計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)互操作 推薦站內(nèi)最受追捧的計(jì)算機(jī)雜志：《計(jì)算機(jī)科學(xué)》由國(guó)家科技部主管，西南信息中心主辦，系“中文科技核心期刊”、“中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)與分析用期刊”、“中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源期刊”、“中國(guó)期刊方陣雙效期刊”。主要報(bào)導(dǎo)國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，涉及面廣的方法論與技術(shù)，和反映新苗頭、能起承先啟后作用的研究成果。內(nèi)容涉及程序理論、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息、數(shù)據(jù)庫(kù)、人工智能、人機(jī)界面、國(guó)際會(huì)議、應(yīng)用等。

　　摘 要： 計(jì)算機(jī)科學(xué)由于歷史及技術(shù)等原因，在資源建設(shè)的過(guò)程中產(chǎn)生了異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)互操作問(wèn)題也一直是數(shù)據(jù)庫(kù)研究領(lǐng)域的熱門(mén)課題。主要闡述了異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)互操作的概念、實(shí)現(xiàn)途徑中的關(guān)鍵技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī)科學(xué),資源整合,異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù),互操作,聯(lián)邦式數(shù)據(jù)庫(kù)

　　1 引言

　　異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)互操作問(wèn)題作為數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)課題，在國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都引起了廣泛的關(guān)注。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)外許多公司和科研單位對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的集成進(jìn)行了大量研究，取得了不少成果，但國(guó)內(nèi)對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)集成的研究還處于開(kāi)始階段。

　　2 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)互操作的概念

　　異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)(Heterogeneous Database)集成是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)從完全集中到邏輯集中、物理分布(傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù))乃至邏輯分布、物理分布(異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù))這一發(fā)展過(guò)程的結(jié)果，也是兼顧已有系統(tǒng)自治性并實(shí)現(xiàn)新的數(shù)據(jù)共享這一現(xiàn)實(shí)需求的有效手段。

　　異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的異構(gòu)特征包括兩個(gè)級(jí)別：系統(tǒng)一級(jí)的異構(gòu)和語(yǔ)言一級(jí)的異構(gòu)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　(1)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的異構(gòu):各個(gè)參與的數(shù)據(jù)庫(kù)可以分別運(yùn)行在大型機(jī)、小型機(jī)、工作站、PC或嵌入式系統(tǒng)中。

　　(2)操作系統(tǒng)的異構(gòu):各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)操作系統(tǒng)可以是Unix, Windows NT,Linux等。

　　(3)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的異構(gòu):一種是數(shù)據(jù)庫(kù)概念模式的異構(gòu):有層次、網(wǎng)狀、關(guān)系和面向?qū)ο?種;另一種是數(shù)據(jù)庫(kù)物理模式的異構(gòu)：指概念模式相同，但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，比如Oracle與SQL Server同屬關(guān)系型，但結(jié)構(gòu)不同。

　　異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)互操作的實(shí)現(xiàn)包括三個(gè)功能要素:(1)為用戶(hù)提供功能強(qiáng)大且操作靈活的互操作可視化界面，通過(guò)它用戶(hù)可以直觀(guān)地對(duì)多個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行透明訪(fǎng)問(wèn);(2)提供高級(jí)語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)調(diào)用級(jí)接口，至于調(diào)用級(jí)接口的實(shí)現(xiàn)層次可由設(shè)計(jì)者視具體清況而定;(3)支持環(huán)境開(kāi)放性，可能的話(huà)還應(yīng)該支持實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言開(kāi)放性。

　　異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)信息資源、硬件設(shè)備資源和人力資源的合并和共享。異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)集成就是要將數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的不同，操作系統(tǒng)的不同，操作平臺(tái)的不同或者底層網(wǎng)絡(luò)的不同進(jìn)行屏蔽，使得用戶(hù)就可以將異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)看成普通的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，用自己熟悉的數(shù)據(jù)處理語(yǔ)言去訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，如同訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一樣，對(duì)其進(jìn)行透明的操作。

　　3 實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)互操作的途徑

　　面對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的互操作需求，主要從兩個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行努力:一是建立標(biāo)準(zhǔn)，即建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范，消除由于標(biāo)準(zhǔn)的不完善而造成的各數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)間的差異;二是構(gòu)建異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)互操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的透明訪(fǎng)問(wèn)。

　　隨著對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)互操作問(wèn)題的深入研究，基于不同角度，許多研究者提出了可行的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)互操作途徑，這些途徑在實(shí)現(xiàn)互操作的深度、廣度和高度上各不相同，都有各自所適應(yīng)的特定環(huán)境和需求。從異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的核心思想出發(fā)，把實(shí)現(xiàn)互操作的途徑歸納為兩大類(lèi)。

