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多校区校园一卡通异构数据库系统集成研究

时间:2011-04-27  作者:秩名

论文导读:面对目前高校合并、新校区扩建、大学城的建设出现的多校区办学的情况。采用连接池来解决负载均衡问题。连接池,多校区校园一卡通异构数据库系统集成研究。
关键词:多校区,校园一卡通Agent,连接池
 

1 引言

校园数字化是高校提升综合竞争实力的有效手段,数字化校园是校园信息化建设的有效解决方案。面对目前高校合并、新校区扩建、大学城的建设出现的多校区办学的情况,如何建设数字化校园、提升高校的信息化水平,提升学校的核心竞争力,是目前一项艰巨的任务。

校园一卡通系统为数字化校园提供了信息采集的基础,它采集的信息涉及到校园生活的各个方面,并可根据管理和应用的需要,按照管理层次,在全校范围内构建统一的、优良的信息化共享环境, 解决各部门存在的“信息孤岛”[1]问题,从而促进教学、科研、财务和后勤等各职能部门管理的信息化水平的提高。

2 多校区的“校园一卡通”系统

2.1 多校区的形成及其特点

多校区大学是指校园有两个或两个地理位置分散的校区组成的大学,在我国近十年新出现的一种办学模式。目前主要有合并式和扩建式两种形式。合并通常跨主管部门、跨学校类型、跨办学层次,但一般不跨城市区域。扩建式主要是由于地理空间限制其生存发展空间,因此需要在本地区增设多个校区以求更大的发展。由于原来老校区地处城市较繁华的地带,难以在附近找到合适的新地址,因而这类校区一般建立在郊区,比较偏远的地方。

由于合并的校区,原有的隶属关系不同,培养目标、办学方式、管理模式也都有区别。而扩建的新校区作为老校区的延伸,既要与老校区保持一致,又要有其新校区的特色。所以多校区必须统一协调配置,充分考虑各校区的原有特点,才有利于整体发展,提高整体效益。

2.2 校园一卡通系统的现状

在上述多校区的特点之上,目前多校区大学的校园卡中存在着各式各样的卡,往往师生员工需要拥有几张卡才能进行学校的正常的生活,如图1所示。

连接池

图1 G大学早期校园卡

由于采购时间、部门等各种因素,造成校园内的多个系统数据的格式和类型都各不相同。为了对广大师生员工的教学、科研和生活提供方便、快捷的电子化服务,建立校园一卡通系统。它是数字化校园的基础工程和重要的有机组成部分,从根本上实现“一卡在手,走遍校园”的设想。“一卡通”系统以软件集成为主、硬件集成为辅的综合信息集成系统,构建在数字化校园的统一身份认证、共享数据平台、统一信息门户等基础平台之上,与学校其它业务管理信息系统紧密结合,实现数据共享,建立数字化校园的重要信息采集网络,为学校提供实时可靠的信息来源和决策依据。论文大全,连接池。

为了实现对各子系统数据库结点的透明访问,在应用系统与数据库之间构建服务平台。应用服务平台的建设,可为构建C/S和B/S结构的应用系统提供基础,便于应用的业务逻辑和用户界面的表示分开,实现分布计算。应用服务平台建设主要包括服务器构建和具体功能处理构件开发。基于应用服务器集成的系统拓扑结构如图2所示:

连接池

图2 基于应用服务器集成的系统拓扑结构

各系统之间的交换数据是大量的实时数据,因此需要考虑系统进行数据交互时的实时性和效率。

3 异构数据库集成

3.1数据库访问中间件的优缺点

目前异构数据库的集成方法有:用户交互接口法、联邦数据库系统、数据仓库法、中间件法。其中以中间件法是目前比较流行的数据集成方法,中间件位于异构数据库系统(数据层)和应用程序(应用层)之间,向下协调各数据库系统,向上为访问集成数据的应用提供统一数据模式。该方法不需要改变原始数据的存储和管理方式,使用方便[2]。论文大全,连接池。按照IDC的分类方法,中间件可分为数据访问中间件、远程过程调用中间件、消息中间件、交易中间件、对象中间件[3]。

