数据库服务器(1)

1数据库服务器（1）胡经国本文作者的话本文是根据有关文献和资料编写的《漫话云计算》系列文稿之一。现作为云计算学习笔录，奉献给云计算业外读者，作为进一步学习和研究的参考。希望能够得到大家的指教和喜欢！下面是正文一、概述数据库服务器（DatabaseServer），是指运行数据库系统的专用服务器，其功能就是为数据库系统的高性能运行提供硬件支持和保障。运行在局域网中的一台或多台计算机和数据库管理系统软件共同构成数据库服务器。数据库服务器为客户应用提供数据服务。这些服务包括：查询、更新、事务管理、索引、高速缓存、查询优化、安全及多用户存取控制等。二、主要功能数据库服务器，建立在数据库管理系统基础上，具有数据库管理系统的特性，而且有其独特性能的—面。其主要功能如下：1、数据库管理功能，包括：系统配置与管理、数据存取与更新管理、数据完整性管理和数据安全性管理。2、数据库的查询和操纵功能，包括：数据库检索和修改。3、数据库维护功能，包括：数据导入／导出管理，数据库结构维护、数据恢复功能和性能监测。4、数据库并行运行。由于在同一时间，访问数据库的用户不止一个，所以数据库服务器必须支持并行运行机制，处理多个事件的同时发生。三、层次结构在C/S（客户机/服务器）模型中，数据库服务器软件（后端）主要用于处理数据查询或数据操纵的请求。与用户交互的应用部分（前端）在用户的工作站上运行。它们的连接软件是：1、数据库服务器应用编程接口API；2、通信连接软件和网络传输协议；3、公用的数据存取语言SQL。2四、优点1、编程量减少：数据库服务器提供用于数据操纵的标准接口API（ApplicationProgrammingInterface，应用程序编程接口）。2、数据库安全性高（安全保证好）：数据库服务器提供监控性能、并发控制等工具。由DBA（DatabaseAdministrator，数据库管理员）统一负责授权访问数据库及网络管理。3、数据可靠性管理和恢复好：数据库服务器提供统一的数据库备份和恢复、启动和停止数据库的管理工具。4、计算机资源利用充分：数据库服务器把数据管理及处理工作，从客户机上分离出来，使网络中各计算机资源能灵活分配、各尽其用。5、系统性能提高：能大大降低网络开销；协调操作，减少资源竞争，避免死锁；提供联机查询优化机制。6、便于平台扩展：多处理器（相同类型）的水平扩展；多个服务器的水平扩展；垂直扩展：服务器可以移植到功能更强的计算机上，不涉及处理数据的重新分布问题。五、数据库服务器与Web服务器分离的好处1、安全性数据库服务器可以只对Web服务器提供服务，不至于暴露在互联网中。将网络嗅探、暴力破解的可能性降到最低。2、处理效率更高数据库服务器可以只提供数据检索服务而不必处理其它服务。而且，数据库服务器不需要外网，只在内网为Web服务器提供数据查询服务即可。Web服务器可以只处理Web请求，不处理数据库操作，可以更好地利用带宽资源。链接：网络嗅探网络嗅探（NetworkSniffer），是指利用计算机的网络接口截获目的地为其它计算机的数据报文的一种手段。网络嗅探需要用到网络嗅探器，其最早是为网络管理人员配备的工具。有了嗅探器网，络管理员可以随时掌握网络的实际情况，查找网络漏洞和检测网络性能。当网络性能急剧下降的时候，可以通过嗅探器分析网络流量，找出网络阻塞的来源。网络嗅探是网络监控系统的实现基础。任何东西都有它的两面性，在黑客的手中，嗅探器就变成了一个黑客利器。链接：暴力破解穷举法（ExhaustiveAttackmethod），别称强力法、暴力破解，是指对截3获的密文依次用各种可能的密钥破译。穷举法是一种针对于密码的破译方法。这种方法很像数学上的完全归纳法并在密码破译方面得到了广泛的应用。简单来说就是将密码进行逐个推算直到找出真正的密码为止。比如一个四位并且全部由数字组成其密码共有10000种组合，也就是说最多我们会尝试9999次才能找到真正的密码。