jù)庫。CORBA規(guī)范是目前最為流行的應(yīng)用最廣的分布式對象技術(shù)。CORBA的目的是定義一套協(xié)議，符合這個協(xié)議的對象可以互相交互，不論它們是用什么樣的語言寫的，不論它們運行于什么樣的機器和操作系統(tǒng)。從而簡化了簡化本地與遠地對象間的通信，使之以透明的方式實現(xiàn)互連、互通與互操作，免去繁瑣易于出錯的底層工作，使大型分布軟件開發(fā)工作相對地提高速度并增加其可靠性[1]。2相關(guān)技術(shù)在分布式數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的設(shè)計過程中需要解決分布存儲、分布式查詢處理、邏輯互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)葐栴}，其復(fù)雜性導(dǎo)致軟件開發(fā)成本高、開發(fā)周期長。所以在開發(fā)過程中若能充分利用現(xiàn)有的分布式計算技術(shù)，將極大提高分布式數(shù)據(jù)庫的開發(fā)效率[5]。（1）CORBA的主要內(nèi)容包括：IDL接口定義語言、ORB核心、OA對象適配器、IDL樁、IDL構(gòu)架、DII動態(tài)調(diào)用接口、DSI動態(tài)程序構(gòu)架接口、GIOP協(xié)議[1]。（2）Orbix是IONA公司研制的基于庫的CORBA規(guī)范實現(xiàn)，支持Windows、OS/2、各種UNIX等20余種操作平臺。Orbix是建立在IONA的ART(AdaptiveRuntimeTechnology)技術(shù)之上的。ART高效的模塊化結(jié)構(gòu)允許在運行過程中添加新的功能模塊，只是通過改變配置的設(shè)置就可以完成。這樣大大的縮減了開發(fā)時間[2]。3基于ORBIX分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1為基于Orbix的分布是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中每個客戶端Orbix對一個客戶應(yīng)用程序，每個服務(wù)器端Orbix對應(yīng)一個服務(wù)器應(yīng)用程序。使用XA接口，使全局事務(wù)的提交是由交易服務(wù)控制，應(yīng)用程序只需通知交易服務(wù)提交或回滾事務(wù)，就可以控制整個事務(wù)（可能涉及多個異地的數(shù)據(jù)庫）的全部提交或回滾，應(yīng)用程序完全不用考慮沖正邏輯。XA協(xié)議屬于X/OPENDTP（DistributedTransactionProcessing）模型中的一部分，是中間件產(chǎn)品與數(shù)據(jù)庫之間的標準協(xié)議。采用ADO作為數(shù)據(jù)庫連接工具，從而簡化了數(shù)據(jù)庫訪問的開發(fā)過程，數(shù)據(jù)訪問更快捷，支持當前流行的各種數(shù)據(jù)庫格式，有利于使用當前已有的數(shù)據(jù)資源。4ORBIX分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)4.1分布式事務(wù)處理事務(wù)指一個程序或程序段，在一個或多個資源如數(shù)據(jù)庫或文件上為完成某些功能的執(zhí)行過程的集合。為了支持面向?qū)ο?、分布式、事?wù)處理應(yīng)用，實現(xiàn)了（1）對象事務(wù)管理器。（2）X/OpenXA接口。（3）兩階段提交（2PC）[4]協(xié)議。4.1.1分布事務(wù)管理器數(shù)據(jù)庫，支持本地事務(wù)。當一個應(yīng)用需要兩個或多個資源管理器參與同一事務(wù)時，某第三方必須提供必要的協(xié)調(diào)以保證分布式事務(wù)的ACID屬性。應(yīng)用程序使用事務(wù)管理器創(chuàng)建事務(wù)。處理期間訪問的每個資源管理器都是一個事務(wù)的參與者。因而，當應(yīng)用程序完成事務(wù)時，要么一個提交請求，要么一個回滾請求，事務(wù)管理器與每個資源管理器聯(lián)絡(luò)。4.1.2OTS和X/OpenXA接口接口功能:提供管理事務(wù)劃分（創(chuàng)建和完成）的接口，將事務(wù)信息傳播給事務(wù)參與者和接口，允許應(yīng)用參與事務(wù)。X/OpenXA接口用于數(shù)據(jù)庫的集成，以形成數(shù)據(jù)庫的邏輯連接。如圖2所示為客戶、應(yīng)用、OTS及資源管理之間互操作獲得ACID屬性的過程。包括以下步驟：（1）客戶與OTS鏈接并創(chuàng)建一個事務(wù)。