基于云计算的数据库关键技术研究

基于云计算的数据库关键技术研究

摘要

云计算作为近年来研究与应用领域的热点话题，被大多数IT企业和业内人士认为是下一代计算机网络应用技术的核心架构。云计算环境下，使用者可以不用再花费高昂的硬件和软件成本去拥有强大的计算资源和庞大的存储能力，所有这一切都可以交给云计算服务提供商来完成。目前，设备的信息化管理系统的研发得到了企业的高度重视。由于国内企业的设备现代化程度低、自动化水平落后、设备参差不齐，没有完善和明确的设备故障远程诊断和管理等问题，国内开发的设备管理软件的功能仍然停留在对设备的基本信息等静态数据的管理上，不能满足用户以及应用增长的需求。而云计算平台技术的应用，不仅消除了用户对特定设备的依赖，而且规模可以根据用户和应用增长的需求进行伸缩。凭借云，用户的应用和文档仍然跟随用户，用便携的设备，同样使用自己的应用和文档记性大量的计算和远程管理。

本文主要借鉴云计算体系结构，对NoSQL关键点进行研究。论文在对NoSQL 相关技术进行阐述的基础上，研发并实现了一个基于云计算平台的企业设备管理系统。该系统能够为企业建立完整的仪器设备电子档案，对仪器设备的信息进行数字化管理，提高企业设备管理水平。该系统主要包括设备管理模块、统计分析模块、系统管理模块等九大模块。该系统最大的特点是可以不受到某些外界条件的限制（如地域和时间），是未来设备管理系统的一个发展方向。

关键词：云计算；数据库；NoSQL技术；设备管理

Abstract

Cloud computing as a field of research and application in recent years, a hot topic, by most IT companies and industry insiders believe is the core of the next generation of computer network architecture application technology. Under the cloud computing environment, users can no longer costly hardware and software costs to have a powerful computing resources and a huge storage capacity, all of which can be handed over to cloud computing service providers to complete. Not only cost savings, but also do not need to spend a lot of energy. Based on cloud technology for enterprise equipment management system memory design, with respect to the advantages of traditional relational database resides.

With the information management business equipment subject to corporate concern and attention, so far, enterprises, universities, research institutions have begun research enterprise information management device. In China, the device management software vendor total around 20. Guangzhou Chint PMiss.o device which integrated management information system can achieve integrated management of the equipment, its function is: Device ledger management, change device files, equipment maintenance history, equipment procurement plan, equipment depreciation expenses. Remote device management software, Kunshan device management software are also device management practice and try to study, but overall the domestic development of device management software features still remain in the management of basic information about the device, such as static data, which is mainly related to the low level of domestic production of business equipment modernization, automation level backward, equipment varies, there is no perfect and clear remote diagnosis and management of equipment failure, whereas the size of the cloud can be scaled according to the actual situation, to meet the growing demand of users and applications. Also eliminates the user's dependence on a particular device, by virtue of the cloud, the user's application and documentation still follow the user, using portable equipment, the same applications and documents using their own memory a lot of computing and remote management.

In this paper, drawing a cloud computing architecture, NoSQL key points for research. Article on NoSQL background, basic concepts, as well as data models and principles depend introduced, and learn from cloud computing technology to develop an enterprise device management system, which for enterprises to establish a complete equipment electronic files, for instruments and equipment digital information management, improve enterprise device management level, the system includes device management module, statistical analysis module, system management module, and other nine modules. For cloud-based equipment management system, its greatest feature is not subject to restrictions (such as geographical and time) certain external conditions, the future direction of the device management system.

Keywords: cloud computing；database；NoSQL technology

目录

第1章绪论 (1)

1.1研究背景 (1)

1.2国内外研究现状 (1)

1.3论文的主要内容和组织结构 (2)

1.4本文的创新点 (3)

第2章云计算相关概述及No SQL技术介绍 (4)

2.1云计算相关概述 (4)

2.1.1云计算的概念及优点 (4)

2.1.2现有的云计算平台 (5)

2.1.3云计算的关键技术 (6)

2.2 No SQL技术 (9)

2.2.1No SQL技术的概念与定义 (9)

2.2.2No SQL技术的发展及趋势 (9)

2.2.3No SQL的关键技术研究 (10)

第3章基于云计算的企业设备管理系统的需求分析及构架 (13)

