TWI269985B - Multi-tier database system - Google Patents

Description

1269985 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係指一種資料庫系統架構，尤指一種適用於資料庫升級 之多層次資料庫系統架構。 【先前技術】 _ 近年來’隨著多媒體技術、空間資料庫技術和電腦網路的快速 發展，資料庫系統的發展十分迅速，應用領域愈來愈廣，企業單 位、政府部門的行政管理、辦公自動化、企業生産計劃管理、銀 、仃財務管理、醫院病房賴管理、圖書館管理、氣象預報、地理 貢訊系統(GIS)、電子商務等等都離不開資料庫系統。一方面，一 些較成熟的技術，如各種大、中、小和微型電腦資料庫管理系統 和一些傳統的資料庫設計方法已付諸應用層面；另一方面，尚有 鲁許多理論及實際問題亟待開發和探索，如空間資料庫、多媒體資 料庫、網路資料庫、智_料料。制是網路資料庫的理論和 技術問題正成爲資料庫研究的—個熱門研究領域，她之下，傳 統的資料庫技術和系統便顯得力不從心，這也對傳統的技術和研 究開發工作提出了挑戰。 從欠测年代末_來’辭所有的#料縣_發展都以關 聯式貝料庫系統(relatlonal database system)為主轴。事實上關聯 1269985 、、乍法疋5日的主流’而關聯式模型成為資料庫領域中最重要 的發展也是無庸置疑的。簡單的說，關聯式資料庫系統就是： 1. 使用者所看到的資料都是表格。 2. 使用者可使用的運算（例如資料的擷取）都是從舊的表格中 產生新的表格。例如，有些運算子(〇perat〇r)用來榻取表格中的某 些橫列成為-個子集合’另有些運算子則用來選取表格中的直行 成為子市5 Μ然’表格中橫列的子集合及直行的子集合可以 | 合起來構成一個新的表格。 關聯式資料庫之所以如&受歡迎，主要原因是其建立在嚴格的 數學概念基礎Jl〇X「隱運算」為基礎），無論資料庫内的實體 _ 0卿戌實體之間都關係來表示，對資料的檢索結果也是一種 關係(j卩祕）’耻Μ式龍庫_念單…其資料結構也麟 相當簡單、清晰。此外關聯式資料庫中關係表格的存取路徑對使 用者而言是公開的，其具備了更高的資料獨立性、更加的安全保 >在I1 生’亦簡化了資料庫開發建立的工作。總結來說，關聯式資料 表的他點在於對結構化資料關連的定義和控制十分詳細。 然_聯式資料庫的缺闕是缺乏雜’—旦筒_聯發生 異動，則牽-髮而動全身，對應程式的修改是相當f時費力。通 常關聯式資料庫在兩侧立的資料表格(data廳)之外還需要建 立一個_係表格(relational table)，以在資料庫表格中間設^主鍵 (primary key)與其他附屬鍵(foreignkey)的關聯性。請參閱圖。 1269985 知之關聯式資料庫B1示意圖。關聯式資料庫bi包 20:Γ 祕2G，其中絲ω中含樣狂1，表格 -样If4 K2。此外，根據資料K1及資料K2之關係另建立 表才口 30來表不。 建立關係表袼的好處在於搜尋上如果有闕係式的建立，所有相 屬=可以非常快地找出來，·但是相對而言，使用關係表 。、®非节大的缺點就是··當需要新增、删除、修改資料，甚 至需要新增、删除、修改資料庫時，資料之間的關聯性會使得執 行這些任務變得非常複雜、耗_容易出錯。舉例而言，當需要 刪除貧料時，必須先將相_之附屬_資料—刪除後才可以 刪除原本要刪除的資料。如第i圖所示，如果我們要刪除表格2〇 中的資料K2，必須先將表格3〇中所有有關資料κ2的資料刪除才 可以將表格20中的資料Κ2刪除。 從程式設計師的觀點來看，前後資料的變動關係會使得程式設 計變得異常也往往在#料更新的過程中，因為修正程序的 錯誤，而㈣統產生錯誤的訊息，甚至造成整個祕的癱瘓。