大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計與功效探討

鐘靜

【摘要】數(shù)據(jù)庫性能的影響因素是綜合性的，當中包括DBMS的自身性能，以及數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計，查詢設(shè)計和數(shù)據(jù)庫運行環(huán)境等等，本文簡單探討了影響數(shù)據(jù)庫性能的幾個方面，同時提出了一些建設(shè)性意見。

【關(guān)鍵詞】大型數(shù)據(jù)庫；系統(tǒng)；設(shè)計；功效

大型數(shù)據(jù)庫執(zhí)行情況長期以來都對于系統(tǒng)用戶有著重大的影響。在設(shè)計軟件項目時，測試用例數(shù)據(jù)量比較小，執(zhí)行效率中很多問題都沒有顯現(xiàn)出來。當大型數(shù)據(jù)系統(tǒng)交付后，客戶運行軟件一段時間后，數(shù)據(jù)量執(zhí)行效率中存在的問題就會突顯出來。而軟件設(shè)計者可能因為已過服務(wù)期，就不會花多余時間與興趣來解決這個性能問題。執(zhí)行效率與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的硬件參數(shù)配置，以及網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)配置都有較大關(guān)聯(lián)，邏輯設(shè)計與各種數(shù)據(jù)庫工具應(yīng)用也會影響數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行效率。大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計較好，也能夠有效避免數(shù)據(jù)流峰值，以及瓶頸等部分的不利影響。

一、大型數(shù)據(jù)庫的選型

當下數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品種類繁多，選擇合適的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品與數(shù)據(jù)庫技術(shù)一樣重要。數(shù)據(jù)庫的廠商往往會將產(chǎn)品最佳面表現(xiàn)在性能清單以及技術(shù)基準表上，對數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的缺點避而不談，這樣就會導致客戶選擇時走進誤區(qū)。數(shù)據(jù)庫選型通常要考慮五個主要因素，包括開發(fā)需求和數(shù)據(jù)庫性能及成本，數(shù)據(jù)庫的運行與管理、是否可以升級、總體的擁有成本。

二、大型數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

（一）數(shù)據(jù)模式的設(shè)計

在數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計中，為確保數(shù)據(jù)庫一致性與完整性，數(shù)據(jù)庫應(yīng)該依照關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化要求來完成設(shè)計。在這些條件下完成的數(shù)據(jù)模式設(shè)計可以規(guī)避冗余、插入以及更新的問題。在實際操作過程中，常需執(zhí)行查詢以及匯總，按照規(guī)范化的理論來進行設(shè)計則增加其表連接，但是卻降低了系統(tǒng)的運行。這時，應(yīng)該根據(jù)實際情況適當降低數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論要求，來達到實際操作中的需求。因此，合理有效的使用冗余，可以為查詢帶來較大的幫助。

（二）數(shù)據(jù)庫的索引設(shè)計

所謂索引通常是指根據(jù)表數(shù)據(jù)的索引要求而產(chǎn)生的有序數(shù)據(jù)副本，使得查詢能夠在有序表進行，提升了查詢數(shù)據(jù)速度，有效改善了系統(tǒng)的性能。但是如果使用索引會耗費一定的磁盤內(nèi)存，開銷增多，操作執(zhí)行效率降低。所以，索引設(shè)計時應(yīng)該選擇確實有用索引，既能達到提升查詢速度目的，還能節(jié)省一定量的存儲空間。數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器對數(shù)據(jù)訪問通常有以下兩種方式：一是索引掃描，運用索引來訪問數(shù)據(jù)，當對表查詢時，如返回行數(shù)占據(jù)全表的百分之十至十五時，運用索引掃描可以優(yōu)化查詢性能；二是表掃描，讀表中所有頁，當查詢超過全表的百分之四十及以上時，表掃描效率則較高。還應(yīng)該結(jié)合實際數(shù)據(jù)庫以及用戶需求來確定如何選擇。

盡管索引可以提高檢索的性能，但不科學合理的索引也會造成系統(tǒng)低效。因為每在表中添加一個索引，數(shù)據(jù)庫就需要做更多工作，而過多索引甚至可能導致索引碎片。因此，我們應(yīng)該合理使用索引體系，尤其是創(chuàng)建索引時，盡量做到精益求精，確保數(shù)據(jù)庫性能更好發(fā)揮。