3.1企业设备管理概述 (13)

3.2系统的功能需求分析 (13)

3.2.1设备管理功能 (14)

3.2.2统计分析功能 (14)

3.2.3系统管理功能 (14)

3.3企业设备管理系统的开发模式分析 (15)

3.3.1传统的企业设备管理系统开发模式 (15)

3.3.2基于云计算的企业设备管理系统开发模式 (16)

3.4云计算服务及部署模式的选择 (16)

3.4.1云计算服务及部署模式的选择分析 (16)

3.4.2云计算服务及部署模式的设计 (21)

3.5数据库的迁移 (25)

3.6建设云计算平台的关键要素 (26)

第4章基于云计算的企业设备管理系统数据库的设计与实现 (28)

4.1 系统总体设计 (28)

4.2系统功能模块的设计 (28)

4.2.1 设备管理模块 (28)

4.2.2 租借管理模块 (30)

4.2.3 运行管理模块 (32)

4.2.4 报废管理模块 (34)

4.2.5 特种设备管理模块 (36)

4.2.6 统计分析模块 (37)

4.2.7 合同管理模块 (39)

4.2.8 基础信息管理模块 (39)

4.2.9 系统维护模块 (41)

4.2.10 设备维护管理 (42)

4.2.11 设备备品备件管理 (42)

4.2.12 设备运行风险分析 (42)

4.3数据库的设计 (43)

4.3.1CouchDB建模 (43)

4.3.2CouchDB实体关系描述 (46)

4.3.3数据的查询 (53)

4.3.4权限控制与安全 (54)

4.3.4 数据表的设计 (55)

4.4 主要功能实现 (58)

4.4.1 用户登录 (58)

4.4.2权限管理 (60)

4.4.3 设备台账管理 (60)

4.4.4 设备借用管理 (61)

4.4.5 设备报废管理 (63)

6.2.6 分析统计 (64)

4.4.7 设备分类维护 (65)

4.4.8 设备状态维护 (66)

4.4.9 角色授权管理 (67)

4.4.10 设备维护管理 (67)

4.4.11 设备备品备件 (68)

4.4.12 设备运行风险分析 (68)

第5章总结与展望 (70)

5.1本文的总结 (70)

5.2下一步的发展方向 (70)

参考文献 (71)

致谢 (73)

第1章绪论

1.1研究背景

上个世纪90年代，网络作为一个新颖便捷的信息媒介，逐渐被人们所认识。人们意识到它拥有的庞大规模的计算资源，着迷于它带来的巨大的应用前景，并着手研究如何能够高效便捷的使用这些资源。目前基于互联网的新知识经济已经成为发达国家所追求的一个重要目标。显然互联网经济的发展和壮大，已经成为衡量一个国家现代化发展水平与质量的极为重要的指标之一[1]。“十二五”期间，我国将全面提高信息化水平，推动信息化与工业化深度融合，实现三网融合，构建宽带融合安全的下一代国家信息基础设施。这是日前公布的中共中央关于制定十二五规划的建议，是2010年10月18日中国共产党第十七届中央委员会第五次全体会议通过的。

目前，云计算技术的推广和应用使人们拥有了在网络中使用大规模分布式计算资源的能力。云计算作为近年来研究与应用领域的热点话题，被大多数IT企业和业内人士认为是下一代计算机网络应用技术的核心架构[2]。云计算环境下，使用者可以不用再花费高昂的硬件和软件成本去拥有强大的计算资源和庞大的存储能力，所有这一切都可以交给云计算服务提供商来完成。既节约了成本，又无需耗费大量精力[3]。

本文主要借鉴云计算体系结构，对NoSQL关键点的研究。文中对NoSQL

的背景，基本概念、以及所依赖的数据模型和原理进行了介绍，并借鉴云计算

技术开发了一个企业设备管理系统，从架构设计到数据存储体现出NoSQL 相

对于传统关系型数据库的优势所在。

1.2国内外研究现状

随着互联网信息技术的飞速发展，云计算逐渐成为各企业和各公司之间竞争的热点，各大厂商如Google、微软、IBM, Amazon等，甚至一些不知名的小公司也步入到了云计算领域。现在国际企业由于都有很好的技术背景，他们通过深挖技术基础，把大量以前的产品和技术中的云计算特征挖掘出来，如微软的虚拟化。