此 外，因為各資料彼此之__报重要，即使是資料庫的硬體 $些微的差錯’也可㈣失各㈣之咖關聯或破壞了該關聯性 育料庫，造成整儀統停擺。如此—來，軸_性資料庫增加 了資料搜尋上的便繼，卻因此犧牲了射4新增、刪除、修改的 效率，並且增加了程式本身;^要的複雜度；更嚴重的是，複雜 1269985 的關聯式資料庫結構的修改成了一近乎不可能的工程。 針對資料1弟1圖。一個具有三個資料表格的關聯式資料庫在 時，不=身作處理的過程中，若處理的資料涉及鍵值資料_ 4新增、刪除或修改資料，皆需要三個步驟。例如·· (―)新增資料的步驟： V驟―：於表格10新增資料K1 步驟二：於表格20新增資料K2 步驟三··於表格30新增資料K1與資料Κ2之關聯資料 (二）刪除 步驟一： 步驟二： 步驟: 資料的步驟： 刪除表格3〇中資料K1與資料幻之關聯資料 刪除表格1〇中資料Κ1 删除表格20中資料Κ2 (二）修改資料(鍵值資料)的步驟： 步驟— 步驟二 步驟三 修改表格3〇中資料K1與資料尺2之關聯資料 修改表格1〇中之資料K1 修改表袼2〇中之資料K2 上述關於新增、顺與修改資料的步歡有涉及表格π α υ與表 1269985 格1〇、表格20之間的關係，尚未包含表格30與其他表格的關係。 如果Μ式雜庫的具有n㈣料表格，則我們可·期如表格 30的關係表格最多將有q種情形。在表格數量持續增加時，單單 進仃簡單的資料或表格的新增、珊或修改的運算量就十分驚人。 另方面’由於C++等物件導向(object oriented)的程式相繼問 世，幾乎所有程式設計都以物件導向為設計鮮。物件導向設計 春的概念在於將所有最縣喊分析的元件賴祕倾物件的相 行為也因為私式设計的基本元件變成可分析的概念， (imified modeling langUage)語言—類的語言便相繼被發明與強化 來支持物件導向程式的祕。然祿不幸的，目前在程式語言被 •強化成物件導向絲同時，資料庫的觀雖有所謂物件導向的資 •料庫來配合，但是仍為了在麟上與穩定度的考量而採用關聯式 資料庫。 藝 JL因為如此，無論是物件導向的資料庫或關聯式資料庫，當遭 遇系統升級的需求時，資料庫的升級都會遭到無比的風險。總括 而言，這些風險來自： ⑴資料庫表格的攔位往往會因為升級的需求而增加，而在關聯 式資料庫的架構下，「增加攔位」會更動到資料庫基本架構。 (2) 關聯式資料庫的資料表格會因為主表格的變更而跟著被更 動，同樣也會更動到資料庫的基本架構。 (3) 當資料庫版本變更時，資料庫的資料格式可能無法相容。 1269985 由於這些資料庫設計的風險，大部分資訊人員往往視移動關聯 式資料庫的資料為畏途，即使資料庫效能已經不敷使用，也只利 用調教效能(performancetuning)的方式試圖解決。 【發明内容】 因此，本發明之主要目的在提供一種可解決資料庫升級風險之 多層次資料庫系統。 本發明係提供-種多層次的資料庫系统，其包含有一實體資料 層以及-索引資料層。該實體資料層包含一資料表，該資料表記 錄有該資料庫系統之複數筆物件資料，該麟庫祕之資料表之 每筆物件貝料包含複數個貧料項目，該物件資料之該複數個資 料項目之每—資料項目具有一屬性名稱，一物件識別碼，一項目 内容及-索引代碼。該索引資料層記錄有索引資料，用來據以搜 尋資料項目之索引代碼以取得該資料庫系統中符合應用 耘式所要求之物件資料。 本發明另提供-種建立多層次資料庫系統之方法，其下列 步驟··產生一實體資料層，苴包含一 一 資料庫系統之複數筆物件資料，該資料庫系有： 貝科項目具有一屬性名稱物件物，—項目内容及 1269985 一索引代碼；以及依據一索引資料層之索弓丨資料，搜尋該複數個 資料項目之索引代碼以取得料料統中符合應贿式所要求 之物件資料。 