超大型Oracle数据库应用系统的设计方法

• 设计
• 方法
• 数据库
• 数据
• 基本
• MIS
• 系统
• PING
• 应用

一、概论

超大型系统的特点为：

1.处理的用户数一般都超过百万，有的还超过千万，数据库的数据量一般超过1TB；

2.系统必须提供实时响应功能，系统需不停机运行，要求系统有很高的可用性及可扩展性。

为了能达到以上要求，除了需要性能优越的计算机和海量存储设备外，还需要先进的数据库结构设计和优化的应用系统。

一般的超大型系统采用双机或多机集群系统。下面以数据库采用Oracle 8.0.6并行服务器为例来谈谈超大型数据库设计方法：

·确定系统的ORACLE并行服务器应用划分策略

·数据库物理结构的设计

·系统硬盘的划分及分配

·备份及恢复策略的考虑

二、Oracle并行服务器应用划分策略

Oracle并行服务器允许不同节点上的多个INSTANCE实例同时访问一个数据库，以提高系统的可用性、可扩展性及性能。Oracle并行服务器中的每个INSTANCE实例都可将共享数据库中的表或索引的数据块读入本地的缓冲区中，这就意味着一个数据块可存在于多个INSTANCE实例的SGA区中。那么保持这些缓冲区的数据的一致性就很重要。Oracle使用 PCM（ Parallel Cache Management） 锁维护缓冲区的一致性，Oracle同时通过I DLM（ 集成的分布式锁管理器）实现PCM 锁,并通过专门的LCK进程实现INSTANCE实例间的数据一致。

考虑这种情况：INSTANCE1对BLOCK X块修改，这时INSTANCE2对BLOCK X块也需要修改。Oracle并行服务器利用PCM锁机制，使BLOCK X从INSTANCE 1的SGA区写入数据库数据文件中，又从数据文件中把BLOCK X块读入INSTANCE2的SGA区中。发生这种情况即为一个PING。PING使原来1个MEMORY IO可以完成的工作,变成2个DISK IO和1个 MEMORY IO才能够完成,如果系统中有过多的PING，将大大降低系统的性能。

Oracle并行服务器中的每个PCM锁可管理多个数据块。PCM锁管理的数据块的个数与分配给一个数据文件的PCM锁的个数及该数据文件的大小有关。当INSTANCE 1和INSTANCE 2要操作不同的BLOCK，如果这些BLOCK 是由同一个PCM 锁管理的,仍然会发生PING。这些PING称为FALSE PING。当多个INSTANCE访问相同的BLOCK而产生的PING是TRUE PING。

合理的应用划分使不同的应用访问不同的数据，可避免或减少TRUE PING；通过给FALSE PING较多的数据文件分配更多的PCM锁可减少 FALSE PING的次数，增加PCM锁不能减少TRUE PING。

所以, Oracle并行服务器设计的目的是使系统交易处理合理的分布在INSTANCE实例间，以最小化PING，同时合理的分配PCM锁，减少FALSE PING。设计的关键是找出可能产生的冲突，从而决定应用划分的策略。应用划分有如下四种方法:

1.根据功能模块划分，不同的节点运行不同的应用

2.根据用户划分，不同类型的用户运行在不同的节点上

3.根据数据划分，不同的节点访问不同的数据或索引

4.根据时间划分，不同的应用在不同的时间段运行

应用划分的两个重要原则是使PING最小化及使各节点的负载大致均衡。

三、数据库物理结构的设计

数据库物理结构设计包括确定表及索引的物理存储参数，确定及分配数据库表空间，确定初始的回滚段，临时表空间，redo log files等，并确定主要的初始化参数。物理设计的目的是提高系统的性能。整个物理设计的参数可以根据实际运行情况作调整。

● 表及索引数据量估算及物理存储参数的设置

表及索引的存储容量估算是根据其记录长度及估算的最大记录数确定的。在容量计算中考虑了数据块的头开销及记录和字段的头开销等等。表及索引的initial和next存储参数一般设为相等，pctincrease设为0。 这篇论坛文章（赛迪网技术社区）主要介绍了数据库设计在大型MIS软件开发过程中的重要性，详细内容请参考下文：

8０年代初以来，国内许多计算机专家先后深入一些大型企业，力图开发出理想的大型ＭＩＳ。实践证明，开发出的大型ＭＩＳ，多数不很理想。原因何在？据作者一孔之见，其中一条重要的原因，就是在开发过程中对ＭＩＳ的数据库设计重视不够，没有把它当作一件头等大事来处理。一个大型ＭＩＳ，如果它的数据库设计出了问题，就是出了大问题，或者说从根本上出了问题。这样的ＭＩＳ，不会成功，只会失败。既然如此，应该怎样来解决它呢？

一、ＭＩＳ的基础是数据库

ＮＩＳ系统包括硬件和软件两部分。ＭＩＳ的软件，是由文档加程序组成的。它的文档，就是ＭＩＳ的全部设计说明书。它的程序，就是ＭＩＳ的全部算法加上相应的数据结构。ＭＩＳ的算法无非是它的各种录入、修改、查询、处理、输出与菜单程序的算法。ＭＩＳ的数据结构，主要是指数据库设计中的各种基本表。可以这么说，基本表是ＭＩＳ的基础。数据库设计既是ＭＩＳ开发中的重点，又是其难点。说它是重点，因为设计出一套好的基本表需要许多技巧。