利用这种方法我们可以运用计算机来进行逐个推算，也就是说用我们破解任何一个密码也都只是一个时间问题。六、选型原则及实例解说1、数据库服务器选型概述数据库服务器作为业务系统的核心，具有业务量大、存储数据量大等特点。它承担着业务数据的存储和处理任务。因此，关键数据库服务器的选择就显得尤为重要。服务器的可靠性和可用性是首要的需求；其次是数据处理能力和安全性；然后是可扩展性和可管理性。根据应用类型和规模的不同，数据库对于服务器的性能要求也不一样。例如对于大型数据库来说，服务器往往仅用来运行数据库，或仅运行单一的应用。数据库的容量在1TB以上，需要有较高的CPU处理能力，大容量内存为数据缓存服务，并需要很好的IO性能；使用这类应用时，通常需要有较高的CPU主频。2、数据库服务器选型五个原则数据库服务器选型应该遵循以下五个原则：⑴、高性能原则保证所选购的服务器，不仅能够满足运营系统的运行和业务处理的需要，而且能够满足一定时期的业务量增长的需要。一般可以根据经验公式计算出所需的服务器TpmC值；然后比较各服务器厂商和TPC组织公布的TpmC值，选择相应的机型。同时，用服务器的市场价／报价除以计算出来的TpmC值，得出单位TpmC值的价格，进而选择高性能价格比的服务器。链接：TpmC值TpmC值在国内外被广泛用于衡量计算机系统的事务处理能力，是指“每分钟内系统处理（Transactions：交易）的新订单的个数”的英文缩写。缩写自Transactionsperminute，TPC-C。TPC-C是在线事务处理（OLTP）的基准程序。TPC-C使用三种性能和价格度量，其中性能由TPC-C吞吐率衡量，单位是TpmC。Tpm是Transactionsperminute的简称；C指TPC中的C基准程序。TpmC的定义是每分钟内系统处理的新订单的个数。4⑵、可靠性原则可靠性原则是所有选择设备和系统中首要考虑的，尤其是对大型的、有大量处理要求的、需要长期运行的系统。考虑服务器系统的可靠性，不仅要考虑服务器单个节点的可靠性或稳定性，而且要考虑服务器与相关辅助系统之间连接的整体可靠性，如：网络系统、安全系统、远程打印系统等。在必要时，还应考虑对关键服务器采用集群技术，如：双机热备份或集群并行访问技术，甚至采用可能的完全容错机。比如，若要保证系统（硬件和操作系统）在99.98%的时间内都能够正常运作（包括维修时间），则故障停机时间六个月不得超过0.5个小时，服务器需7×24小时连续运行，因而要求其具有很高的安全可靠性。系统整机平均无故障时间（MTBF）不低于80000小时。服务器如出现CPU损坏或其它机械故障，都能在20分钟内由备用的CPU和机器自动代替工作，无须人员操作，保证数据完整。⑶、可扩展性原则保证所选购的服务器具有优秀的可扩展性。因为，服务器是所有系统处理的核心，要求具有大数据吞吐速率，包括：I/O速率和网络通讯速率，而且服务器需要能够处理一定时期的业务发展所带来的数据量，需要服务器能够在相应时间对其自身根据业务发展的需要进行相应的升级，如：CPU型号升级、内存扩大、硬盘扩大、更换网卡、增加终端数目、挂接磁盘阵列或与其他服务器组成对集中数据的并发访问的集群系统等。这些都需要所选购的服务器在整体上具有一个良好的可扩充余地。一般数据库和计费应用服务器在大型计费系统的设计中就会采用集群方式来增加可靠性；其中挂接的磁盘存储系统，根据数据量和投资考虑，可以采用DAS、NAS或SAN等实现技术。链接：DASDAS（DatabaseasaService，数据库即服务）模型，是最近出现的一种新的数据管理模型。它把用户的数据存放在数据库服务提供端（DatabaseServiceProvider，DSP），并让它们通过网络使用数据库管理系统。因此，这种模型对外购数据库的安全性提出了更高的要求：不仅可以防止外部攻击者对重要数据的窃取或篡改，而且可以防止DSP（数据库服务提供端）内部人员的非法访问。链接：NASNAS（NetworkAttachedStorage，网络附属存储），按字面简单说，就是连接在网络上，具备资料存储功能的装置，因此也称为“网络存储器”。