創(chuàng)建的索引種類可以按照查詢業(yè)務(wù)分為兩類，單一列索引與聯(lián)合索引。前者是在某一列上完成的索引創(chuàng)建，所以所占的空間較小，創(chuàng)建耗費時間較短，對程序影響相對較低；而后者是在多列上聯(lián)合創(chuàng)建的，所以在多條件查詢時，其運行效率較高。需要強調(diào)的是，對于使用頻繁、實際數(shù)據(jù)量較大的數(shù)據(jù)庫需要采用索引優(yōu)化器來進行索引優(yōu)化。

（三）數(shù)據(jù)庫的查詢設(shè)計

據(jù)統(tǒng)計，查詢操作時各種大型數(shù)據(jù)庫實際操作中所占比重最大的內(nèi)容，不少軟件程序員開發(fā)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序時，側(cè)重于用戶界面華麗，而忽略了查詢語句效率問題，造成很多數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用系統(tǒng)效率較低。所以，設(shè)計高校合理查詢語句相當重要。

首先，需要正確使用索引。學會正確使用索引，有助于提高查詢效率，條件自居中應(yīng)該盡可能考慮使用有用的索引。比如說，在書籍查詢表中，如果創(chuàng)建書本縮寫或是編號的單列索引，就應(yīng)該在查詢語句的WHERE子句中使用字母縮寫或是編號索引，讓其成為有用索引其次，避免模糊匹配。LIKE關(guān)鍵字支持通配符匹配，技術(shù)上也被稱作正則表達式。但是這種匹配常常耗費時間較多，所以應(yīng)該盡量避免使用模糊匹配。第三，注意合并子查詢。合并子查詢是指將某些特定子查詢重寫為等價多個表連接操作。合并子查詢的目的是為了減少查詢語句層次，提高查詢效率。最后，合理使用臨時表來優(yōu)化查詢。在涉及到有關(guān)查詢的特定情境下，可以通過構(gòu)造臨時關(guān)系來提高查詢效率。

三、大型數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)配置

（一）硬件系統(tǒng)的配置

數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器中比較重要的配置參數(shù)包括內(nèi)存、網(wǎng)卡以及CPU。這當中影響較大的是內(nèi)存，應(yīng)該將數(shù)據(jù)放入內(nèi)存中，比臨時從硬盤中調(diào)數(shù)據(jù)要快很多。如果因為內(nèi)存過小，就會導致數(shù)據(jù)在內(nèi)存和硬盤問不斷調(diào)動，當其占用率超過一半時，應(yīng)該做好擴大準備。

（二）功能模塊的配置

數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的處理時間通常有三個部分：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的處理時間、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r間、客戶端的信息處理時間。而解決系統(tǒng)性能關(guān)鍵點是盡量將三個時間總和降到最少。在大型數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器配置與性能通常最高。但其工作量也最大、最繁重，需要同時滿足多個用戶的操作請求。除此之外，可以發(fā)現(xiàn)有部分系統(tǒng)工作還可以放在客戶端來進行處理，也可以由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器處理，但要根據(jù)實際系統(tǒng)的各組成部分性能，進行科學合理安排。

四、數(shù)據(jù)庫的性能測試

現(xiàn)下國內(nèi)常用來檢測數(shù)據(jù)庫性能的工具是TPC-C。如果數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能出現(xiàn)下降，應(yīng)該及時分析下降狀況以及產(chǎn)生這個狀況的原因。通常性能下降有以下幾種情況：第一，系統(tǒng)漸漸變慢；第二，有部分系統(tǒng)客戶端較慢；第三，系統(tǒng)工作高峰時較慢；第四，之前工作正常，突然變慢。應(yīng)該運用計算機性能的檢測工具觀察計算機的性能，像是內(nèi)存、CPU的使用率，分析研究后確定是硬件原因還是系統(tǒng)設(shè)計存在問題，從而對癥下藥，找到科學的解決措施。

目前國內(nèi)已經(jīng)有很多領(lǐng)域需要使用到大型數(shù)據(jù)庫，像是超市、圖書館、學校資料室等等。只有通過不斷優(yōu)化完善設(shè)計，來提高數(shù)據(jù)庫的運行效率，從而提高工作效率，達到大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運用的功效。