龍斌+連云凱

摘要：云數(shù)據(jù)庫是云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫新技術(shù)。DBaaS自助門戶服務(wù)平臺是以自助服務(wù)和便捷管理為導(dǎo)向，可以對環(huán)境中的資源進行調(diào)配，是一個靈活、可擴展、按需服務(wù)的云數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺?；诋?dāng)前云數(shù)據(jù)庫，分析了DBaaS（DataBase as a Server）的應(yīng)用優(yōu)勢，針對DBaaS自助門戶服務(wù)進行設(shè)計與分析，設(shè)計DBaaS自助門戶系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫即服務(wù)；自助門戶；多租戶；隔離

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A

文章編號：16727800（2017）004012103

0引言

近年來，國家對信息化工作尤為重視，信息技術(shù)正成為各行業(yè)創(chuàng)新的驅(qū)動力。在企事業(yè)單位的信息化建設(shè)中，數(shù)據(jù)庫搭建具有重要地位，是信息化建設(shè)的支撐與保障。隨著業(yè)務(wù)的不斷拓展和各類應(yīng)用的深入，企業(yè)信息化建設(shè)面臨著以下問題：一是為了滿足不斷增長的業(yè)務(wù)需求，需要不斷更新硬件設(shè)施、增購數(shù)據(jù)庫軟件的用戶數(shù)授權(quán)；二是面臨長期的系統(tǒng)運行維護問題，需要專業(yè)的運維人員以及經(jīng)過嚴格培訓(xùn)的數(shù)據(jù)庫管理員，成本居高不下；三是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不能升級時，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫的暫停服務(wù)。隨著數(shù)據(jù)量的增加和服務(wù)請求的增長，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫由于可擴展性差，在遇到海量數(shù)據(jù)時往往讀寫性能變低甚至在性能上會有明顯下降，無法滿足高并發(fā)讀寫的服務(wù)請求[1]。傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不僅存在開發(fā)運維成本過高的問題，而且性能得不到保證。 云計算對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提出了新的要求：具有高可擴展性、高可用性、低成本、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的特點。如何在保證高可用性、高可擴展性、高性能、多租戶隔離、免維護等特性的前提下對外提供服務(wù)，是研究的重點。 本文基于SQL Server2012關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計DBaaS自助門戶服務(wù)平臺，將SQL Server2012數(shù)據(jù)庫高可用集群封裝成云服務(wù)的形式，并通過Web方式向外發(fā)布，解決租戶即時獲取數(shù)據(jù)庫服務(wù)的需求。

1DBaaS（DataBase as a Server）發(fā)展趨勢與應(yīng)用優(yōu)勢

隨著互聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)、新型軟件服務(wù)模式的發(fā)展，軟件即服務(wù)（SaaS，Software as a Service）作為一種新型的軟件服務(wù)模式日益受到業(yè)界的關(guān)注。云數(shù)據(jù)庫是在SaaS模式下發(fā)展起來的一種云計算技術(shù)，通常是指運行在云計算平臺上的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它承載著用戶重要關(guān)系型數(shù)據(jù)落地、數(shù)據(jù)分拆、無縫擴容等重要功能[2]。DBaaS（Database as a Service）即可交付的云數(shù)據(jù)庫服務(wù)，在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過云計算技術(shù)將數(shù)據(jù)庫資源已服務(wù)的標準封裝起來，可以提供給一個或多個租戶使用[3]。 目前，傳統(tǒng)的國外數(shù)據(jù)庫廠商，如Oracle、IBM、Microsoft等都已經(jīng)推出了基于云計算環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，原來沒有從事數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品開發(fā)的知名公司，比如 Amazon 和 Google 等，也發(fā)布了 SimpleDB 和BigTable等產(chǎn)品。云數(shù)據(jù)庫的研究工作在國內(nèi)尚處于起步階段，阿里云、騰訊云、京東云等相繼推出了自己的云數(shù)據(jù)庫平臺，各廠家平臺實現(xiàn)方式各不相同，其軟硬件架構(gòu)離DBaaS的標準也還有一定距離。DBaaS的主要優(yōu)勢如下： 對運營商而言，DBaaS提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)的自助管理服務(wù)平臺，通過它用戶可以即時獲取數(shù)據(jù)庫服務(wù)。用戶只需要通過平臺提供的Web服務(wù)或數(shù)據(jù)庫連接字符串就能完成訪問。但不能直接控制運行原始數(shù)據(jù)庫的主機，這就增強了數(shù)據(jù)庫的管理及運維能力，同時消除了用戶、硬件和軟件的重復(fù)配置，并且虛擬化了許多后端的功能，對于用戶而言，升級軟硬件的工作更容易和簡單[4]。 相對于租戶而言，它是一個靈活可靠、可擴性強、安全性高、可用性高和按需服務(wù)的平臺，租戶可以自助服務(wù)和便捷管理為導(dǎo)向，完成環(huán)境中的資源動態(tài)調(diào)配。采用DBaaS模式與傳統(tǒng)企業(yè)內(nèi)置部署軟件方式相比，DBaaS意味著更少的啟動資金、更靈活的戰(zhàn)略部署。對于大多數(shù)企業(yè)尤其是中小型企業(yè)來說，系統(tǒng)內(nèi)部部署數(shù)據(jù)庫的成本較高，不利于企業(yè)統(tǒng)籌規(guī)劃發(fā)展，而DBaaS解決方案不僅可以降低首次投資的成本，且其高可擴展的靈活性對于有很大的吸引力，而這些中小型企業(yè)就是DBaaS解決方案的重要客戶群體。另外，DBaaS不僅在成本上解決了初期投入高的問題，而且云數(shù)據(jù)庫服務(wù)消除了用戶對本地存儲設(shè)備的需求，同時用戶不必安裝特有的軟件，也不必投入時間和人力去管理和維護任何軟硬件[5，6]。