（2）客戶在事務(wù)環(huán)境中對應(yīng)用作出調(diào)用并更新一些數(shù)據(jù)。（3）應(yīng)用程序檢測到數(shù)據(jù)正在被更新并創(chuàng)建一個資源對象，向事務(wù)注冊資源對象。（4）客戶通過與OTS實現(xiàn)聯(lián)系，試圖提交事務(wù)。（5）事務(wù)開始提交協(xié)議。選擇哪種協(xié)議（1PC或2PC），依據(jù)向事務(wù)注冊資源對象數(shù)量及OTS是否支持1PC優(yōu)化而定。（6）假定使用了2PC協(xié)議，OTS發(fā)送一個準備信息到資源。資源存貯足夠的信息以防萬一失敗（例如，通過將改變寫入一個日志文件）。資源對象表決提交事務(wù)。（7）OTS收集所有資源對象的表決并決定事務(wù)的結(jié)果。將決定發(fā)送到所有的注冊資源對象。（8）資源對象根據(jù)收到的提交或回滾消息作出必要的改變并將決定保存到日志中。（9）OTS返回結(jié)果給客戶。4.2交易服務(wù)交易服務(wù)提供對象的位置和發(fā)現(xiàn)的設(shè)施。與CORBA命名服務(wù)按名字定位對象不同，對象在交易服務(wù)中是沒有名字的。服務(wù)器根據(jù)對象所提供的服務(wù)類型在交易服務(wù)中廣告該對象。客戶通過查問交易服務(wù)定位感興趣的對象，以查找所有提供特殊服務(wù)的對象?？蛻裟軌蜻M一步限制只搜索那些具有特殊特性的對象。CORBA交易服務(wù)是允許注冊具有功能性描述對象的一個交易服務(wù)。該服務(wù)通過使服務(wù)更易定位極大地增加了分布式系統(tǒng)的可伸縮性。一個交易包含許多描述服務(wù)的服務(wù)類型。服務(wù)器輸出一個提議給交易服務(wù)，包括其中一個對象對象引用和由服務(wù)類型定義的屬性值?？蛻艟湍馨凑者@些屬性使用稱為約束（constraint）的過濾器查詢交易服務(wù)。交易者為客戶返回一個服務(wù)提議。客戶就能使用提議中的對象引用在服務(wù)器上調(diào)用。交易服務(wù)是構(gòu)造有效分布式應(yīng)用的工具。用屬性注釋服務(wù)提議和允許根據(jù)這些屬性使用約束過濾提議的優(yōu)點使客戶可以選擇提議而不會導(dǎo)致每個對象上調(diào)用操作的管理費用。4.2.1服務(wù)類型（1）服務(wù)類型定義服務(wù)類型是交易服務(wù)的一般性描述。包括：①類型名：唯一地標識服務(wù)類型。②接口類型：定義IDL接口，必須與廣告的對象類型相一致。接口類型描述廣告的服務(wù)IDL簽名。接口類型是一個字符串其格式因該是全局名或是一個如上所述服務(wù)類型名的接口倉庫標示符。當輸出一個新的服務(wù)時，交易器可使用接口倉庫確定廣告的對象與接口類型定義的接口一致。一個對象與一個接口一致如果他實現(xiàn)該接口，或它實現(xiàn)該接口的子類。③屬性類型：屬性類型的集合定義服務(wù)提供者的屬性。屬性類型的定義由名字，值類型和方式組成。值類型是CORBA::TypeCode，模式表示屬性是強制的，還是只讀的。強制屬性不能刪除，只讀屬性能被刪除。④超類型能夠從其它服務(wù)類型繼承過來，封裝服務(wù)類型共有的行為和特性。（2）服務(wù)提供者服務(wù)提供者是服務(wù)類型的實例。服務(wù)提供者特性：①服務(wù)類型名使提供者和某一服務(wù)類型關(guān)聯(lián)。②對象引用是一個指向為客戶提供服務(wù)的對象指針。③屬性集合描述該服務(wù)提供者，并且屬性與服務(wù)類型定義的屬性類型一致。交易器使用指定的服務(wù)類型定義在新的提供者上執(zhí)行幾個確認步驟：①輸出者為所有的mandatoryproperty提供值（包括所有從其超類型繼承過來的服務(wù)類型）②對象必須與服務(wù)類型定義的接口類型一致。③所有屬性的值類型必須與服務(wù)類型定義的值類型匹配。（4）交易服務(wù)組成交易器依據(jù)它所支持的接口具有不同的功能。其接口有Lookup、Register、Admin、Link、Proxy。①最簡單的交易器是Querytrader，只支持Lookup接口。②簡單的交易器不僅支持Lookup接口，而且支持具有Register接口的提供者的輸出。③獨立的交易者支持簡單交易器接口，又支持使用Admin接口的交易器的配置管理。④代理交易器支持獨立交易器接口也支持proxy接口。代理交易器本質(zhì)上為延遲的提供者賦值輸出lookup接口，可用于封裝遺留系統(tǒng)或作為一種服務(wù)提供者工廠。⑤連接交易器支持獨立交易器，使用Link接口支持交易器同盟。⑥full-service交易器組合所有的功能接口。4.2.2配置和運行交易服務(wù)（1）配置配置和運行交易服務(wù)有幾個必須的預(yù)備步驟。操作的一般次序如下：①確定在那臺主機上運行主交易服務(wù)，那臺主機運行從交易服務(wù)。