分布式存储系统提出了自己的云计算生产线[4]。但目前还没有一个真正系统的云计算产品线产生。Google是云计算的提出者和先行者，在搜索引擎技术方面有着多年的积累，在云计算技术处于领先地位，在计算中占有先机。Google的优势在于所有的应用程序都可以存在于云计算中，用户不需要安装任何东西，便可免费使用Google基础设施来完成自己的任务。微软提出了“云+端”的云计算构想，强调“端”在云计算中的重要性。蓝色巨人IBM发布了蓝云计划，通过分布式的全球化资源让企业的数据中心能像互联网一样运行。在基础设施服务上Amazon主要在弹性云(EC2)、简单存储服务(S3)、简单数据(SimpleDB)组成，实现了一个远端存取数据库、亚马逊的简单排队服务(SQS)。 Sun公司宣布推出其开放式云计算平台，即开放式云计算基础构架，该平台也融入了Sun公司的行业领先软件技术，包括Java, MySQL, Opensolaris和开放式存储[5]。

Google File System分布式文件系统，针对Google应用程序的特点提出的MapReduce编程模式，分布式的锁机制Chubby以及Google开发的模型简化的大规模分布式数据库BigTable。IBM的“蓝云”计算平台由一个数据中心、IBM Tivoli 部署管理软件(Tivoliprovisioning manager), IBM Tivoli监控软件(IBM Tivoli monitoring), IBM WebSphere应用服务器、IBM DB2数据库以及一些开源信息处理软件和开源虚拟化软件共同组成[6]。

目前我国正处于云计算的革命时期的初级阶段，尽管己经有许多可用的云服务，但更多的应用仍在开发之中，也就是说今天的云计算正在吸引着整个计算机行业中最优秀最大的企业。但国内云计算企业普遍实力不足，有热情的企业规模却不够，有部分企业虽然已经开始进军云计算但并未全面进行推广。移动、电信运营商拥有强大的网络优势、服务器规模庞大、资金实现雄厚，并有从事大规模数据中心建设和运营的经验，且在我国具有网络垄断地位，这为其云服务的前期推广提供了方便。阿里巴巴拥有良好的用户基础，用户访问量相当巨大，他们从SaaS入手，也在逐步进军云计算。

1.3论文的主要内容和组织结构

本文主要的研究内容为对NoSQL 关键点的研究。文中对NoSQL 的背景，基本概念、以及所依赖的数据模型和原理进行了介绍，并借鉴云计算技术

开发了一个企业设备管理系统，从架构设计到数据存储体现出NoSQL 相对于传统关系型数据库的优势所在。文章主要由五部分构成：

第一部分是绪论部分，简单介绍了文章的研究背景、研究现状以及创新点；第二部分是相关技术的介绍。主要介绍了云计算和No SQL的概念、特征、关键技术；第三部分是基于云计算的企业设备管理系统的系统需求与构架研究。这一部分对系统的需求进行了分析，并阐述了系统的开发模式；第四部分是基于云计算的企业设备管理系统数据库的设计与，主要选择NoSQL家族产品之一CouchDB对系统后端进行分析设计，体现了其在架构方面的优势；并介绍了系统各功能模块的设计与实现。第五部分是对文章的总结以及对未来研究方向的展望。

1.4本文的创新点

本文借鉴云计算体系结构的相关技术设计并实现了一个企业设备管理系统，整体架构采用REST（Representational State Transfer 表述性状态转移）风格，前端利用RIA(富客户端)丰富的表现能力为用户提供良好的体验，后端数据建模部分摒弃传统的RDBMS 而采用CouchDB，由于其无模式以及文档存储特点，从三个维度体现了其敏捷性：作为HTTP 服务器为REST 架构提供更好的支持，作为数据库服务器适应灵活的业务变更，作为应用服务器无需中间层从而成为云计算中最有潜力的产品。

第2章云计算相关概述及No SQL技术介绍

2.1云计算相关概述

云计算技术的出现是并行计算技术、软件技术、网络技术发展的必然结果。计算机的并行化是它的萌芽期，人们不满足于CPU摩尔定率的增长速度，希

望把多个函数并联起来，从而获得更快的计算速度。这种方法被证明是相当成

功的。

2.1.1云计算的概念及优点

（1）云计算的概念

云计算能为用户提供按需分配的计算能力、存储能力以及应用能力，最后的目的是方便用户，大大的降低用户的软硬件采购费用。云计算是分布处理、并行处理、网格计算的综合发展，也是虚拟化、SaaS(软件服务), HAS(硬件服务). PaaS(平台服务)等综合应用的结果[7]。

