1、隨著云計算的發(fā)展及應(yīng)用軟件的成熟，軟件即服務(wù)(Software as aService，SaaS)作為云計算的一種應(yīng)用形式，越來越受到重視，已逐漸成為中小企業(yè)應(yīng)用先進技術(shù)的重要途徑。SaaS應(yīng)用交付平臺推動了SaaS模式的蓬勃發(fā)展，越來越多的個人或機構(gòu)通過SaaS平臺租賃各種形式的應(yīng)用，這些應(yīng)用正在覆蓋人們生活的各個領(lǐng)域，通過應(yīng)用及應(yīng)用之間的協(xié)同工作，完成搜索、事務(wù)管理以及分析等。目前，成熟的SaaS服務(wù)提供商多采用一對多的軟件交付模式

2、，成千上萬租戶共享一個應(yīng)用，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)提供商的共享數(shù)據(jù)庫中，最終用戶感受不到所使用的實例在同一時間也為其他客戶所共享。支持租戶定制的多租戶共享存儲架構(gòu)，實現(xiàn)了從操作系統(tǒng)到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等各個級別的資源共享，充分利用了硬件、數(shù)據(jù)庫等資源，然而單個節(jié)點所能支持的租戶數(shù)量受到硬件限制，當租戶需要更多存儲空間和更高服務(wù)質(zhì)量時，需要采用升級硬件的方式實現(xiàn)，難以實現(xiàn)規(guī)模的動態(tài)擴展。隨著SaaS交付平臺租戶數(shù)目及信息數(shù)據(jù)量呈幾何曲線性增長，SaaS

3、交付平臺數(shù)據(jù)管理正處于由單數(shù)據(jù)節(jié)點往云中多數(shù)據(jù)節(jié)點轉(zhuǎn)變的必然階段，而相應(yīng)地對SaaS應(yīng)用交付平臺數(shù)據(jù)管理能力的期望值也越來越高。
　　 本文致力于SaaS應(yīng)用交付平臺中多租戶云數(shù)據(jù)管理關(guān)鍵技術(shù)的研究，目標在于最大限度地支持快速開發(fā)與交付，保障SaaS應(yīng)用多租戶的高效運行。SaaS應(yīng)用交付平臺多租戶云數(shù)據(jù)管理具有自身的特點，現(xiàn)有云數(shù)據(jù)管理方法不能有效解決以下問題：(1)SaaS平臺租戶數(shù)據(jù)彈性擴展問題。SaaS應(yīng)用交付平臺涉及到大

4、量的SaaS應(yīng)用，各應(yīng)用業(yè)務(wù)領(lǐng)域不同，數(shù)據(jù)模式必然千差萬別；每個SaaS應(yīng)用擁有眾多的租戶，租戶在同一應(yīng)用下的模式類似，但業(yè)務(wù)又不盡相同；即便是同一租戶在不同的發(fā)展階段，數(shù)據(jù)模式也會有各自的特點。因此，平臺要支持數(shù)據(jù)存儲模型的彈性擴展，同時，還要解決因為數(shù)據(jù)管理復(fù)雜度的增加而導(dǎo)致的性能下降問題，保證應(yīng)用的高效運轉(zhuǎn)。(2)現(xiàn)有云數(shù)據(jù)放置策略未引入SaaS特征。面對SaaS交付平臺的海量數(shù)據(jù)，云數(shù)據(jù)庫分配云中的多個數(shù)據(jù)節(jié)點為其提供服務(wù)，所有

5、SaaS應(yīng)用所有租戶的數(shù)據(jù)作為一個整體被分割放置到各個節(jié)點上，由于SaaS平臺租戶共享存儲的特點，云數(shù)據(jù)庫無法根據(jù)數(shù)據(jù)模式對其進行虛擬化，租戶做為獨立個體的特征往往被忽略，從而導(dǎo)致多租戶數(shù)據(jù)的混合放置以及單個租戶數(shù)據(jù)的分散，增加了租戶數(shù)據(jù)訪問及應(yīng)用之間數(shù)據(jù)共享的代價，因此，需要在云數(shù)據(jù)管理中引入平臺租戶數(shù)據(jù)的特征，才能有效進行SaaS平臺數(shù)據(jù)分割及云數(shù)據(jù)管理的彈性伸縮。(3)缺少多級別、細粒度的SaaS平臺租戶索引支持?，F(xiàn)有的云數(shù)據(jù)管理