2DBaaS自助門戶服務(wù)設(shè)計及實現(xiàn)

國內(nèi)阿里云、騰訊云等平臺近幾年已對外提供云數(shù)據(jù)庫服務(wù)，目前比較成熟的主要是基于MySQL數(shù)據(jù)庫的云服務(wù)，對于SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)還處于初步階段。由于SQL Server的諸多優(yōu)良特性，在國內(nèi)使用的企事業(yè)單位很多，但正版SQL Server高昂的價格也使得不少企事業(yè)單位無法承受，同時也造成了盜版的泛濫。另外，當(dāng)SQL Server數(shù)據(jù)庫的配置在性能上遇到瓶頸時，用戶不得不去耗費大量資源去擴展。基于以上研究基礎(chǔ)，本文提出一個基于 SQL Server2012數(shù)據(jù)庫的“DBaaS自助門戶服務(wù)平臺”體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。平臺對外屏蔽底層數(shù)據(jù)庫，通過WEB API提供SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)的數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)統(tǒng)一訪問接口，所有使用數(shù)據(jù)的方式都統(tǒng)一到一致的、受管控的界面上，便于平臺對數(shù)據(jù)庫資源的消耗進行統(tǒng)計和計量，以及對資源使用的進行調(diào)度和綜合管控。

2.1DBaaS自助門戶服務(wù)平臺體系結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上整個系統(tǒng)分為3層：應(yīng)用接口層、服務(wù)應(yīng)用管理層、服務(wù)實體層。（1）應(yīng)用接口層。 應(yīng)用接口層主要為用戶提供各種使用平臺的接入方式，用戶訪問接口主要分為3種類型：①自助Web網(wǎng)頁服務(wù)，合法租戶可以通過自助門戶提供的Web 網(wǎng)頁使用訂購的云數(shù)據(jù)庫服務(wù)；②Web API訪問接口，向租戶提供Web API服務(wù)；③數(shù)據(jù)庫的直連方式，租戶可通過數(shù)據(jù)庫連接串和數(shù)據(jù)庫實例名用sql server management studio直接操作數(shù)據(jù)庫?！糎J*3〗（2）服務(wù)應(yīng)用管理層。 服務(wù)應(yīng)用管理層不僅提供給用戶可視化Web界面操作，而且還需要完成數(shù)據(jù)庫服務(wù)的調(diào)度請求。當(dāng)租戶購買數(shù)據(jù)庫服務(wù)時，服務(wù)應(yīng)用管理層通過處理用戶信息（訂單、合同、實例等）為用戶調(diào)度分配數(shù)據(jù)庫服務(wù)。當(dāng)租戶請求訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)時，〖HJ〗云數(shù)據(jù)庫服務(wù)調(diào)用端會根據(jù)租戶所擁有的數(shù)據(jù)庫服務(wù)信息，為用戶調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫實例。另外系統(tǒng)通過調(diào)用Web API的方式向服務(wù)代理發(fā)送服務(wù)調(diào)研請求，對數(shù)據(jù)庫服務(wù)實體進行管理和維護。

（3）服務(wù)實體層。服務(wù)實體層包含所有數(shù)據(jù)庫服務(wù)實體。每個數(shù)據(jù)庫服務(wù)實體都有一個代理賬戶，通過代理賬戶為用戶接入和配置數(shù)據(jù)庫服務(wù)。