　　3.1 系統(tǒng)級(jí)異構(gòu)互操作

　　對(duì)于DBMS系統(tǒng)一級(jí)異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫(kù)互操作，主要有四種實(shí)現(xiàn)途徑。

　　(1)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)關(guān)(Database Gateway)

　　數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)關(guān)是一種中繼器，它能提供應(yīng)用級(jí)的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)集成的手段。網(wǎng)關(guān)的主要作用是轉(zhuǎn)換和通信。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)關(guān)可以建立比較穩(wěn)定和透明的數(shù)據(jù)庫(kù)互操作，但是其缺點(diǎn)也較為明顯。諸如不關(guān)心如何屏蔽數(shù)據(jù)庫(kù)之間的異構(gòu)性，不支持事務(wù)處理，資源冗余，用戶(hù)受限于數(shù)據(jù)庫(kù)廠(chǎng)商，不能任意選擇客戶(hù)機(jī)平臺(tái)及目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)等問(wèn)題。

　　(2)公共協(xié)議/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換協(xié)議技術(shù)

　　公共協(xié)議是異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信時(shí)采用的公認(rèn)的數(shù)據(jù)協(xié)議，即公認(rèn)的系統(tǒng)間傳遞SQL請(qǐng)求和結(jié)果的形式。最常見(jiàn)的協(xié)議是ANSI/ISO的關(guān)系數(shù)據(jù)存取(RDA)標(biāo)準(zhǔn)、SGA(SQL Access Group)規(guī)范和IBM的分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)(DRDA)。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)關(guān)相比，公共協(xié)議更具有可擴(kuò)充性和開(kāi)放性，能較好地實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的透明訪(fǎng)問(wèn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和多種客戶(hù)平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)互操作的有效途徑之一。

　　公共協(xié)議/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換協(xié)議的缺點(diǎn)是協(xié)議本身的低效率帶來(lái)的速度問(wèn)題。

　　(3)公共編程接口

　　公共編程接口包括客戶(hù)應(yīng)用編程界面(CAPI)和服務(wù)器應(yīng)用編程界面(SAPI)。CAPI是一組過(guò)程庫(kù)，通常駐留在客戶(hù)端，通過(guò)裝載后端專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)程序訪(fǎng)問(wèn)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)。SAPI提供一個(gè)應(yīng)用編程界面，控制服務(wù)器與客戶(hù)應(yīng)用請(qǐng)求和目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的交互。如Microsoft 的ODBC、Oracle的SQL*NET 以及IDAPI。其優(yōu)點(diǎn)有：由于提供了統(tǒng)一的調(diào)用級(jí)接口，使用戶(hù)免除了應(yīng)用程序隨數(shù)據(jù)庫(kù)改變而改變的痛苦;通過(guò)API可使應(yīng)用程序直接操縱數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)API的缺點(diǎn)是:針對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)都需要有一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序;由于不同的驅(qū)動(dòng)程序所支持的數(shù)據(jù)類(lèi)型和對(duì)數(shù)據(jù)的操作都不相同，其完全透明地訪(fǎng)問(wèn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的能力有限;實(shí)現(xiàn)效率過(guò)分依賴(lài)于驅(qū)動(dòng)程序，而驅(qū)動(dòng)程序?qū)��?biāo)準(zhǔn)語(yǔ)法轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的命令語(yǔ)法要花費(fèi)大量的時(shí)間。

　　(4)中間件技術(shù)(Middle Ware)

　　中間件是處于應(yīng)用程序及應(yīng)用程序所在系統(tǒng)的內(nèi)部工作方式之間的軟件，它的基本思想是在各后端數(shù)據(jù)源和前端應(yīng)用程序之間建立一個(gè)抽象層。把應(yīng)用程序與系統(tǒng)所依附軟件的較低層細(xì)節(jié)和復(fù)雜性隔離開(kāi)來(lái)，使應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者只處理某種類(lèi)型的單個(gè)API，而其他細(xì)節(jié)則可以由中間件處理。這樣就使系統(tǒng)對(duì)每個(gè)不同數(shù)據(jù)源的操作變成對(duì)單一的中間件的操作，而后再對(duì)中間件進(jìn)行異構(gòu)處理。使用中間件技術(shù)解決異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)集成的問(wèn)題，將會(huì)給系統(tǒng)集成帶來(lái)很多的好處。這是因?yàn)橹虚g件不僅能夠使得前端用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)后端的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)透明化，并且保證了訪(fǎng)問(wèn)接口的開(kāi)放性，這樣可以使系統(tǒng)在以后功能上的擴(kuò)展更加方便。通過(guò)中間件來(lái)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的另一個(gè)好處就是所有的客戶(hù)端的請(qǐng)求都發(fā)送到了中間件上，減輕了數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，保證了數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的性能不會(huì)降低。同時(shí)，中間件的采用極大地提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性，在系統(tǒng)內(nèi)部的某個(gè)邏輯發(fā)生變化時(shí)，只要改變中間層的相應(yīng)處理程序，前臺(tái)用戶(hù)界面不需要做任何的改動(dòng)，這樣就大大降低了系統(tǒng)維護(hù)的費(fèi)用。