②確定主，次端口號，復(fù)制器將偵聽。③將主機和端口號信息輸入到配置中。④配置交易服務(wù)以復(fù)制或非復(fù)制的方式運行。⑤在“預(yù)備”模式運行交易服務(wù)以獲得使客戶能夠與服務(wù)交互的初始引用。⑥將第4步獲得的每個引用加到配置數(shù)據(jù)庫中。⑦啟動主交易服務(wù)及從交易服務(wù)（2）運行交易服務(wù)如圖3所示為典型的客戶與服務(wù)器使用交易器相互交互過程：①一個提供者服務(wù)器為交易器增加一個服務(wù)類型（Printer）。Printer類型描述辦公室打印機具有的屬性。服務(wù)類型名與IDL接口名不同。②打印機服務(wù)器創(chuàng)建一個printer_if對象。它輸出該對象的對象引用到交易服務(wù)作為類型Printer的一個提供者。正常情況下，等待請求到來。③客戶過程為一個Printer提供者查詢交易服務(wù)。④然后客戶過程使用在提供者中獲得的對象引用調(diào)用打印機服務(wù)器。（3）交易服務(wù)編程與交易器交互的三個主要步驟：①使用提供者服務(wù)器增加一個服務(wù)類型。如果交易服務(wù)內(nèi)相應(yīng)的服務(wù)提供者類型不存在，則創(chuàng)建它②使用打印機服務(wù)器注冊一個服務(wù)提供者：例如，創(chuàng)建一個對象，一個IDL接口PrintServer的實例在類型Printer的服務(wù)提供者內(nèi)，向交易服務(wù)登記對象引用。服務(wù)器就可正常接受對象調(diào)用。③使用客戶獲得一個服務(wù)提供者。查詢交易服務(wù)恢復(fù)一個服務(wù)提供者；使用在服務(wù)提供者中指定的對象引用調(diào)用服務(wù)器上的對象。4.2.3交易服務(wù)實例從圖3交易器包含的提供者集合能夠獲得多么大量的數(shù)據(jù)。此外，交易器能夠連接起來（聯(lián)合）為服務(wù)提供者相互搜索。這意味著，一個查詢需要控制在合理的時間內(nèi)完成搜索。查詢也需要控制返回的數(shù)據(jù)量。查詢以服務(wù)類型名開始。通過使用在一個或多個服務(wù)屬性上使用一個約束限制搜索適當提供者。也可以指定一些限制因素，包括返回的提供者數(shù)量，優(yōu)先排序，實際返回的屬性值。交易服務(wù)如何使用這些因素處理一個查詢，產(chǎn)生一序列所要的服務(wù)提供者。當交易服務(wù)處理一個查詢時，縮小在所有相關(guān)連的交易器中所有的潛在提供者集合，通過它收集一序列提供者在一起。交易服務(wù)使用查詢輸入確定如下：①服務(wù)名確定一個提供者是否是適當?shù)姆?wù)類型。②使用屬性約束確定提供著是否與客戶指定的標準匹配。③優(yōu)先順序確定提供者在序列中的位置。④使用所要的屬性確定返回哪個提供者的屬性值。4.3會話管理為了清除只有那個客戶使用的資源，分布式系統(tǒng)需要是知道客戶過程何時結(jié)束。在服務(wù)器方，基于會話的應(yīng)用分配資源滿足客戶請求。為了防止服務(wù)器膨脹，必須探測與服務(wù)器有關(guān)的客戶何時完成。（1）租賃框架：租賃插件是Orbix的一個擴展特色，通過探測使用服務(wù)器的客戶何時停止管理服務(wù)器端。使用租賃框架來完成。當一個客戶啟動時，它能獲得某一個服務(wù)器的一個租約，周期性的更新。當客戶結(jié)束，它自動釋放租約。如果客戶崩潰，服務(wù)器稍后會檢測到租約過期。在這種方式中，得體的和不得體的客戶過程結(jié)束都能被檢測到。（2）服務(wù)器端，租賃框架操作：（1）當一個服務(wù)器啟動，它自動裝載租賃插件。（2）初始化期間，服務(wù)器通告租賃，在命名服務(wù)中導(dǎo)致一個LeaseCallback對象。（3）每當服務(wù)器輸出對象引用（IORs），插件自動地以CORBA方式在IOR中增加租賃信息。（3）客戶端，租賃框架操作：（1）當客戶端啟動時，它自動裝載租賃插件。（2）插件根據(jù)包含租賃細節(jié)的IOR檢測客戶將要調(diào)用的對象。插件發(fā)起與目標服務(wù)器會話獲得一個租賃。（3）插件自動地更新需要的租賃。（4）有關(guān)客戶端關(guān)閉：如果客戶端正常關(guān)閉，插件自動地釋放租賃。如果客端崩潰，服務(wù)器端插件稍后就知道客戶最近沒有更新的租賃。租賃過期，允許服務(wù)器適當?shù)厍宄?。?）客戶端使用租賃插件客戶插件在其生命周期中定期調(diào)用命名服務(wù)。因此，在運行租賃客戶之前，Orbix域應(yīng)具有一個適當配置的定位器，激活程序，及命名服務(wù)準備。使用租賃框架的客戶部署需要改變所要做的事情只是它的配置。特別是，插件必須在ORB插件列表中增加插件，并被配置參與綁定。（