2.2平臺功能設(shè)計

平臺用戶主要分為兩種角色：管理員和租戶。 （1）管理員功能如下：①角色管理?？蓪ο到y(tǒng)角色進行管理和維護，用來實現(xiàn)整個系統(tǒng)所有用戶的訪問控制；②菜單管理?？蓪⑾鄳?yīng)的菜單授權(quán)給相應(yīng)的角色。另外，當(dāng)系統(tǒng)操作頁面有重大改變或有新的服務(wù)操作功能添加進系統(tǒng)時，只需要通過管理員修改菜單上定向地址或添加一個新菜單再授權(quán)給角色，就可以輕松實現(xiàn)系統(tǒng)升級和變更；③角色授權(quán)管理。每一種角色對應(yīng)一套系統(tǒng)菜單，角色根據(jù)菜單導(dǎo)航進行操作，管理員在角色授權(quán)管理中為角色授予的菜單權(quán)限；④用戶管理。系統(tǒng)管理員通過用戶管理，可對所有平臺的用戶進行管理；⑤服務(wù)類型管理。通過服務(wù)類型管理可設(shè)置平臺提供的服務(wù)云數(shù)據(jù)庫服務(wù)類型（如：Sql Server、Oracle、My Sql等）；⑥服務(wù)實例管理。通過實例管理監(jiān)督和維護后臺數(shù)據(jù)庫節(jié)點的狀態(tài)和信息；⑦訂單管理。用戶的每一筆交易都從訂單開始，通過訂單管理可查看租戶訂購的服務(wù)詳情，并對不同類型不同狀態(tài)的訂單進行區(qū)分和有效管理；⑧合同管理。合同管理是平臺中用于處理用戶合同信息合法性驗證、合同簽訂、啟用合同以及管理員合同管理的主要模塊。用戶完成訂單支付之后，系統(tǒng)會為用戶生成一個合同憑證，合同中包括租戶名、資源大小、數(shù)據(jù)庫類型、服務(wù)性能指標、合同開始截止日期等服務(wù)質(zhì)量條款以及費用等合同條款信息，用戶簽訂合同付費后才可使用申請的資源。使用期滿后，合同將處于失效狀態(tài)，用戶也就無法再繼續(xù)使用對應(yīng)的云數(shù)據(jù)庫服務(wù)。 以上8個業(yè)務(wù)管理模塊作為系統(tǒng)管理員維護管理和運作整個“DBaaS自助門戶服務(wù)系統(tǒng)”操作中心，它們環(huán)環(huán)相扣、相互聯(lián)系，共同支撐著整個系統(tǒng)的流程運轉(zhuǎn)正常工作。 （2）租戶的主要功能如下：①注冊登錄功能。提供匿名租戶注冊、租戶登錄和身份驗證等功能；②申請購買服務(wù)功能。租戶可通過定購頁面申請云數(shù)據(jù)庫服務(wù)，并填寫要求的服務(wù)配置（包括磁盤、CPU、內(nèi)存、租期等），租戶選擇好服務(wù)后，平臺要能檢查當(dāng)前是否有足夠的數(shù)據(jù)庫服務(wù)實例供用戶訂購及使用；③服務(wù)安全性設(shè)置。安全性主要是指服務(wù)訪問的安全性，平臺提供一些安全選項供租戶定制，如：訪問的IP地址范圍、端口號等，租戶如設(shè)置了IP地址范圍，用戶可以從外網(wǎng)通過直連的方式訪問其訂購的數(shù)據(jù)庫服務(wù)；④服務(wù)訪問和使用。當(dāng)用戶訂購了數(shù)據(jù)庫服務(wù)并分配了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫實例，用戶可以通過應(yīng)用接口層的3種訪問接口使用該實例。

2.3平臺關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計及實現(xiàn)