【實施方式】 請參考第2圖。第2圖為本發明之多層次資料庫系統1〇〇之示 意圖。多層次貧料庫系統100包含有一素引資料層2〇〇、複數個動 •態貧料層300及一實體資料層400。其中，多層次資料庫系統10〇 係透過索引·層2〇〇與應用程式連結，而索引資料層2〇〇與複 數働態資料層3GG另與實體資料層彻相連結。實體資料層4〇〇 中包含複數個叢集410’而記錄實體資料之資料表43〇則包含於叢 •集410巾。索引資料層200及複數個動態資料層3〇〇中包含複數 .個索引資料表21〇，用來記錄索引資料。索引資料表21〇及其所記 錄的索引資料係依據應用程式之搜尋條件由應用程式產生。索弓丨 馨資料層200及複數個動態資料層3〇〇亦依據應用程式之設計需求 喊生，若應雜式需求較為簡單，多層:欠資料庫系統 100甚至 可以不具備動喊料層綱，·只由索引資料層·及實體資料層 400構成。 §電細系統的應用程式依據搜尋條件及所需求的資料庫類型 產生索1貧料層2〇0之索引資料表210 (及複數個動態資料層300 之索引資料表210)後，應用程式即依據索引資料層2〇〇及動態資 料層300中的索引貢料表210之索引資料來搜尋資料表430。 12 1269985 請參考第3圖。第3圖為本發明之多層次資料庫系統ι〇〇中， 實體資料層400之-叢集410之示意圖。資料表43〇係由物件導 向程式構成，資料表資料表43〇記錄有資料庫系統1〇〇之複 數筆物件資料422，其中每-筆物件資料422包含複數個資料項目 424，物件資料422之複數個資料項目424之每一資料項目具 有一屬性名稱432、一物件識別碼434、一項目内容436及一索引 籲代碼440A。此一實施例之資料表430巾，屬性名稱432、物伊哉 別碼434及項目内容436為多層次資料庫系統1〇〇中的靜態資料， 該靜態資料之部署綱要（Schema)於實體資料層4〇〇建立之初艮 規劃好，當資料庫系統1〇〇運作或進行任何資料處理的動作時， 該部署綱要皆不受影響，亦即麵次資料庫系統⑽巾實體^料 層4〇0之實體資料具有一不需更動的基本架構，可確保實體資料 的穩定性及安全性。如先前所述，實體資料層4〇〇中設置了複數 個叢集410，而為了因應資料庫各種實體資料性質不同，每一叢集 • 410可允許擁有—種部署綱要，屬於該叢集彻之所有資料表43〇 則以同一種部署綱要來設計。 另外，此一實施例之資料表㈣巾，索引代碼44〇A為多層次 資料庫系統100中的動態資料，其係依據索引資料層200及^^ 個動態資料層3〇〇中索引資料表21G的索引資料而建立，而當索 引資料表210有所更動時，索引代碼44〇A亦會同步隨著更動（通 常是重新建立），當索引資料表別被刪除時，其所建立的索引 13 1269985 代碼440A亦隨之删除。 度，資料表43〇中可勺人目應應用程式的設計及資料搜尋的複雜 便是依據*_丨.資^—個以上物丨代碼碰，應用程式 資料項目424之索引件、21G之索引資料’以搜尋資料表430中 符合應用程式所要求^顧’以取綱次#_統1〇0中 目424。 之物件貧料422或物件資料422中的資料項 請繼續參考第4R # 繼為本發明之^庫之-關聯_ 意圖，其中關聯資料二=統100 -實施例之資料表之示 〇之百列顯示攔位名稱44,於關聯資料表 4中，、有記錄識別石馬」、「姓名」、 型」五個攔位。而關胸次上丨士 卞叹血 顯示各筆_魏=^表⑼之其餘各列職據攔位名稱44 時，則將_資料表個之—實施例之舰伽 表)及資料搁位ϋ表名稱（此處命名為「人員」資料 :母聿貝枓5己錄42白具有一唯一的記錄識別 料二二他資料:己錄作區別(主要以該記錄識別碼作為關聯資 :、1、 於只作本發明之一實施例時，則將該記錄識別％ 鱗於資料表伽之第二攔，做為物件識別碼434 一棚的⑽馬 目咖36觸細錄42 _應於資料襴 貝4内谷，以作為項目内容436 —攔的内容。 