或者说是这些计算机科学概念的商业实现。许多跨国信息技术行业的公司如IBM,Yahoo和Google等正在使用云计算的概念兜售自己的产品和服务。只要我们有一部手机或者一台笔一记本，通过浏览器客户端就可以得到自己想要的服务，甚至包括像超级计算这样的服务[8]。其实，在这个方面用户才是云计算的拥有者。简单的说，云计算就是利用互联网上处理数据的能力与大型数据计算中心软件，把复杂的计算脱离开单机，运行到互联网上。

（2）云计算的优点

任何云计算的分析都必须致力于这一新兴技术所带来的优点和缺点。云计算有很多优点。

1）更低成本的用户电脑及软件。由于应用程序在云中而不是在台式机上运行，台式电脑并不需要传统的桌面软件所要求的处理能力和硬盘空间。因此，用户的电脑可以是低价的，具有较小的硬盘，更少的内存，更高的处理器等[9]。用户也无需为自己的台式机购买单独的软件包，只有实际使用应用程序的员工需要访问云中的应用程序。即使使用基于Web的应用和使用类似的桌面软件相同，IT 人员也节省了在组织中的每个桌面上安装和维护这些程序的费用。

2）更高的性能和较强的计算能力。在云计算中计算机的启动和运行速度将会更快，因为他们只需将少量的程序和进程加载到内存中。云计算使用了数据副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的可靠性，使云计算比本地计算机更可靠。同样，在云计算中你不只局限于一台单独电脑做事情，我们可以利用成千上万台计算机和服务器的能力，能执行超级计算类的任务。所以，云计算赋予用户前所未有的计算能力，可以尝试完成比桌面上更大的任务[10]。

3）无限的存储容量和高效的数据安全。台式机和笔记本电脑即将用完的存储空间，与云中可以使用的数百PB(100万千兆字节)容量相比，它们是那么的微不足道。由于云计算提供了无限的存储容量，与单独的台式机相比，在硬盘崩溃时不至于摧毁所有的数据[11]。云中的数据是自动复制的，不会带来任何损失。即使你的计算机崩溃了，数据仍在云里，仍然可以访问。云计算在一定程度上保持了数据的安全性。

4）改进了操作系统之间的兼容性和增强了群组织间的协作。在云里不针对特定的应用，在云的支撑下可以构造出各种应用。操作系统并不重要，可以将Windows计算机连接到云，和运行的其他操作系统(例如Unix、Linux等)共享文件。能够让许多用户在文档和项目上协作的能力也是云计算的优势之一。在不同的地理位置，不同的工作空间里共同做一个项目工作，群组的协作意味着的大多数群组项目的更快完成。因为它使相关的人员全部参与，不受地理位置、空间因素的限制。利用云计算，任何人在任何地点都可以实时协作。

5）扩展性强及用户使用方便。云的规模可以根据实际情况进行伸缩，满足用户和应用增长的需求。同时也消除了用户对特定设备的依赖，凭借云，用户的应用和文档仍然跟随用户。用便携的设备，同样使用自己的应用和文档。不用按照特定的设备购买特定版本的程序，或者按照设备特定的格式保存文档。

2.1.2现有的云计算平台

现有的各个云计算平台技术主要可以划分为3个，以数据存储为主的存储型云平台，以数据处理为主的计算型云平台以及计算和数据存储处理兼顾的综合云计算平台。

（1)存储型—数据密集云平台

存储型—数据密集云计算平台就是主要以提供数据存储、搜索服务为主的云计算平台，通过为客户提供安全便利的云存储服务来赢取客户[12]。云存储是利用云计算中服务器集群强大的存储能力为客户保存数据，用户不需要知道自己的文件是存储在一个服务器节点上还是多个节点之中，也不需要知道节点是否可信，这些都将由云服务器来处理解决。云存储的实现并不存在技术上的障碍，它需要云设备、云软件、云服务等有机地集合在一起、为用户提供无障碍的云服务。