ＭＩＳ的发展是分阶段的，不同的阶段，对应不同的数据库。在ＭＩＳ的初级（初始与扩展）阶段，对应的数据库为应用数据库。所谓应用数据库，就是针对某项具体的应用而设计的基本表的集合，这种数据库的设计、使用与维护均较容易。在ＭＩＳ的中级（控制与集成）阶段，对应的数据库为主题数据库。所谓主题数据库，就是针对某方面的主题而设计的基本表的集合，它包括本主题范围内的所有应用项目，这种数据库的设计、使用与维护均较复杂。在ＭＩＳ的高级（数据管理与成熟）阶段，对应的数据库为综合数据库。所谓综合数据库，就是针对某个大型企事业单位的综合管理信息系统而设计的基本表的集合，它包括本单位的所有主题，这种数据库的设计、使用与维护均很复杂，对设计者、用户与ＤＢＡ的要求均很高。 #p#分页标题#e#

二、数据库设计的一般方法

数据库设计分五大步，即数据库需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计与加载测试。需求分析的任务是将业务管理单证流转化为数据流，绘制出数据流程图ＤＦＤ，并完成相应的数据字典，概念设计的任务是从ＤＦＤ出发，识别实体及其相互关系，并绘制出实体关系图，即Ｅ－Ｒ图。逻辑设计的任务是从Ｅ－Ｒ图出发，确定各个实体及关系的具体属性。物理设计的任务是确定所有属性的类型、宽长与取值范围，设计出基本表的主键与外键，将所有表名与字段名英文化，完成相应的数据字典，在具体的ＤＢＭＳ环境上实现物理建库工作。加载测试工作贯穿于程序测试工作的全过程，整个录入、修改、查询、处理、输出工作，均可视为对数据库的加载测试工作。应该指出，大型数据库的设计不大可能一次顺利完成，上述五大步骤，很可能是一个不断迭代的过程。

三、基本表与其它表

ＭＩＳ中的数据库是由一组基本表所组成的，一个实体可以用一张基本表来描述，一个复杂关系也可以用一张基本表来描述。所以，基本表可以代表一个实体，也可以代表一个关系。基本表中的字段，就是实体或关系的属性。基本表是存放基础数据的地方，这些基础数据具有五个基本性质。原子性，即表中的数据是元数据。演绎性，即由表中的数据可以生成系统所有的输出数据。稳定性，即表中的数据一次录入、多次使用、长期保存。

规范性，即表中的数据满足第三范式。客观性，即表中的数据是客观存在的数据，不是主观想象中的数据。

ＭＩＳ中的表除了基本表之外，还有一些非基本表，如代码表、中间表、临时表与虚表（视图），它们不属于数据库的内容，但均以表的形式出现，为数据的录入、查询、处理、输出提供方便。利用基本表的五个性质，很容易区分基本表与非基本表。非基本表的设计是不难的，基本表的设计是较难的，ＭＩＳ中的数据库设计，主要是指基本表的设计。

四、数据库的设计技巧

数据库设计中有两个难点，一是如何处理多对多的关系，二是如何设计主键。处理多对多的关系的办法为：将一个多对多的关系分解为一个一对多的关系加上另一个多对一的关系。例如，若两个表之间存在多对多的关系，就在它俩之间增加一个表，该表的字段中至少要包括前两个表的主键在内。这样，就将一个多对多的关系转化为两个一对多的关系了。

在基本表中，主键是记录的唯一标识。一般而言，主键是为索引文件或表间连接服务的。它对用户不透明，只提供给程序员使用。因此，主键的取值最好为一串无物理意义的数值，且由程序自动加１来实现。主键是一个永久为非空的字段，一旦产生，便不能修改，但可以被拷贝。通过拷贝，这个表的主键可作为那个表的外键。要设计好数据库，除了克服以上两个难点之外，还应遵循下列原则：即基本表的个数越少越好；主键的个数越少越好；字段的个数越少越好。

五、ＭＩＳ的开发模式

结合我国的特点，大型ＭＩＳ的开发与大型数据库的设计，均应分为两个层次，即内核层与外壳层。内核层对应法治，设计上讲究通用性。外壳层对应人治，设计上讲究专用性。随着中国经济与世界经济接轨进程的发展，ＭＩＳ的内核层将逐步扩大，外壳层将逐步缩小，通用性将逐步增强。

当前我国大型企事业单位的ＭＩＳ建设，少数单位已跨过了初级阶段，开始迈向中级或高级阶段。与此同时，数据库设计已告别了应用数据库时期，开始向主题数据库或综合数据库过渡。主题数据库或综合数据库的设计，与应用数据库设计的本质区别是：前者是面向数据，后者是面向程序。一个大型企事业单位的ＭＩＳ建设，是一个长期的反复的过程。在这一过程中，应用程序与输出图表可能逐年变动，但基础数据是稳定不变的。只要我们将基本表设计面向数据，不面向程序，用基本表组织好元数据，就能以不变应万变，避免在ＭＩＳ建设中的失误。