數據庫系統在計算機體系結構中的應用

許玲

【摘 要】隨著現代計算機與互聯網技術的深入應用，要求計算機體系結構進一步完善。而計算機體系結構中發揮決定性作用的除服務器系統外，也體現在數據庫系統方面。從現行數據庫系統應用現狀看，仍存在一定的弊端，難以適應現代計算機體系結構構建需求，更無從談及滿足用戶計算機使用需求。對此，本文將對計算機體系結構的相關概述、計算機體系結構中數據庫系統的應用以及優化數據庫系統的具體策略進行探析。

【關鍵詞】數據庫系統；計算機體系結構；應用；優化

0 前言

數據庫系統作為計算機體系結構的重要組成部分，其在構成上主要以數據庫、計算機系統、管理系統以及應用程序等為主。其中各部分功能的發揮都可能對數據庫系統產生影響，如數據庫系統需由計算機系統進行硬件環境的提供，而數據庫負責數據的存儲等。因此，如何做好數據庫系統的優化成為現行計算機體系結構完善中需考慮的重要內容。

1 計算機體系結構的相關概述

關于計算機體系結構，其實質為系統元素的集合，在集合內系統元素能夠協調配合的基礎上，便可根據預先定義目標完成信息處理過程。常見的系統元素主要有計算機硬件與軟件、數據庫系統、文檔以及人員等方面。其中硬件負責電子設備或機械設備的提供以使得計算機能力以及其他外部世界功能得以實現；而軟件可作為文檔、數據庫與程序的稽核，提供計算機運行中需要的邏輯方法；數據庫則用于集合所有軟件訪問的信息；文檔用于描述計算機系統中的所有圖形、表格等信息?，F行在Internet網絡普及的背景下，要求計算機體系結構在完善過程中能夠做到對各類型信息資源進行輸入、輸出以及管理，而這些信息資源管理活動的開展便需依托于數據庫系統，其是計算機領域中發展極為迅猛的技術，同時也是保障計算機體系結構作用發揮的關鍵部分[1]。

2 數據庫系統在計算機體系結構中的具體體現

計算機體系結構中，數據庫系統的應用主要體現在四種模式，包括分布式服務器系統、服務器模式、工作站模式以及終端模式等，各種模式在整個計算機體系結構中應用的效果也存在一定的差異。在網絡技術快速發展的背景下，現今計算機體系結構中數據庫系統模式又傾向于web服務器模式。實際應用中，以往四種數據庫系統模式即表現出明顯的優勢，也存在許多弊端，具體體現在以下幾方面。

2.1 從主機/終端模式角度

該模式是計算機體系結構中應用的最早結構模式，其結構具有明顯的集中式特征，要求在主機上進行數據庫以及管理系統的設置，其他相應的應用程序也需在主機中體現出來。但這種模式下，數據信息共享性極差，僅用戶終端能夠進行數據的使用，若需對數據庫進行訪問，要求用戶采取撥號形式或利用本地終端以獲取需要的數據。其中的本地終端大多不具備數據處理能力，僅以通信軟件、鍵盤與顯示器為主。然而不可否認，這種集中式的系統結構對于存儲設備中數據區能夠安全處理，不同類型的并發用戶都可為該結構所支持。從其應用的弊端看，主要表現在系統維護較難，計算機體系結構本身在硬件、軟件等耗費較多成本，加上數據庫體系結構中的終端系統成本與維護費用，將使計算機應用難以獲取應用的經濟效益。另外，該模式應用下，網絡性能完全取決于主機性能，若有多個用戶共同聯網，計算機系統的整體性能將表現出明顯的下降趨勢[2]。

2.2 從文件服務器/工作站模式角度

該模式應用下主要需在計算機體系結構中文件服務器處進行管理系統的設置，在所有PC工作站中都有相應的處理程序存在。一般文件服務器在功能上更側重于接收與發送文件，并將共享數據向用戶提供，但在協同處理方面卻較為缺失。事實上，從計算機系統運行中便可發現，即使文件服務器具備較為明顯的運行速度優勢，但PC中數據庫管理系統處于運行狀態時仍會限制文件服務器的性能。而且文件傳輸過程中多以整個文件為主，一旦數據庫訪問用戶數量增加時，傳輸量也將隨之上升，系統運行因此受到影響[3]。