1269985 以關聯資料表40(「人員」資料表）中第一筆資料記錄们舉 例來5兒’第-筆資料記錄42記錄有「姓名」攔位内容：「陳建宏」、 .性別」攔位内谷·「男」、「年齡」攔位内容：「3〇」、「血 型」攔位内容：「A」，另外第一筆資料記錄42的記錄識別碼為 「1」’則本發明之-實施例的實作方式會據此建立一筆物件資料 422，其包含四筆資料項目424，其中第一筆資料項目424的屬性 名稱432 -欄的資料内容為「人員•姓名」（如前所述，該棚内 • 容為關聯資料表40中資料表名稱與資料攔位名稱的合併），物件 識別碼434 一攔的内容為Γ1」，項目内容伽一搁的内容為「陳 建f」；同理，第二筆資料項目424的屬性名稱432 一攔的資料 内容為「人貞•性別」，物件識別碼434 -攔的内容為Γι」（皆 •屬^一物件資料，因此物件識別碼相同），項目内容436 -攔的 '内合則為「男」…餘此類推。如此一來，關聯資料表40中之一筆 =料記錄42會建立成本發明之—實施例之資料表之四筆項目 資料此四筆項目資料424構成一筆物件資料似，因此四 項目資料424的物件識別碼434 -攔的内容皆相同。

睛參考第5 ®、第6圖。如前所述，應用程式依據搜尋條件及 應用程式所需求的資料庫類型而產生索引資料層2〇〇之索弓I資 表21〇(及複數個動態資料層3〇〇之索引資料表21〇後），、I 紐搜尋。第5圖、第6圖說明於料資5 建立有-索引資料表210，其中包含索引資料用來將 424的項目内容436中具有資料内容為「男」的項目資料似貝於 15 1269985 »亥員目資料424之索引代碼.A棚位中標示 項目資料424的項目内容436中具有資料為〇 ’並用來將 /:，於該項目資料424之索引代碼4·二 當索引資料表21〇建立完成後，會於 =1。 的資料表動態增加一索引代碼4雜=^ 二二:，目資料⑽ 之項目貧料424之索引代碼衡一搁則不作用。子口條件 當欲依據索5丨資料表加所標示时㈣料來搜尋 · t付^的物件資料422時，例如欲搜尋資料庫中所有男性員工的 資料，則只需要於索引代碼偷中提取出代碼内容為、'〇,貝^ 料項目似，亚依據資料項目424中物件識別碼4 件資料422。如此完成了資料的搜尋動作。 '斤而的物 同理，如欲找出資料表430中，年齡小於30歲之男性員工， 貝懷據事先於索㈣料層建立的索引f料表，或於動態資 料層300中建立的索引資料表21〇)另於資料表指建立之一索引 代碼440B ’再與原先已建立之索引代碼衡交叉搜尋即可提 取出兩個條件皆符合的資料。 此外’配合應用程式需求而欲達成「於習知的關聯資料表仙 中新增-攔位」的目的時，於本發明之—實施_資料表的 作法則是直接於資料表430中新增-筆#料項目424,其各搁位内 16 1269985 容=前=建立方式建立。例如要新增一 「婚姻狀態」的搁位’ 、筆資料。己錄42的相對於「婚姻狀態」攔位的攔位内容為厂已 婚j ’則於資料身a 、十表430令新增一筆資料項目424，其屬性名稱 432 —攔的資料内容為「 、—、 谷局人貝•婚姻狀態」，物件識別碼434 —攔 的内谷為1」（屬同一物件資料，因此物件識別碼相同），項目 内容436 -攔的内容則為「已婚」。 明參考第7圖。第7圖為本發明之多層次資料庫系統100欲刪 Γ物件雜的作法示賴。若配合剌程式需求而欲達成「於 j的關％貝料表4G中刪除—筆f料記錄42」甚或「於習知的關 P貝料表4G中刪除_攔位」的目的時，於本發明之—實施例的資 ;表的作法則是直接於索引f料層之索引資料表,中， rnmttmm m fm 43〇^mm 422 、目24的索引貝料表21()標示出有效或常用的索引資料。 