现有的云计算提供商都提供基本的云存储服务，这些存储服务都是基于各自提出的分布式文件存储系统。Google拥有如今最大的信息库和知识库，对海量存储有自己的独特之处，提出的GFS文件存储系统能够实现对文件系统实时监控、容错检测、自动恢复等功能，是建立在不可信节点的存储条件下的相对优良的文件系统[13]。它对于大型的文件的管理是高效的，优化程度也很高，但是对于小文件的存储并没有提供有效地优化方案。使得它并不能完全适应云计算环境下的海量的小文件存储。FastDFS是一个开源的文件系统，也在大容量存储和负载均衡上做的很优秀，但是在小文件存储上仍没有合理地优化。

(2)计算型—计算密集云计算平台

计算型—计算密集云计算平台就是主要以数据计算、处理服务为主的云计算平台，为用户提供相应级别的高性能计算环境。用户还可以根据自己的需求选择相应的计算能力[14]。通过云计算平台的高性能计算能力，用户和企业均能获得与现有的大型机相媲美的计算能力，进行大规模的数据处理计算，方便了企业和个体用户。

(3)综合云计算平台

综合云计算平台是将云计算强大的存储与超能力的计算有效地整合，在合理利用云集群存储节点的存储空间的同时，不浪费各个节点的计算能力，通过相应的策略实现集群存储和运算能力的整合，对数据进行处理计算[15]。

2.1.3云计算的关键技术

基于云计算特点以及特有的开发平台方式，概述了云计算与网格计算以及传统的超级计算的区别，总结了云计算的关键技术:编程模式、数据存储技术和管理技术、虚拟化技术。云计算以数据为中心，是一种数据密集型的新型的超级计

算方式。下面对这三大关键技术作一个介绍。

（1）简单方便的编程模式

在云计算系统中，简化了系统处理过程的复杂性。编程模式方便简单，为用户享受云计算提供的云后端资源提供了方便。简单的编程模式成为云计算发展的未来趋势，后台的并行执行和任务调度提供了开源的代码，使编程人员可以更专注于业务逻辑，分析和编写出更实用的应用程序[16]。Google提出的MapReduce 编程模式是当今比较流行的云计算编程模式。在云计算、并行处理、和多核计算上MapReduce都具有良好的性能，但仅适用于编写数据处理和高度并行化的程序。MapReduce技术已经应用在Hadloop的平台上，下图给出了MapReduce程序的具体执行过程。

图2.1 MapReduce的具体执行过程

（2）数据的存储及管理

由于云计算需要满足大量的用户需求，并行的处理用户服务请求，因此在云中的分布式数据存储技术具有高吞吐率，正好能及时满足特点。同时云计算中也采用冗余存储技术提高存储数据的可靠性。现在云计算数据的存储技术主要有Google的GFS和Hadloop团队开发的开源体系HDFS (Hadoop Distributed File System) [17]。云计算对大量的数据进行了高效的管理、读取和分析，对数据的读操作远高于数据的刷新频率，所以，云计算的数据管理技术是比较优先的数据管理模式。其中在现有的数据有力技术中主要有Google的BigTable。

随着技术的进一步发展，数据的更新速率和随机读取速率的提高将成为数据管理技术的面临的主要问题。下图给出了GFS的数据管理技术中数据流的写操作与写控制分开图示。

图2.2 写控制信号和写数据流

（3）可行的虚拟化技术

云计算关键技术之一是虚拟化技术。虚拟机对云计算资源的管理具有特殊的作用。虚拟机是一类特殊的软件按，能够完全模拟硬件的执行，以及在上面运行操作系统，执行环境与物理环境隔离，有利于应用程序的部署[18]。在云计算环境中，虚拟化技术有如下良好的特性:

1）与虚拟机平台运行的应用程序同时进行，云计算中的计算平台可以动态的定位到所需的物理平台。

2）能够节约主机资源，将多个负载次要的虚拟机节点合并到同一个物理节点上。在不同的物理节点上实施动态迁移，能够获得负载平衡。

3）在资源管理和部署上比较灵活，可以将虚拟机直接部署到物理计算平台上，或者直接给用户提供虚拟机资源服务，如亚马逊的EC2。

虚拟化技术在云计算中应用，提高了云计算资源管理的效率，动态的为用户提供了及时的服务。

2.2 No SQL技术

2.2.1No SQL技术的概念与定义

NoSQL至今也没有统一的定义，这里引用Wikipedia的定义:NoSQL(有时扩展为“not only SQL”)是不同于传统关系数据管理模型的非关系松散数据存储类型，不使用SQL作为其查询语言。这种数据存储不需要固定的表结构，不支持表之间的连接操作和水平分割，也不会保证ACID(原子性、一致性、隔离性和持久性)的全部满足[19]。

