基于私有云整合數據庫的研究

摘 要： 基于私有云整合數據庫可以降低系統成本和復雜性，同時提高靈活性和服務質量；私有云和數據庫整合能夠以更安全、更可靠的方式提供應用程序和數據，并且提供更強的商業洞察力。將數據庫整合至私有云中，實現了減少停機時間、減少管理成本、降低安全風險和減少資本支出等目標；同時，還提高了系統性能、可用性、數據質量和決策的敏捷性。

關鍵詞： 云計算； 私有云； 數據庫整合； 整合模式

中圖分類號：TP302.1 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）12-24-03

Research on database integration based on private cloud

Tu Gang， Liu Huaqing， Chen Zhendong

（Jiangsu Polytechnic of Finance Economics， Jiangsu， Huaian 223003， China）

Abstract： The database integration based on private cloud can reduce cost and complexity of system， and meanwhile improve the flexibility and quality of service too. The private cloud and database integration can provide applications and data with safer and more reliable methods， and greater business insight. The reduction of downtime， management costs， security risks and expenditure is implemented by integrating database with the private cloud. In the same time， it can improve system performance， availability， data quality and decision-making agility.

Key words： cloud computing； private cloud； database integration； integration pattern

0 引言

企業在信息化過程中往往會使用多個系統如企業資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）、客戶關系管理（Customer Relationship Management，CRM）等，這些系統所用的數據庫數據各自獨立，這增加了管理成本和維護的難度。私有云和數據庫整合可降低系統成本和復雜性，提高靈活性和服務質量；私有云可實現對服務器、存儲器、應用程序或IT服務構成的共享資源池的按需訪問[1]；數據庫整合可減少數據庫以及數據庫服務器的數量，并簡化IT基礎設施。私有云計算和數據庫整合能夠以更安全、更可靠的方式提供應用程序和數據，并且提供更強的商業洞察力。將數據庫整合至私有云中可減少停機時間和管理成本、降低安全風險以及資本支出等，同時，還能提高系統性能、可用性、數據質量以及決策的敏捷性。

1 私有云

1.1 云計算

云計算是一種可以調用的虛擬化的資源池，這些資源池可以根據負載動態重新配置，以達到最優化使用的目的[2]。用戶和服務提供商事先約定服務等級協議，用戶以用時付費模式使用服務。云計算具有如下一些特點[3-4]。

⑴ 服務資源池化：通過虛擬化技術，對存儲、計算、內存、網絡等資源化，按用戶需求動態地分配。

⑵ 可擴展性：用戶隨時隨地可以根據實際需求，快速彈性地請求和購買服務資源，擴展處理能力。

⑶ 寬帶網絡調用：用戶使用各種客戶端軟件，通過網絡調用云計算資源。

⑷ 可度量性：服務資源的使用可以被監控、報告給用戶和服務提供商，并可根據具體使用類型（如帶寬、活動用戶數、存儲等）收取費用。

⑸ 可靠性：自動檢測失效節點，通過數據的冗余能夠繼續正常工作，提供高質量的服務，達到服務等級協議要求。

1.2 私有云

云計算能夠給用戶提供可靠的、自定義的、最大化資源利用的服務，是一種嶄新的分布式計算模式[5]。同時，云計算和其他技術及理論的有機結合，也是解決理論研究和實際應用的重要途徑。私有云 （private cloud）是為一個客戶單獨使用而構建的，因而提供對數據、安全性和服務質量的最有效控制。提供私有云的公司擁有基礎設施，并可以控制在此基礎設施上部署應用程序的方式。私有云可部署在企業數據中心的防火墻內，也可以將它們部署在一個安全的主機托管場所[6]。傳統模式中，將業務應用程序綁定在特定的基礎設施上，造成效率、利用率和靈活性較低等問題。云計算技術則可使應用程序被動態地部署到最合適的基礎設施上，幫助企業擺脫傳統模式，從而提供更高水平的可擴展性和彈性，并降低硬件成本。