它是一种专用数据存储服务器。它以数据为中心，将存储设备与服务器彻底分离，集中管理数据。从而，释放带宽、提高性能、降低总拥有成本、保护投资。其成本远远低于使用服务器存储，而效率却远远高于后者。目前，国际著名的NAS企业有Netapp、EMC、OUO等。5链接：SANSAN是一种储存技术。SAN是千兆位速率的网络，它依托光纤通道（FibreChannel）为服务器和存储设备之间的连接提供更高的吞吐能力、支持更远的距离和更可靠的连通。SAN可以是交换式网络，也可以是共享式网络。⑷、安全性原则服务器处理的大都是相关系统的核心数据，其上存放和运行着关键的交易和重要的数据。这些交易和数据对于拥有者来说是一笔重要的资产，它们对安全性就非常敏感。服务器的安全性与系统的整体安全性密不可分，如：网络系统的安全、数据加密、密码体制等。服务器需要在其自身，包括软硬件，都应该从安全角度上设计考虑。在借助于外界的安全设施保障下，更要保证本身的高安全性。⑸、可管理性原则服务器既是核心又是系统整体中的一个节点部分，就像网络系统需要进行管理维护一样，也需要对服务器进行有效的管理。这需要服务器的软硬件支持标准的管理系统，尤其是其上的操作系统，也包括一些重要的系统部件。3、实例解说数据库服务器选型⑴、采用高端服务器系统的依据为了对上述原则有更清晰的认识，下面以金保工程某省级数据中心交换区数据层服务器为例，来详细阐述其数据库服务器选型的方法。在该省级数据中心交换区数据层服务器中，作为社会保险关系异地转移、离退休人员异地数据交换和异地就医数据交换的数据库服务器，支持在职人员社会保险关系跨市转移的信息交换，以及异地领取养老金相关信息（如人员的基本状况、支付标准、生存状况等）的交换，同时保存死亡信息和公共服务信息、临时缓存宏观决策上报数据和基金监管信息。考虑其作为中央、省、市三级数据中心信息交换的枢纽，所支撑应用的关键性，应采用高端服务器系统。⑵、高端服务器系统配置具体配置要求如下：①、服务器处理能力为了支持本省的异地转移、异地就医和异地领取养老金等业务，需要较高的交易数据处理能力。TPC计算如下：假设全省参保总人数C=980万，交易日平均交易人数比例a1=1‰，每笔交易对应数据库事务数a2=5，则：每日实际交易量M=C×a1×a2；交易日集中交易时间T=120分钟；交易日集中期内交易量比例Ct=80%；基准TPC指标值对应实际交易值的比例M0=6:1；CPU处理能力余量M1=30%～45%，取35%；3年内每年处理能力增长率P=30%。6根据经验公式计算得出：TPC=89435。也就是说，服务器选型应该考虑采用TPC值不低于100000的高端服务器系统配置。链接：TPCTPC是系统各部分性能的一个综合表达，用来评估系统的整体性能。TPC是服务器每秒处理交易的峰值，只对服务器的性能起参考作用。可以先根据应用类型和系统规模，估算一个TPC值；然后根据该值在选定设备型号后，再做具体的配置。②、内存容量根据经验和类似业务量和环境，内存容量应为1G/CPU×CPU数。从目前主流硬件厂商的指标来看，TPC值要达到100000，一般需要配置8个CPU，因此内存建议配置8GB。③、主机系统总线带宽、I/O总线带宽在高CPU、大容量内存的配置下，必须要求主机系统总线带宽、I/O总线带宽都达到很高，否则，系统性能将形成瓶颈。链接：带宽带宽（BandWidth）又叫频宽，是指在固定时间可传输资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，带宽通常以bps表示，即每秒可传输的比特（字节）。在模拟设备中，带宽通常以每秒传送周期或赫兹（Hz）来表示。④、存储容量交换区平均数据量为164.8GB，峰值数据量为164.8GB×1.5，考虑0.2倍的数据库索引和系统占用空间；作RAID保护后60%存储利用率；以后数据增长，需提供30%的数