分布式网络系统中的数据访问设计与优化

分布式网络系统中的数据访问设计与优化*

张均东，任 光，陈 健

（大连海事大学 轮机工程学院，辽宁大连 116026）

摘 要： 在基于局域网的大型分布式仿真和控制系统中，包括数据库服务器在内的各计算机之间的信息交互方案的设计是系统性能优异的关键，尤其是在计算机数量较多或待交互的单位时间信息量较大时更为重要。计算机间的信息交互涉及各机间的共享数据的读取、存贮和更新等方面的内容，需采取有效的系统规划、实时通讯和快速数据库访问等手段解决。本文全面论述了有关内容，给出了有效的解决方案。

关键词：网络系统、 信息交互、优化设计

1 前言

随着计算机和网络技术的不断提高，使用基于局域网的，分布式的计算机系统对大型、综合或复杂的工业过程和运行环境进行系统仿真与运行模拟以及控制已越来越普遍。由于这样的仿真与控制系统一般规模庞大或过程复杂，单独一台计算机无法完成整个系统任务，需要多机参与，构成计算机网络，通过网上信息交互共同协调完成整个仿真与控制任务。各机之间信息交互的方式、频率和数量决定了整个网络系统的综合性能。由于在这样的系统中，机间的信息交互一般都非常频繁，各机都要面临数据更新、系统运行、结果存贮等过程的快速性问题，因此有关的设计是非常重要和关键的。

2 系统规划与设计

无论是仿真还是控制系统，合理的系统和数据规划至关重要。通过系统和数据规划可以优化系统设计，解决各机任务均衡，资源充分利用等问题，在兼顾可靠性、安全性和故障可诊断性的同时充分发挥系统的整体效率和性能，并容许具有一定的可扩展性。

目前有许多分布式仿真和控制系统采用以数据库为中心的设计方案。在这种设计方案中，网上的交互信息通过数据库来进行，首先由产生交互信息的机器存入数据库，然后由需要该交互信息的机器从数据库中读出来完成一个信息交互或更新过程。由于该信息交互通过一个中间环节即数据库来进行，因此在网上的计算机数量较多或程序要求的数据更新较多较快时，易造成数据冲突和网络堵塞，极易导致系统运行迟缓或死机，成为整个系统性能的瓶颈。

当然以数据库为中心的分布式仿真和控制系统也有其优点，其编程思路比较简单清晰，容易被人理解和掌握。对于网上信息交互量不多的系统，可以采用以数据库为中心的系统，同时可以通过数据规划合理地分配各计算机的任务，使用一些编程技术来降低网上的信息流量，提高系统的性能。例如在程序中应尽量使用全局变量创建公用数据库连接，避免每次不必要的数据连接重建时间。

如果系统较大、网上信息交互量较多或对系统实时性和可扩展性要求较高时，应采用实时网络数据通讯的设计方案。在以数据库为中心的系统设计方案中，由于数据的变化首先要存入数据库，然后被其它程序访问才能刷新，经历了数据库存取这一中间环节。如果网上有多个应用程序都需要知道该数据的变化，则都必须通过数据库访问才能更新。这样就浪费了许多网络资源，容量造成瓶颈。在采用实时网络数据通讯的设计方案中，通过网络实时通讯来解决网上各机器间的数据交互与刷新问题，其中对于多台机器都需要的数据变化通过网络广播的方式，以定时和数据变化实时触发传送的机制向所需机器通知该数据已发生变化和具体的数值；对于只存在两台机器之间的信息交互可采用点对点的方式进行通讯。通讯的数据格式和组织可以自行定义。因此，与以数据库为中心的方案相比，该设计方案减少了因数据刷新所需的多次访问问题，大大减少了数据流量，同时网络传输还可以增加数据正确性和合法性校验，为操作者或系统管理员及时提供系统信息和出错信息，便于系统故障诊断和系统调试。

如果把各子系统初始化数据都保存在服务器的数据库中，则各机一起启动时，由于都需要建立数据库链接，读取其中的初始化数据，容易造成起动时间过长的现象。为此，对于不必要存于服务器的数据可存于本地数据库中，本地数据库可采用ACCESS数据库。对于一般不变的系统初始化数据也可以备存到本地数据库中，供日常程序起动时使用。如果系统的初始化数据进行了更新，可以编制一段程序，根据数据库服务器的数据库版本号来更新本地数据库。无论何种方案，数据库的访问总是不能避免的，如何提高数据库的访问速度非常值得研究。