2〇〇 -可依需求將處理資料的單御見劃為以資料項目似 ^ ^ 422 . 430 ^^ 0 t 以上的索引資料表210 ’以實現同時針對叢集彻、 細2及資料項目424等實體資料範圍作全域 索引的味。當應用程式欲刪除資料表中第三筆物件 · 時’於全域索引資料表21〇中將「可用性」攔位標示為「、否 則「全域蚓」攔位對應資料表之「有效索引」之索弓丨」 17 1269985 亦將被解頃為無效的資料。 一 U ±i rir 可藉由於索引次伽_ ^，多層次貢料庫系統100即 姻中有\二θ巾建立*⑽料細標示岭體資料層 項目424 表BO、叢集MO、物件資料422或資料 層料表430之「有效索引」亦為索引資料 曰7 W耻式4相建立之_索引欄，其與物件識別碼 不目同，無論是物件識別碼434或有效索引（甚至是其他動能 胃_式峨求峨嫩引或局料 引0 ' 第8〜圖為本發明多層次資料庫系、统ι〇〇另一實施例中實體資料 層叢集貫作方法的示意圖。#資料_因為經年累月的發展與改 文而不斷增加時，貫體資料層4⑻的資料表獨並不需要無限制 的擴張。本發明之多層次資料庫系統刚於實體資料層另建 立叢集410以放置複數個資料| 43〇。叢集41〇本身被系統設定有 固定的容量關，崎絲-叢集410的大小無限纖大。當一 類的物件資料數量增長至某-程度時，整個資料庫會重新開啟一 個叢集彻，以放置新增的資料表携及其中的物件資料。在一個 大型的資料庫系統巾’若是能對搜尋的資料再作進一步的分類與 篩選，則有助於搜尋效率的提升，因此，於建立叢集41〇時，本 發明即對叢集410進行建立索引的動作，並於索引資料層2〇〇中 建立一搜哥叢集索引的對照表220以將搜尋對象作進一步的範圍 18 1269985 限制。而倾資料層中複數個叢集41G_f被限定儲存在 單-電腦域巾。複數個錢41〇分聊轉於複數倾由網路系 統相連之電腦主機中，以分散主機系統的處理負載。 為配合使用者仍較習慣以表格方式建立資料庫的資料内容，應 用程式的介面仍舊可以設計成喊格（或_表格）的形式供使 用者輸入資料’無論是資料的新增、刪除、修改，或是資料搁位 的新增、刪除、修改，磁於-做上表格之_龍關係的建 立移除，皆可透過上述索引資料層200或動態資料層於實 體貝料層働的貝料表43〇中建立相關的索引代碼柳棚位（一 =或-個以上）以完成物件資料422的建立。以前述實施例而言， ΓΓ者欲建立—筆具有廿侧位㈣料時，習知作法就是於資 二中寫人—筆具有廿侧⑽資料，而本發明之錢次資料庫 2⑽之—實施觸是於資録中建立廿筆具有三個攔位 尚未建立索引代碼的情況下）的資料項目424。為避免於 貝⑽項目424建立時佔用系統資源以致於影響多層次資料庫系統 的政能，於應用程式端與多層次資料庫系統1〇〇之索引資料層 二間可另外建立-仔列緩衝區，使多層次資料庫系統刚可利 用所有系關置的_來進行資料的建立工作。 使用另私方^ ’ _搜尋之後的資料也可賤触歧計以轉換成 ^習慣的表格方式呈現，對於朗程式而言，多層次資料 〜100提供-安全的資料儲存架構，而使用者端可以沿用原 1269985 有處理方式以避免使__改變。也由於㈣次資料庫 ^改mf轉物件胃料的方錢乎是錢的，針對資料庫的架 US 轉求，多料㈣庫祕卿仰完成這些 對關#式貝料庫系統而言相當具風險的變更。 、斤述僅為本發明之較佳實施例，凡依 處均等__侧她^職目 【圖式簡單說明】 第1圖為習知關聯式資料庫帽係表格之示意圖。 第頂為本發明多層次資料庫系統—實施例之示意圖。 第3圖為本發3移層次資料庫纽之資料表結構示意圖。 第4圖為本發明多層次資料庫系統中建立—資料表之示音圖。 第5圖為本發明多層次資料庫系統中—索引資料表之示音圖。 第6圖為本發❹層錢料輕統巾於資料表中建立糾之示意 圖0 第-7圖為本發明多層次資料庫系統中刪除_物件資料之矛音圖。 