分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)訪問設計與優(yōu)化

分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)訪問設計與優(yōu)化*

張均東，任 光，陳 健

（大連海事大學 輪機工程學院，遼寧大連 116026）

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)庫服務器在內(nèi)的各計算機之間的信息交互方案的設計是系統(tǒng)性能優(yōu)異的關鍵，尤其是在計算機數(shù)量較多或待交互的單位時間信息量較大時更為重要。計算機間的信息交互涉及各機間的共享數(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、實時通訊和快速數(shù)據(jù)庫訪問等手段解決。本文全面論述了有關內(nèi)容，給出了有效的解決方案。

關鍵詞：網(wǎng)絡系統(tǒng)、 信息交互、優(yōu)化設計

1 前言

隨著計算機和網(wǎng)絡技術的不斷提高，使用基于局域網(wǎng)的，分布式的計算機系統(tǒng)對大型、綜合或復雜的工業(yè)過程和運行環(huán)境進行系統(tǒng)仿真與運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)模龐大或過程復雜，單獨一臺計算機無法完成整個系統(tǒng)任務，需要多機參與，構(gòu)成計算機網(wǎng)絡，通過網(wǎng)上信息交互共同協(xié)調(diào)完成整個仿真與控制任務。各機之間信息交互的方式、頻率和數(shù)量決定了整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的綜合性能。由于在這樣的系統(tǒng)中，機間的信息交互一般都非常頻繁，各機都要面臨數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)運行、結(jié)果存貯等過程的快速性問題，因此有關的設計是非常重要和關鍵的。

2 系統(tǒng)規(guī)劃與設計

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)劃至關重要。通過系統(tǒng)和數(shù)據(jù)規(guī)劃可以優(yōu)化系統(tǒng)設計，解決各機任務均衡，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)庫為中心的設計方案。在這種設計方案中，網(wǎng)上的交互信息通過數(shù)據(jù)庫來進行，首先由產(chǎn)生交互信息的機器存入數(shù)據(jù)庫，然后由需要該交互信息的機器從數(shù)據(jù)庫中讀出來完成一個信息交互或更新過程。由于該信息交互通過一個中間環(huán)節(jié)即數(shù)據(jù)庫來進行，因此在網(wǎng)上的計算機數(shù)量較多或程序要求的數(shù)據(jù)更新較多較快時，易造成數(shù)據(jù)沖突和網(wǎng)絡堵塞，極易導致系統(tǒng)運行遲緩或死機，成為整個系統(tǒng)性能的瓶頸。

當然以數(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，其編程思路比較簡單清晰，容易被人理解和掌握。對于網(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)，同時可以通過數(shù)據(jù)規(guī)劃合理地分配各計算機的任務，使用一些編程技術來降低網(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)實時性和可擴展性要求較高時，應采用實時網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通訊的設計方案。在以數(shù)據(jù)庫為中心的系統(tǒng)設計方案中，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)上有多個應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。這樣就浪費了許多網(wǎng)絡資源，容量造成瓶頸。在采用實時網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通訊的設計方案中，通過網(wǎng)絡實時通訊來解決網(wǎng)上各機器間的數(shù)據(jù)交互與刷新問題，其中對于多臺機器都需要的數(shù)據(jù)變化通過網(wǎng)絡廣播的方式，以定時和數(shù)據(jù)變化實時觸發(fā)傳送的機制向所需機器通知該數(shù)據(jù)已發(fā)生變化和具體的數(shù)值；對于只存在兩臺機器之間的信息交互可采用點對點的方式進行通訊。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，該設計方案減少了因數(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，同時網(wǎng)絡傳輸還可以增加數(shù)據(jù)正確性和合法性校驗，為操作者或系統(tǒng)管理員及時提供系統(tǒng)信息和出錯信息，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)都保存在服務器的數(shù)據(jù)庫中，則各機一起啟動時，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)，容易造成起動時間過長的現(xiàn)象。為此，對于不必要存于服務器的數(shù)據(jù)可存于本地數(shù)據(jù)庫中，本地數(shù)據(jù)庫可采用ACCESS數(shù)據(jù)庫。對于一般不變的系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)也可以備存到本地數(shù)據(jù)庫中，供日常程序起動時使用。如果系統(tǒng)的初始化數(shù)據(jù)進行了更新，可以編制一段程序，根據(jù)數(shù)據(jù)庫服務器的數(shù)據(jù)庫版本號來更新本地數(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。

3 提高數(shù)據(jù)庫訪問速度(以SQL數(shù)據(jù)庫為例)

客戶機程序一般采用VC ，VB，

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