2.2.2No SQL技术的发展及趋势

随着计算机和网络技术的迅猛发展，互联网日益普及，网络数据成指数形式增长。同样，在科学领域，新技术层出不穷，更新换代的周期越来越短，高技术的设备带来的是更大规模的数据量，这样我们进入了海量数据时代。如何存储和管理这些海量数据就成为当下有待解决的大挑战。计算机领域的大牛们面对这样的挑战也是各显神通，新的概念也应运而生[20]。云计算就是其中重要的一例，给计算机领域带来新的革命，它完全改变了数据的存储模式。云计算概念的出现对技术的发展起着极大地推动作用。各国也开始架构以云计算为基础的基础架构，随着Google等企业的推动，已经出现了很多基于云计算平台的现实应用。

云计算的核心思想是将分散的海量计算资源通过网络互连形成抽象的资源池，通过统一管理和调度按需向用户提供服务，用户层面云计算资源的使用就相当于生活中用水用电一样，按需随时取用，相当方便。不过现在这仅仅是一个美好的愿景，实际操作中存在很多问题，最为突出的是海量数据存储和容错处理。此外，云计算系统往往是采用廉价、不可靠的计算机来搭建集群，因此出错几率高于传统的分布式数据库中的高性能服务器。这个问题随着集群规模的增大显得尤为突出。为了解决云计算系统实施过程中遇到的问题，出现了很多以云概念为基础的平台，其中包括云存储平台，而NoSQL数据库就是其中之一。NoSQL数据库是在云计算的兴起以及关系型数据库面对海量数据出现瓶颈的推动下成长起来的。它打破了传统关系数据库的范式约束。关系数据库的许多主要特性面对当前的挑战非但无用武之地，反倒掣肘系统的功能及性能。比如对于数据库事务一致性需求、写实时性和读实时性的需求以及复杂的SQL查询，特别是多表关联查询等等。因此，各种NoSQL数据库放弃了关系数据库强大的SQL查询语言和事务一致性及范式的约束，或采用面向文档的方式以保证系统满足海量数据存储的同

时具备良好的查询性能，或采用Key-Value数据格式的存储以满足极高的并发读写性能，又或者针对可扩展性展开的可伸缩数据库以增强其弹性的扩展能力。近年来，随着NoSQL运动的蓬勃发展，人们从初期的打破传统的关系数据库约束逐渐演变成对当今数据存储及管理可行且高效灵活的方案的探求，这与云数据管理的目的是极为相似的。在云数据管理中，我们同样要解决的是传统的关系数据库在数据及查询压力下所暴露出的实时插入性能、海量存储能力、查询检索速度以及无缝扩展等问题。NoSQL数据库与云数据管理两者殊途同归，从满足应用需求的角度来说，最终都渴求找到一种集一致性、可用性和高容错性于一身的数据存储及管理方案以应对日益高涨的数据管理需求。

2.2.3No SQL的关键技术研究

（1） CAP理论

.C: Consistency一致性

.A: Availability可用性

.P: Partition Tolerance分区容忍性

一致性是指一个系统在操作完成之后能否以及怎样保持一致状态。如果一些写操作完成更新之后所有读者都能在共享数据源中看到更新，则这个分布式系统被认为是典型的一致性系统[21]。

可用性，尤其是高可用性意味着在例如集群中节点失效或者软硬件因为升级而掉线等情况下该系统还能继续运行完成读写操作。

分区容错可以理解为存在网络分区的情况下系统继续运行的能力。比如网络节点中有两个或者多个孤岛不能彼此联系。也有人把分区容错理解为系统处理动态添加和删除节点的能力。

CAP理论是在2000年由Brewer教授提出的，因此也叫它Brewer理论。而后Seth Gilbert和Nancy Lynch证明了该理论的正确性。CAP理论指出，一个分布式系统不可能同时满足一致性、可用性和分区容错性，最多只能同时满足其中两个。如果关注的是一致性，就需要处理因为系统不可用而导致的写操作失败等情况，而如果关注的是可用性，系统的读操作可能不能读取到写操作写入的最新值。因此在实际应用中要根据系统的关注点采用相应的策略[22]。