第8圖為本發明多層次資料庫系統另—實施例中實體資料層叢集 實作方法的示意圖。 20 1269985 【主要元件符號說明】 ία、K2 表格貧料 Β1 關聯式資料庫 10、20、30 表格 40 關聯資料表 42 資料記錄 44 欄位名稱 50 應用程式 100 多層次資料庫系 統 200 索引資料層 210 索引資料表 220 對照表 300 動態資料層 400 實體資料層 410 叢集 422 物件資料 424 資料項目 430 資料表 432 屬性名稱 434 物件識別碼 436 項目内容 440,440A，440B 索引代碼 21

Claims (1)

1269985 十、申請專利範圍： 1· 一種多層次的資料庫系統，其包含有： -實體資料層’其包含—資料表，該資料表記錄有該資料庫系 統之複數筆物件資料，該資料庫純之㈣表之每一筆物 件資料包含複數個資料項目，該物件資料之該複數個資料 項目之每—資料項目具有—屬性名稱，-物件識別碼，-項目内容及一索引代碼；以及 索引貝觸’其魏有索㈣料，縣據赠尋該複數個資 料項目之索引代碼以取得該資料庫系統中符合應用程式所 要求之物件資料。 2.=申請專利範圍第】項所述之資料庫系統，其另包含複數個動 悲貝枓層，位於該索引資料層與該實體資料層之間。 3· 赠體麵 4. 如申請專利細第3項所叙㈣庫系統， 係儲存於複數個經 其中該複數個叢集 由一網路系統相連之電腦主機中 5. ====之輸系統’其中該叢集 22 1269985 6.如申請專利範圍第i項所述之資料庫系統，其中該料資料層 =含複數個索㈣料表，每—索引資料表包含複數筆索引^ 種建立夕層次資料庫系統之方法，其包含下列步驟： ⑻產生-實體資料層，其包含—#料表’該資料表記錄有該 _ f料料、狀魏筆物件請，該諸庫㈣之資料表之 S-筆物件資料包含複數個資料項目，該物件資料之該複 數個資料項目之每—資料項目具有—屬性名稱，一物件識 別碼’一項目内容及一索引代碼；以及· .⑼依據—索引資料層之索引資料，搜尋該複數個資料項目之 碼以取得該資料庫系財符合細程式所要求之物 8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其另包 之搜尋條件產生該封丨資料層之钟資料。 用各式 9. 如申請專利細第7項所述之1 之搜尋條件，於_丨_錢依據該應用程式 動態資料層。 讀_貝料層之間建立複數個 其中步驟(b)係依據該索弓丨 10·如申請專利範圍第9項所述之方法， 23 1269985 資料層之索引資料及該複數個動態資料層之索引資料，搜尋該 複數個貧料項目之索引代碼以取得該資料庫系統中符合該應 用程式所要求之物件資料。 / 11. 如申請專利細第7項所述之方法，其另包含根據該應用程式 之搜尋條件於該索引資料層巾標記常用或有效之索引資料。 \ 12. 如憎專利細第7撕述之方法，其另包含由—物件導向程 鲁 式構成該資料表。 如申請專利範圍第7項所述之方法，其另包含將一關聯式資料 庫之—軸雜誠—輸件:雜’每―筆餐包含複數 個資料項目。 M·如申請專利範圍第7項所述之方法，其另包含於該實體資料層 • 建錄數個錢’每—絲包含複_資料表。 15.如申請，範f 14項所述之方法，其中當物件資料之數目 ==料之:集大小時’該資料庫系統於該實體資料 層另建立-新叢集以放置新増之物件資料。 其另包含以一資料庫綱 16·如申請專利範圍第14項所述之方去 要(Schema)規劃一叢集。 1269985 Π.如申請專利範圍第14項所述之方法，其另包含對每一叢集建 立索引資料。 十一、圖式：

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