2.3.1多租戶機制設(shè)計 多租戶機制是DBaaS自助門戶平臺的核心，平臺所有租戶都共享相同的基礎(chǔ)架構(gòu)，每個租戶都可以訪問和使用獨享的服務(wù)，設(shè)計一套安全而有效率的多租戶機制很有必要。 在以往的多租戶機制設(shè)計中，數(shù)據(jù)層面上可從完全隔離到完全共享，其設(shè)計模式遵循3種模型：完全隔離（獨立數(shù)據(jù)庫）、半共享（獨立表/Schema模式）、完全共享（獨立表/Schema模式）。以上3種模式有各自的長處和短處以及不同的適用場合。由于DBaaS的租戶大多為企業(yè)級用戶，且不同租戶對數(shù)據(jù)資源、服務(wù)請求過程具有很高的獨立性以及安全保障需求，不同租戶的數(shù)據(jù)庫請求大小、服務(wù)響應(yīng)速度、安全級別要求、數(shù)據(jù)共享要求以及可用性等服務(wù)質(zhì)量要求各不相同，在服務(wù)端請求負載的差異也比較大，因此本文采用隔離級別更高、安全級別更高的“獨立數(shù)據(jù)庫”實例模式實現(xiàn)多租戶機制，即為每一個租戶創(chuàng)建/分配不同的數(shù)據(jù)庫實例。 當(dāng)租戶跟平臺簽訂數(shù)據(jù)庫服務(wù)質(zhì)量合同后，系統(tǒng)會根據(jù)用戶訂單表記錄用戶ID、用戶合同記錄訂單ID及數(shù)據(jù)庫實例ID，通過這一串的標識實現(xiàn)隔離，每個租戶使用獨立的數(shù)據(jù)庫實例，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的多租戶機制?！糎J〗 由于本課題是基于SQL Server2012的，對租戶的不同性能要求和性能隔離，可借助SQL Server 2008及以后版本推出的一項新技術(shù)——資源調(diào)控器，為每個數(shù)據(jù)庫實例實現(xiàn)不同的內(nèi)存、CPU、磁盤資源，從而實現(xiàn)不同的性能要求和性能隔離，數(shù)據(jù)庫服務(wù)擴展性需求也可同樣借助資源調(diào)控器完成相關(guān)設(shè)計。〖BT3〗2.3.2數(shù)據(jù)庫服務(wù)擴展性設(shè)計 不同租戶對數(shù)據(jù)庫的配置需求是有差異的，并且租戶對可能在后期有擴展需求，為了滿足這些需求，平臺需實現(xiàn)對實例資源的動態(tài)配置。實現(xiàn)方法如下： （1）在數(shù)據(jù)庫實體所在服務(wù)器搭建數(shù)據(jù)庫實例時，通過SQL Server2012的資源調(diào)配器在每個實例上創(chuàng)建一套資源池和工作組，通過對資源池進行設(shè)置來控制該實例的資源占用比（包括CPU、內(nèi)存等）。為每個實例建一個實例配置表，實例配置表的字段包含內(nèi)存、磁盤大小等信息，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫實例對資源池的映射。 （2）編寫相關(guān)WEB API接口方法，實現(xiàn)動態(tài)設(shè)置實例下的實例配置表。租戶通過填寫并提交訂單申請數(shù)據(jù)庫服務(wù)，展示層服務(wù)器通過調(diào)度模塊查找系統(tǒng)服務(wù)實例選擇空閑實例，若有空閑實例，則調(diào)用該WEB API接口并傳入實例信息和訂單信息。而當(dāng)租戶需要擴展數(shù)據(jù)庫實例配置時，展示層服務(wù)器會調(diào)用相關(guān)WEB API接口傳入實例信息和擴展配置信息實現(xiàn)實例配置表設(shè)置，并更新租戶的實例信息。 （3）數(shù)據(jù)庫訪問安全性設(shè)計。許多租戶比較習(xí)慣通過“SQL Server Management Studio”直連方式訪問訂購的數(shù)據(jù)庫實例，為了保證數(shù)據(jù)庫實例的安全性，需要對其進行IP訪問限制，本平臺采用SQL Server的登錄觸發(fā)器及IP登錄授權(quán)表的解決方案，進行IP登錄限制及租戶資源控制。數(shù)據(jù)庫實例IP防火墻流程圖，如圖2所示。代理賬戶只需要在數(shù)據(jù)庫實例下的IP登錄授權(quán)表設(shè)置IP范圍，就可以實現(xiàn)用戶在外網(wǎng)環(huán)境下訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)進安全控制。

3結(jié)語

本文針對當(dāng)前傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫面臨的諸多問題，分析了DBaaS的應(yīng)用優(yōu)勢，通過對多租戶以及云數(shù)據(jù)庫的研究，設(shè)計了基于SQL Server2012關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的DBaaS自助門戶服務(wù)平臺，將數(shù)據(jù)庫以服務(wù)的形式提供給租戶，實現(xiàn)了具有按需提供服務(wù)、多租戶、可擴展等特點的DBaaS服務(wù)管理架構(gòu)。目前該平臺已在某云中心試運行且統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。該平臺的應(yīng)用，將有利于促進云計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升中小企業(yè)的競爭力。同時也為解決同類問題提供了一個通用的設(shè)計和實現(xiàn)方案。

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