Brewer教授认为当前的数据库注重一致性多于可用性，大范围的数据库不能同时拥有这两个。

（2）ACID与BASE

如今互联网因其维基，博客，社交网络等产生了巨大的还在不断增长的数据需要被处理、分析和传递。企业、组织和个人在这个领域提供的应用或者服务不得不由他们对于性能、可靠性、可用性、一致性和持久性的个人需求来决定。据上文所述CAP理论声明一个选择只能从一致性、可用性和分区容错性中选择两个。对于日益增长的应用和用例可用性和分区容错相对于强一致性更重要。这些应用必须可靠即可用和冗余。这些特性很难通过 ACID获得，因此像BASE这样的方式就被采用[23]。

ACID是关系型数据库中所强调的原子性(Atomicity )、一致性(Consistency),隔离性(Isolation)和持久性(Durability)o ACID的目的是通过事务支持保证数据的完整性和正确性。相较于CAP理论，ACID能保证一致性和可用性，但很难实现分区容错，这使得关系数据库很难扩展。而如果将关系型数据库的表分开存储在不同的计算机上，可用性很难保证。对于许多互联网用户，可以降低一致性要求，但是可用性必须保证，这样就产生了弱一致性的BASE理论。

BASE分别是Basically Available Soft-state Eventual consistency 的缩写。有人通过以下方式总结了BASE的特性:一个应用基本上都能工作(Basicallyavailable )，没有必要一直保持一致(Soft-state)但必须保证最终一致( Eventualconsistency)o BASE模型是反ACID模型，完全不同于ACID模型。NoSQL就是通过降低数据的一致性和完整性要求，寻求CAP理论中的A和P 增加对分区容错的支持来满足高并发的需求。这就需要BASE理论作为理论基础。

（3）最终一致性

最终一致性就是过程松，结果紧，最终结果必须保持一致性。为了更好的描述一致性，木文将通过以下场景说明，这个场景由三个部分组成:存储系统(可以理解为黑盒子，提供可用性和持久性保证)，进程A(主要实现存储系统上Write和Read操作)，进程B和C (B和C也是实现对存储系统的write和read 操作，A, B, C三个进程相互独立) [24]。

强一致性:又名即时一致性，假如A先写了一个值到存储系统，存储系统保证后续A, B, C的读操作都将返回最新值。

弱一致性假如A写入一个值到存储系统，存储系统不能保证后续A,B, C的读操作能读取到最新值。此时有一个“不一致性窗口”的概念，特指从A写入值到后续A, B, C读操作读取到A写入的最新值这段时间间隔。

最终一致性:它是弱一致性的一种特例。假如A先写了一个值到存储系统，存储系统保证如果在A, B, C后续读取操作之前没有其他写操作更改同样地值时，最终所有的读操作都能读取到A写入的最新值。此时，如果没有失败，“不一致性窗口”的大小取决于交互延迟，系统负载，以及复制技术中复制的个数。DNS系统是最终一致性的典型范例，当更新一个域名的IP后，不管配置策略和缓存控制策略有何不同，最终所有用户都能看到最新的值。

第3章基于云计算的企业设备管理系统的需求分析

及构架

3.1企业设备管理概述

设备作为企业质量发展中一项重大的内容，起着领头羊的作用，设备先进了，企业就好发展更优质的生产了，设备增加了，企业就好更快的发展生产了;企业诸如财务结算，人员管理，信息管理等业务，都需要一个健全的体系来维护，而人工维护时间成本、资金成本、人力成本都过于昂贵，因此，设备必不可缺;而随着企业设备数量的增加以及科技含量的提升，企业设备的价格也越来越高，因此，如何对企业设备实施有效管理，提高企业设备使用效率，降低企业成本就是企业设备管理管理研究的内容，随着信息技术的发展，把计算机技术运用于企业设备管理将越来越普遍。

3.2系统的功能需求分析

根据设备管理系统设计需求和系统管理流程，本系统共分为 3 个主要部分，即设备管理、统计分析和系统管理（如图 3.1 所示）。其中，在各个系统的组成部分中，又包含了细分的功能子模块。

图3.1 设备管理系统功能图