数据访问中间件是为了建立数据应用资源互操作的模式,对异构环境下的数据库实现联接或文件系统实现联接的中间件。数据库访问中间件是所有中间件中应用最广、技术最成熟、发展前景最好的一种。其在异构数据库应用中具有很大的优势[4-6]:

1.移植性好:中间件封装了各种与平台有关的细节,使更换操作系统和通信协议等底层的配置无须应用程序代码。

2.集成方便:中间件可以非常容易地集成到应用开发环境中,无须大的代码改动。

3.易于扩充:中间件的局部改进和整体升级只要保持对外接口不变就不会影响到系统的其它部分,在功能上对应用程序实现了透明性。

4.使用简单:中间件对各种数据源使用统一的访问方法,使用户不必关心数据库选择等烦琐的操作,降低了用户参与程度,实现了对数据源的透明访问。

但是,当前的数据库中间件系统还是存在着一些主要问题[7] :

1.数据交互的效率问题

在数据库中间件中,对重复利用的数据库操作仍没有优化。但对于在大型数据库应用中一些执行频率较高的数据库操作(特别是查询),相同的操作可能重复多次,并且都要由数据库服务器来完成。这种重复操作加重了服务器的负担,同时使得数据交互的效率不高。

2.数据交互的安全性

对于数据交互的安全性,这里有两个方面的问题,一是由于统一由数据库中间件负责数据库间的同步及点到点通信,所以数据库操作比较集中,对数据库中间件的可靠性要求就非常高,一旦中间件出现问题,所有数据连接都将断开,从而导致系统瘫痪。论文大全,连接池。二是指数据的传输没有考虑安全问题,对数据库访问的控制机制也还停留在依靠操作系统和数据库管理系统本身上,占用了服务器资源。

3.系统负载的均衡性问题

在数据库中间件处理模型中,数据库是信息存储的核心单元,中间件完成通信的功能,对于数据库服务器的负载问题考虑较少。论文大全,连接池。这有可能导致不同服务器的负载不均,同一服务器的负载在不同时段不均衡,在网络访问用户多的时候负载过重,当访问的用户需要交互的数据量超过一定限度时可能导致系统瘫痪。

3.2Agent数据库中间件应用

由于Agent具有自主性、分布性、自适应等优点,其能有效地将分布于不同结点间的异构数据库集成在一起,并提供有效的数据集成和管理技术来动态支持数据的共享。在校园一卡通异构数据库中间件系统使用Agent来进行数据的收集和处理可以解决传统异构数据库中间件尚未解决的问题。论文大全,连接池。其模型图如图3所示:

图3 基于Agent的校园一卡通异构数据库集成

用户Agent:是用户和系统交流的接口,接收用户的操作和请求并返回执行的结果。

管理Agent、OA Agent等业务Agent、数据访问Agent是整个一卡通集成中间件的核心,该层主要是用来屏蔽局部数据库的异构性、自治性和透明性工作。它接受用户的查询请求,并对查询请求数据库做相应处理,最后将查询结果返回给用户。它向上协调各局部数据库,向下为访问集成数据的应用者提供统一的全局数据模式和数据访问的通用接口。中间件负责异构数据库的数据访问、查询和协调数据库之间的信息,为用户提供一个高层次的数据查询、检索服务。目的是集成各个异构数据库,为数据共享,数据传输和数据的访问提供支持。

元数据字典: 包括系统中所具有的全局数据库表名以及所包含的局部数据库的相关信息; 含有全局数据库到局部数据库的映射信息; 含有局部数据库的基本情况等。元数据字典位于管理 Agent 所在的同一机器上, 这样对于全局数据的访问只需访问本机的数据库。对于局部数据的访问, 通过 JDBC 从全局数据字典提取相应的信息, 再由管理 Agent 执行。