2.3 從客戶機/服務器模模式角度

對于這種服務器模式，其主要在服務器處設置數據庫管理系統，服務器端與客戶端都可利用管理系統進行數據處理。相關的數據處理或數據存儲等，可在管理系統運行于服務器端時實現，而在處理輸入或輸出問題以及屏幕交互時，要求管理系統運行于客戶端。此種數據庫系統模式在優勢上主要表現為能夠利用兩個系統完成數據的處理，無需考慮系統難以承受過大信息流量的問題，且在維護管理或系統升級中不會耗費過多的成本。而且使數據庫管理系統在服務器端或客戶端運行時，也可使計算機整個系統的性能得以提升。但該模式應用過程中也表現出一定的弊端，如數據庫需保持一定的獨立性，為用戶使用帶來較多難題，如企業中各部門應用數據庫時如何做到數據庫關聯等。因此，計算機體系結構中數據庫系統的應用需考慮到引入“無縫隙”訪問技術，典型的如分布式處理技術等[4]。

2.4 從分布式系統角度

相比前幾種數據庫系統應用模式，分布式數據庫強調同一系統中數據保持一定的邏輯關系，并在整個計算機網絡中使數據在不同節點處分布。實際應用中，為保證用戶能夠遠程獲取數據信息，不同位置服務器都需將數據庫管理系統設置其中，用戶數據獲取時如從本地數據庫系統一般，直接將請求數據向數據庫服務器中發送，若服務器中未尋找到用戶數據，可直接通過網絡將用戶請求向其他數據庫服務器中發送，完成信息搜索后會將相應的信息傳輸給用戶，大多情況用戶都難以判斷是哪個數據庫服務器為其提供的數據信息。因此，這種模式的應用可滿足現代企業需求，對于解決遠程數據傳輸與共享問題可起到明顯的效果[5]。

3 優化數據庫系統的相關建議

現行數據庫系統為適應計算機技術快速發展步伐，除采取分布式數據庫系統模式外，也將Web技術融入其中，許多數據庫廠家多采取數據庫管理系統與Web技術相結合的方式，使數據庫內容檢索僅需通過Web瀏覽器的訪問便可完成，對該類型數據庫系統可稱其為Web數據庫系統。為使數據庫運行效率進一步提高，在數據庫系統優化過程中需做好系統框架的設計，優化數據庫的同時考慮數據對連接池進行優化，具體優化策略主要表現在以下幾方面。

3.1 系統框架設計的思路

系統框架設計過程中首先考慮系統結構問題，從計算機體系結構中傳統數據庫系統結構的應用現狀可發現，其中存在弊端不僅制約系統整體性能的提高，而且易產生過多的成本。對此，在系統結構設計上可選取B/S結構，其優勢主要表現為：①客戶端負載問題得以解決。如C/S結構下，數據處理功能、顯示功能都需由客戶端負責，承受的負載較大，特別當前客戶端應用程序不斷增加的背景下，客戶端的有效運行更面臨較多難題。此時將B/S結構引入其中，服務端會承擔部分客戶端的數據處理任務，許多數據訪問或計算都可在服務端完成；②兼容性較高。該結構下主要以JSP為前端界面，將Java語言融入后可使服務器執行壓力得以緩解；③靈活性較強。B/S結構下各層都以獨立的形式存在，即使其中一層出現異常也不會對整個系統產生影響；④維護成本較低。由于該結構應用下需將瀏覽器安裝于客戶端中，服務器可完成相關的系統升級或維護工作，不會對客戶端產生影響，有利于維護成本的控制。本文在系統框架設計中考慮在B/S結構應用的同時，使其與傳統C/S結構以及web技術相結合，以此構建集數據庫、服務器以及瀏覽器于一體的結構體系，將其稱為B/S/S結構體系。

框架設計中還需做好開發語言以及數據庫連接的充分考慮。其中在開發語言選擇方面，現行較為常見的主要以PHP、JSP以及ASP為主。相比之下，為滿足數據庫系統優化需求，要求開發語言應以簡潔高效、便于移植等特征為主，所以可將JSP作為系統開發語言。而從數據庫連接角度，應用較為廣泛的技術主要以JDBC為主，但需注意的是該技術應用時要求數據庫使用后保持斷開，一旦數據庫連接過多將導致內存發生泄漏，甚至使服務器癱瘓。這就引入連接池技術，將JDBC訪問技術下的弊端進行解決[6]。