2 私有云和數據庫整合

利用私有云可賦予信息技術（Information Technology，IT）人員更高級別的控制，提供更高的安全性、合規性以及服務質量（Quality of Service，QoS）等。在大多數企業中，三分之二的敏感數據都保存在數據庫中。當數據庫被整合至一個私有云時，IT人員可以透明而連貫地保護數據，防止非數據庫用戶對數據庫的訪問，并強化數據庫中的運行時安全策略。同時，IT人員可以自動跟蹤數據庫中所有針對敏感數據和監管數據的更改，并且集中審計數據庫活動并自動生成合規性報告。IT人員還可以設置特權用戶控制，對敏感數據進行加密，以及防止將惡意代碼插入應用程序的黑客技術（如SQL注入）。

充分利用動態共享資源的一種符合成本效益的方法將數據庫整合至私有云，許多企業不再需要創建包含大量企業數據的多個數據庫，卻依然能夠提供達到服務水平目標所需的敏捷性。從IT或業務角度將私有云和數據庫整合并融為一體會有許多疊加的好處。

⑴ 降低成本

利用共享資源池有效地取代了孤立的、未被充分利用的基礎設施，整合共享資源，從而降低整體成本并提高資源利用率。企業可以通過多租戶配置為每個服務器創建密度更高的數據庫，而不是簡單地縮小服務器占用空間，從而降低資本支出。企業可以通過自動化以及提高管理效率來減少運營支出。

⑵ 降低復雜性

通過合理化、標準化以及整合減少所支持的配置及服務的數量等簡化其環境。在通用構建塊上實現標準化使IT人員更容易部署和添加資源。利用集中式管理降低復雜性；建立私有云，讓環境變得更加同質化，因此更容易進行管理。集中式管理中心使IT人員剔除那些僅處理特定任務的工具，從而實現了節約并且支持日常任務的自動化。

⑶ 提升服務質量

數據庫性能在私有云中可以被集中監控和管理。數據庫還受益于可能內建在私有云中的高可用性功能。私有云和數據庫整合還有助于強化統一的身份管理和安全基礎設施，這些都是標準化配置過程的一部分。

⑷ 提高敏捷性

IT部門越來越傾向于開發更加敏捷和靈活的環境，對不斷變化的業務需求作出快速響應。利用云計算技術能夠快速部署應用程序，而不會由于安裝基礎設施而產生巨大的時間滯后，這將為新業務策略以及新功能的推出提供有效的支撐。

3 數據庫云的架構

通過對IT基礎設施進行改造和優化建立私有云，特別是針對多種資源的整合，通常分三個步驟執行：合理化、架構優化以及共享服務的實施。

⑴ IT合理化

IT合理化是一個確定在企業中使用IT服務的最佳方式，它是識別冗余的分析過程。最終目標是服務組合和技術堆棧的標準化，堆棧的各層次應支持服務水平目標以及需求增長要求。通過合理化，IT部門可以開發更易于管理的環境。

⑵ 架構優化

架構優化包括為基礎設施和數據庫部署云計算架構。服務器虛擬化是基礎設施云的關鍵，通過將服務器至應用程序的孤島模式轉換為多租戶模式，利用服務器虛擬化降低了成本。該方法具的優點：支持單服務器和群集服務器，支持多操作系統，且易于實施和隔離。

創建數據庫云需要了解數據庫及其內部架構的各種技術事項，數據庫云的架構如圖1所示，該架構要求構建一個能立即提升性能的強大的虛擬化管理工具。在共享服務器池上實施應用集群技術，從而實現提供數據庫要求；該技術需要一個通用的操作系統（如Linux、Unix或Windows等）。所架構的云支持所有的數據庫管理及操作工作負載，可實現數據庫、存儲器和操作系統的高度整合，并能提供優異的性能而無需管理程序的開銷。

在共享數據庫上提供的數據庫云架構也適用于使用通用操作系統的應用集群技術。所生成的云可以通過集成共享數據庫和其他整合選項從而實現最高程度的整合。憑借共享數據庫（即盡可能實現最少數量的數據庫實例），系統性能得到進一步提升。

⑶ 發掘共享服務以及由此產生的整合

為滿足企業用戶的各種需求可以充分利用共享服務，同時降低成本；共享服務還必須管理許多運營、安全、組織和財務等方面問題，從而確保共享服務被真正有效地運用。將多個應用程序整合為單一的標準化環境不僅可以降低硬件成本，而且能夠簡化管理，提高資源的利用率以及精簡安全和合規工作。實現共享服務需要開展服務器、存儲、操作系統、數據以及工作負載等多個潛在的整合。