底层数据库层是各种子系统的异构数据库,由Foxpro、 SQL Server、Access、等。它提供实际的数据存储和管理功能,能够接受上层的调用。

4 关键模块实现

在校园一卡通系统中的数据访问操作是由数据访问Agent完成的。通过数据库连接管理、缓冲区管理、数据处理来完成。

当用户需要访问数据库服务器时,本模型能够实现数据库以及其它服务资源在客户之间的共享。而这些数据连接将占据服务器的大量资源,即是负载均衡的问题,在本模型中,采用连接池来解决负载均衡问题。

采用连接池技术,当程序中需要建立数据库连接时,只需从内存中取一个来用而不用新建。同样,使用完毕后,只需放回内存即可。而连接的建立、断开都由连接池自身来管理。同时,还可以设置连接池的参数来控制连接池中的连接数、每个连接的最大使用次数等等。论文大全,连接池。通过使用连接池,将大大提高程序效率,同时,可以通过自身的管理机制来监视数据库连接的数量、使用情况等。借助于连接池技术可以使数据访问Agent高效、稳定地获取数据库连接,尽可能减少数据资源的浪费。图4为数据库连接池请求流程图:

图4数据库连接池请求流程

数据库连接方案采用定义逻辑连接的方式,每个连接指定了(DBMS,DBName,USER,PASSWORD)。要使多个用户可以共享对一个数据库的物理连接,就要求这些用户与数据库连接时采用的参数(RDBMS,DBNAME,USER,PASSWORD)一致,只有连接参数完全一致的两个数据库连接(逻辑连接)才能够共享一个物理的数据库连接。在数据库中间件中,各个逻辑数据库的名字是唯一的,并且对应于某个物理数据库。数据库中间件的物理数据库连接通过若干个连接队列管理,当需要分配连接时根据数据库服务器负载轻重,以选择负载服务器为原则,从连接队列中分配一个连接,当释放连接时则将选择释放到相应队列中去。

以一个名为ConnetionPool的连接池为例来看看连接池的实现[7]。

属性:

m_ConnectionDefaultSize 连接池中连接初始数目

m_ConnectionPoolMinSize 连接池中连接数量下限

m_ConnectionPoolMaxSize 连接池中连接数量上限

m_ConnectionCurrSize连接池中当前的连接数

m_ConnectionUserCount 一个连接的最大使用次数

m_ConnectionTimeout 一个连接的最长空闲时间

m_nCountMax一个连接的引用计数的上限

m_MaxConnections=-1 同一时间的最大连接数

m_timer定时器

这些属性定义了连接池与其中的每个连接的有效状态值。连接池的自我管理,实际上就是通过定时器对每个连接的状态、连接的数量进行判断而进行相应操作。

5 结束语

本文根据多校区的特点,校园网络的复杂性,将Agent技术引入到多校区校园一卡通系统中,较好地解决了校园一卡通异构数据的共享、透明访问等问题。相对于传统数据库访问中间件,借助Agent技术,解决数据交互效率、数据安全性、负载均衡问题。


参考文献:
[1]宋文功,杨培敏.“数字化校园”与“校园一卡通”关联的实现[J]. 长沙铁道学院学报(社会科学版),2006,7(1):237~239
[2]ChirathamjareeC, Mukviboonchai S. The Mediated Integration Architecture for HeterogeneousData Integration[C]. IEEE TENCON, 2002.2:89~92
[3]万长辉.中间件技术在数据库开发中的应用[J].硅谷,2008,24:57
[4]乐鑫喜,刘清.异构数据库集成系统的设计与实现[J].计算机工程与应用,2005,41(27):174~177
[5]张良,佟俐鹃.异构数据库集成中数据传输问题的研究[J].计算机应用研究,2004,(11) :65~66
[6]张正明,佟俐鹃.异构数据库集成的研究与实现[J].航空计算技术,2004,34(2):33~36
[7]李桂琼.多Agent数据库中间件的研究[D].南京:河海大学,2003
[8]刁磊,周平安.基于JDBC的数据库连接池高效管理策略[J].计算机工程与应用,2003(30):203~205
 

 

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