3.2 數據庫的進一步優化

為適應計算機體系結構要求，數據庫系統優化中首先需考慮數據庫設計問題。以SQLServer數據庫優化為例，設計過程中主要需在解決邏輯庫規范化弊端的基礎上進行物理數據庫的生成。其中邏輯庫規范化弊端方面，可采取將重復屬性、計算字段等融入數據庫實體內。但應注意設計中往往易出現數據庫歷史記錄保存問題，因歷史記錄使用頻次較少，所以需分離歷史數據與其他訪問數據。而物理數據庫生成方面，要求對計算機體系結構中的硬件資源、數據庫訪問格式進行判斷，在此基礎上利用數據行的設置使I/O操作得以減少，或直接對SQLSever利用同一物理設備存儲圖像或文本數據，可使系統性能得以提高。

其次，應做好調整硬件工作。調整中如在磁盤子系統方面，通常數據庫系統中應用的磁盤驅動器極易出現超載問題，影響系統性能，對此可考慮增設磁盤驅動器，可保證I/O子系統性能問題得以解決。而在內存方面，通常提升數據庫性能的方式主要以物理內存的增加為主，但這種方式涉及的成本較高，應考慮對數據庫實際內存進行優化配置，如對其內存數值的調整等。

最后，做好SQL語句與查詢計劃的優化。在優化SQL語句中，主要要求避免SELECT*語句、DISTINCT的使用，二者都可能使數據庫應用邏輯出現錯誤，同時對于其他非操作符聚以及ORDER BY等應正確使用。另外，在查詢計劃優化方面，需保證索引、主鍵、連接、臨時表等能夠正確使用。在SQL語句以及查詢計劃得以優化下，才可使數據庫系統性能得到提升[7]。

3.3 連接池的優化

連接池在數據庫中的應用主要使緩沖池中融入相關的物理連接，這樣在數據庫訪問過程中用戶可直接進行數據庫連接的獲取，且在連接使用結束后，可將其重新置于連接池中，無需執行關閉連接操作，這樣數據庫的訪問效率將得到很大程度的提升。具體構建連接池過程中，可直接由服務器進行連接池的提供，或采取JDBC連接池。實際上，現行大多服務軟件中多將連接池直接設置其中，僅需保證使用效果得以發揮并做好管理工作既可。另外，連接池在優化中還需考慮到參數設置問題，如其中最小或最大連接數，其設置不合理很可能造成系統資源被過多占用，訪問效率也因此被降低，連接池整體性能因垃圾信息過多而受到影響。所以在參數的設定是連接池優化中需考慮的重要問題，常見的方式主要引入相應的測試工具，通過反復測試以使參數值更為合理[8]。

4 結論

數據庫系統的優化設計是完善計算機體系結構的重要途徑。實際優化設計過程中應正確認識計算機體系結構，分析計算機體系結構中不同數據庫系統模式應用的優勢與弊端，在此基礎上提出Web數據庫系統。對該系統實際優化過程中要求做到設計具體的系統框架，從數據庫設計、調整硬件以及優化查詢計劃以及SQL語句，并注重連接池的構建，以此使數據庫整體性能得以提高，發揮其在計算機體系結構中的重要作用。

【參考文獻】

[1]馬亞明.嵌入式空間數據庫理論與技術研究[D].解放軍信息工程大學，2011.

[2]李尚勇.有色金屬熱力學數據庫的計算模型與架構體系研究[D].昆明理工大學，2012.

[3]李志剛.空間信息技術在礦區可持續開發與管理中的應用研究[D].成都理工大學，2012.

[4]于永強.計算機數據庫系統在信息管理中的應用研究[J].黑龍江科技信息，2011，03：82.

[5]殷越.計算機數據庫系統在信息管理中的應用[J].信息與電腦（理論版），2011，03：89+91.

[6]黃娜娜.淺談計算機數據庫系統在信息管理中的應用[J].今日科苑，2010，18：239.

[7]郭強.基于Web服務的電子政務系統架構及關鍵技術研究[D].東北大學，2012. [8]趙麗艷.基于B/S結構的教務管理信息系統分析與設計[D].長安大學，2010.

[責任編輯：王楠]