分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)訪問設(shè)計(jì)與優(yōu)化(一)

分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)訪問設(shè)計(jì)與優(yōu)化

摘  要： 在基于局域網(wǎng)的大型分布式仿真和控制系統(tǒng)中，包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器在內(nèi)的各計(jì)算機(jī)之間的信息交互方案的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)性能優(yōu)異的關(guān)鍵，尤其是在計(jì)算機(jī)數(shù)量較多或待交互的單位時(shí)間信息量較大時(shí)更為重要。計(jì)算機(jī)間的信息交互涉及各機(jī)間的共享數(shù)據(jù)的讀取、存貯和更新等方面的內(nèi)容，需采取有效的系統(tǒng)規(guī)劃、實(shí)時(shí)通訊和快速數(shù)據(jù)庫訪問等手段解決。本文全面論述了有關(guān)內(nèi)容，給出了有效的解決方案。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、 信息交互、優(yōu)化設(shè)計(jì)
1  前言
 隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷提高，使用基于局域網(wǎng)的，分布式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)大型、綜合或復(fù)雜的工業(yè)過程和運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)仿真與運(yùn)行模擬以及控制已越來越普遍。由于這樣的仿真與控制系統(tǒng)一般規(guī)模龐大或過程復(fù)雜，單獨(dú)一臺(tái)計(jì)算機(jī)無法完成整個(gè)系統(tǒng)任務(wù)，需要多機(jī)參與，構(gòu)成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)上信息交互共同協(xié)調(diào)完成整個(gè)仿真與控制任務(wù)。各機(jī)之間信息交互的方式、頻率和數(shù)量決定了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綜合性能。由于在這樣的系統(tǒng)中，機(jī)間的信息交互一般都非常頻繁，各機(jī)都要面臨數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)運(yùn)行、結(jié)果存貯等過程的快速性問題，因此有關(guān)的設(shè)計(jì)是非常重要和關(guān)鍵的。
2  系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)
 無論是仿真還是控制系統(tǒng)，合理的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)規(guī)劃至關(guān)重要。通過系統(tǒng)和數(shù)據(jù)規(guī)劃可以優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決各機(jī)任務(wù)均衡，資源充分利用等問題，在兼顧可靠性、安全性和故障可診斷性的同時(shí)充分發(fā)揮系統(tǒng)的整體效率和性能，并容許具有一定的可擴(kuò)展性。
 目前有許多分布式仿真和控制系統(tǒng)采用以數(shù)據(jù)庫為中心的設(shè)計(jì)方案。在這種設(shè)計(jì)方案中，網(wǎng)上的交互信息通過數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行，首先由產(chǎn)生交互信息的機(jī)器存入數(shù)據(jù)庫，然后由需要該交互信息的機(jī)器從數(shù)據(jù)庫中讀出來完成一個(gè)信息交互或更新過程。由于該信息交互通過一個(gè)中間環(huán)節(jié)即數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行，因此在網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)數(shù)量較多或程序要求的數(shù)據(jù)更新較多較快時(shí)，易造成數(shù)據(jù)沖突和網(wǎng)絡(luò)堵塞，極易導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行遲緩或死機(jī)，成為整個(gè)系統(tǒng)性能的瓶頸。
 當(dāng)然以數(shù)據(jù)庫為中心的分布式仿真和控制系統(tǒng)也有其優(yōu)點(diǎn)，其編程思路比較簡單清晰，容易被人理解和掌握。對(duì)于網(wǎng)上信息交互量不多的系統(tǒng)，可以采用以數(shù)據(jù)庫為中心的系統(tǒng)，同時(shí)可以通過數(shù)據(jù)規(guī)劃合理地分配各計(jì)算機(jī)的任務(wù)，使用一些編程技術(shù)來降低網(wǎng)上的信息流量，提高系統(tǒng)的性能。例如在程序中應(yīng)盡量使用全局變量創(chuàng)建公用數(shù)據(jù)庫連接，避免每次不必要的數(shù)據(jù)連接重建時(shí)間。
 如果系統(tǒng)較大、網(wǎng)上信息交互量較多或?qū)ο到y(tǒng)實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性要求較高時(shí)，應(yīng)采用實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊的設(shè)計(jì)方案。在以數(shù)據(jù)庫為中心的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，由于數(shù)據(jù)的變化首先要存入數(shù)據(jù)庫，然后被其它程序訪問才能刷新，經(jīng)歷了數(shù)據(jù)庫存取這一中間環(huán)節(jié)。如果網(wǎng)上有多個(gè)應(yīng)用程序都需要知道該數(shù)據(jù)的變化，則都必須通過數(shù)據(jù)庫訪問才能更新。這樣就浪費(fèi)了許多網(wǎng)絡(luò)資源，容量造成瓶頸。在采用實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊的設(shè)計(jì)方案中，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通訊來解決網(wǎng)上各機(jī)器間的數(shù)據(jù)交互與刷新問題，其中對(duì)于多臺(tái)機(jī)器都需要的數(shù)據(jù)變化通過網(wǎng)絡(luò)廣播的方式，以定時(shí)和數(shù)據(jù)變化實(shí)時(shí)觸發(fā)傳送的機(jī)制向所需機(jī)器通知該數(shù)據(jù)已發(fā)生變化和具體的數(shù)值；對(duì)于只存在兩臺(tái)機(jī)器之間的信息交互可采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行通訊。通訊的數(shù)據(jù)格式和組織可以自行定義。因此，與以數(shù)據(jù)庫為中心的方案相比，該設(shè)計(jì)方案減少了因數(shù)據(jù)刷新所需的多次訪問問題，大大減少了數(shù)據(jù)流量，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸還可以增加數(shù)據(jù)正確性和合法性校驗(yàn)，為操作者或系統(tǒng)管理員及時(shí)提供系統(tǒng)信息和出錯(cuò)信息，便于系統(tǒng)故障診斷和系統(tǒng)調(diào)試。
 如果把各子系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)都保存在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，則各機(jī)一起啟動(dòng)時(shí)，由于都需要建立數(shù)據(jù)庫鏈接，讀取其中的初始化數(shù)據(jù)，容易造成起動(dòng)時(shí)間過長的現(xiàn)象。為此，對(duì)于不必要存于服務(wù)器的數(shù)據(jù)可存于本地?cái)?shù)據(jù)庫中，本地?cái)?shù)據(jù)庫可采用ACCESS數(shù)據(jù)庫。對(duì)于一般不變的系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)也可以備存到本地?cái)?shù)據(jù)庫中，供日常程序起動(dòng)時(shí)使用。如果系統(tǒng)的初始化數(shù)據(jù)進(jìn)行了更新，可以編制一段程序，根據(jù)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫版本號(hào)來更新本地?cái)?shù)據(jù)庫。無論何種方案，數(shù)據(jù)庫的訪問總是不能避免的，如何提高數(shù)據(jù)庫的訪問速度非常值得研究。

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