　　3.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與語(yǔ)義級(jí)異構(gòu)互操作

　　目前，對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義一級(jí)異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)互操作的研究有緊密耦合和松散耦合兩種思想，具體體現(xiàn)于多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三種方法。

　　(1)多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

　　所謂多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)就是一種能夠接受和容納多個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)，允許各個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的“自治性”。多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是一個(gè)廣義的概念，是相對(duì)于如集中式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)那種邏輯上具有同一管理系統(tǒng)而言的，它以多元和分布為主要特征。多元是指它多個(gè)彼此區(qū)別的集中式或分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng);分布則是指數(shù)據(jù)分布在不同場(chǎng)地的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，由各自的管理系統(tǒng)進(jìn)行管理。

　　多數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的目標(biāo)是為在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之間實(shí)現(xiàn)互操作，解決數(shù)據(jù)庫(kù)資源共享找到一種技術(shù)途徑。一般采用分布、異構(gòu)、自治三個(gè)特性作為尺度來(lái)刻畫(huà)多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。使用這種方法，用戶(hù)需要顯式地指明所要訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用自下而上的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　(2)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)(Distributed Database)

　　分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的基本思想是拋棄原有的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下建立分布的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在體系結(jié)構(gòu)、事務(wù)處理模型等方面重新設(shè)計(jì)從而解決信息共享與互操作問(wèn)題。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)分為同質(zhì)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和異質(zhì)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。像 Oracle、Sybase、Informix 等都是同質(zhì)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，這類(lèi)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易一些。異質(zhì)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)大多是在已有的一些數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。

　　(3)聯(lián)邦式數(shù)據(jù)庫(kù)(Federated Database)

　　聯(lián)邦式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，它是由一組能協(xié)調(diào)工作，又可以獨(dú)立自治的部件數(shù)據(jù)庫(kù)組成。它可以是原先不分布的，又可以是分布的，具有分布性、自治性、異構(gòu)性三大特性。

　　聯(lián)邦式數(shù)據(jù)庫(kù)與分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的區(qū)別在于：分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)雖然在物理上是分散的，但因?yàn)橛薪y(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型及全局?jǐn)?shù)據(jù)模式，所以它在邏輯上卻是集中的，因此用戶(hù)感覺(jué)到的是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)。顯然，這種系統(tǒng)可用于某個(gè)專(zhuān)用領(lǐng)域的系統(tǒng)，但不適于不同領(lǐng)域間的異構(gòu)系統(tǒng)的集成。相反地，聯(lián)邦式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是由在不同結(jié)點(diǎn)上松散耦合分布的異構(gòu)成員數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成，各聯(lián)邦成員間的一種松散結(jié)合。構(gòu)成聯(lián)邦成員的可以是一個(gè)集中式數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，它們可以根據(jù)需要(按某種組合)加入聯(lián)邦或者根據(jù)需要退出聯(lián)邦。聯(lián)邦式數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有全局模式，各子系統(tǒng)(即聯(lián)邦成員)按自己的需求建立各自的數(shù)據(jù)模式。其成員之間的數(shù)據(jù)共享關(guān)系，通過(guò)由協(xié)商確定的輸入/輸出模式來(lái)建立，單個(gè)成員有權(quán)拒絕或允許其它成員結(jié)點(diǎn)對(duì)它的訪(fǎng)問(wèn)。因此，它能夠支持多庫(kù)系統(tǒng)的分布性、異構(gòu)性和自治性，使之產(chǎn)生滿(mǎn)意的集成。

　　異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的互操作技術(shù)使得數(shù)據(jù)庫(kù)在原有技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的同時(shí)，在未來(lái)新的應(yīng)用領(lǐng)域也有著重要的影響，如地球觀(guān)測(cè)系統(tǒng) EOSDIS、電子商務(wù)、保健信息系統(tǒng)、數(shù)字出版、協(xié)同設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。

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