服務器整合主要通過虛擬化實現在較小的服務器占用空間上運行數據庫的物理服務器數量的縮減。采用這種模式的主要驅動因素包括：通過虛擬機（Virtual Machine，VM）的模板或配置文件實現簡單的按鈕式數據庫部署，支持多數據庫版本配置以及在VM客戶機層級的故障和資源隔離。在這種模式中，大多數應用程序可以在VM客戶機上部署的數據庫中實現無縫運行。

然而虛擬化并沒有減少操作系統或數據庫的數量。因此，這種模式實際的整合會很少，而且投資回報率較低。同時也存在操作系統和數據庫蔓延的可能，由于部署實例數量的增加，需要管理更為復雜的環境。虛擬模式的性能也不如其他部署模式的性能高，而且高I/O密集型數據庫可能無法在虛擬環境中高效運行。此外，可擴展性僅限于服務器池中規模最大的服務器，而且數據庫工作負載無法在池中進行水平擴展。

存儲整合主要通過提高虛擬存儲池中的可用空間的使用率來統一存儲池。通過實施自動存儲管理技術，可以創建被稱為磁盤組的存儲池。這些磁盤組實質上會成為存放數據庫文件的容器。多個數據庫的數據庫文件存儲在同一磁盤組中，實現更高的存儲利用率并且提供存儲整合的基礎。存儲在這些池中的數據將均勻地分布在磁盤組中的所有磁盤中，從而在整個磁盤組的所有磁盤中實現I/O工作負載的優化平衡，同時消除了熱點以及對熱點進行管理的需要。

操作系統整合可減少操作系統的安裝數量從而提高整體的可管理性。采用操作系統整合模式的主要驅動因素包括：在不產生操作系統蔓延的情況下實現數據庫至服務器的高密度整合，減少服務器的占用空間，以及不僅支持所有應用程序而且支持工作負載管理的能力。由于數據庫未受到虛擬化層的抑制，因此可以提供更高的性能。

該模式要求在通用操作系統中進行標準化，但允許集群中的任何一臺服務器托管一個或多個數據庫實例。在這種部署模式中，數據庫被配置到私有云中群集在一起的物理服務器上，這一配置憑借服務器冗余可以提供極高的可用性。通過向服務器池添加額外的節點或通過向現有服務器添加更多的物理資源（如CPU、內存或I/O卡）提高可擴展性。

數據庫整合通過應用程序工作負載整合減少數據庫實例和架構的數量來實現。在這種部署模式中，整合后的數據庫實質上包括運行在一個數據庫實例上的一個或多個應用程序工作負載架構，這個數據庫實例在私有云中跨一個或多個服務器運行。通過采用這種模式，可實現通過架構提供數據庫服務的能力，減少操作系統和內存的開銷，以及通過減少服務器、操作系統以及數據庫部署的數量降低成本等許多優勢。

服務器整合也一樣，數據庫整合模式要求在通用操作系統和數據庫版本方面進行標準化。有些應用程序具有嚴格的架構命名標準，因此，可能需要進行應用程序認證，而且在限制資源隔離、故障隔離和安全隔離等方面也十分重視。

工作負載的整合將支持商業智能或運營數據的冗余數據庫合并為一個單獨的數據存儲。使用資源管理等技術允許分配CPU和內存以處理數據操作工作負載；還可以分配I/O的使用。憑借細粒度控制（又稱“實例囚籠”），可分配每個數據庫實例的CPU內核數量，最終為最靈活和最具有彈性的云計算創造按需式功能。

4 結束語

理清歸類數據庫的架構，基于私有云整合數據庫，根據服務器、操作系統、數據庫和其他系統元素進行整合，可降低成本和資本支出，同時提高安全性和正常運行時間；同時，還能夠獲得更準確、可用性更高以及訪問速度更快的數據，從而獲得更高的業務敏捷性。如何更好地發揮私有云的優勢，提高數據整合度，進行數據挖掘，提高數據云的安全性等將是基于私有云數據整合研究的重點。

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