6、機制針對每個用戶建立一個虛擬數(shù)據(jù)庫，意識不到SaaS應(yīng)用交付平臺中的應(yīng)用租戶，無法精確的定位到租戶數(shù)據(jù)節(jié)點上；同時，在租戶數(shù)據(jù)共享存儲的局部節(jié)點上，傳統(tǒng)的索引機制已經(jīng)失效，無法提供有效的租戶邏輯索引，使得租戶的隨機數(shù)據(jù)操作變的困難。本文以SaaS應(yīng)用交付平臺中多租戶云數(shù)據(jù)管理為目標，對SaaS平臺數(shù)據(jù)模型、云中放置策略、租戶索引等進行了深入研究，主要貢獻概括如下：
　　 ⑴提出一種SaaS平臺多租戶虛擬化方式及高效映射轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)

7、分層模型，通過租戶無關(guān)的應(yīng)用數(shù)據(jù)模型為開發(fā)商屏蔽多租戶云數(shù)據(jù)管理技術(shù)細節(jié)，通過租戶邏輯模型支持租戶按需定制數(shù)據(jù)模式以及各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的共享關(guān)系，通過邏輯存儲模型為平臺運營商屏蔽了云中數(shù)據(jù)節(jié)點伸縮技術(shù)，解決了SaaS應(yīng)用生命周期云數(shù)據(jù)管理技術(shù)瓶頸問題。針對SaaS平臺“共享數(shù)據(jù)庫、單實例多租賃、多數(shù)據(jù)節(jié)點”的需求，以及SaaS應(yīng)用開發(fā)存在技術(shù)瓶頸的問題，建立了SaaS平臺多租戶虛擬化模型及數(shù)據(jù)分層模型，支持開發(fā)商面向標準SQL(Str

8、uctured Query Language)編程，由平臺支撐SaaS應(yīng)用的按需定制及運行，能有效支持租戶自主定制，數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，方便應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)權(quán)限模型管理以及事務(wù)管理，也方便保證平臺數(shù)據(jù)節(jié)點在云中的伸縮。通過原型系統(tǒng)驗證，該多租戶虛擬化模型及分層數(shù)據(jù)模型具有較高的獨立性，支持開發(fā)商使用標準SQL編程；通過模式映射感知多種多租戶共享存儲方式，并根據(jù)元數(shù)據(jù)在各多租戶存儲模型之間進行切換；支持數(shù)據(jù)節(jié)點的彈性伸縮，為SaaS交付

9、平臺提供了友好數(shù)據(jù)訪問模式、高一致性、高可伸縮性、高可用性。
　　 ⑵提出一種多稀疏表與鍵值對相結(jié)合的多租戶數(shù)據(jù)邏輯存儲模型，以及支持租戶多級定制的元數(shù)據(jù)存儲模型，從根本上解決了稀疏表定制能力受限以及數(shù)據(jù)操作粒度較大的問題，降低了元數(shù)據(jù)的冗余存儲，簡化了租戶定制過程，增強了租戶按需變更能力，同時，該邏輯模型便于進行數(shù)據(jù)的分割與放置，為租戶數(shù)據(jù)在云中的存儲奠定了模式基礎(chǔ)。針對多租戶共享存儲模式下數(shù)據(jù)稀疏，進而導(dǎo)致存取性能下降的問題

10、，以及租戶定制能力受限、定制數(shù)據(jù)冗余存儲的問題，通過劃分多個稀疏表，提高了稀疏表的密集程度，避免了SaaS平臺稀疏表中眾多空值導(dǎo)致的存儲空間浪費、存取性能下降及關(guān)系連接效率不高的情況，通過鍵值對的擴展存儲機制提高了租戶存儲模型的定制能力，通過元數(shù)據(jù)的多級存儲模型，解決了元數(shù)據(jù)冗余存儲的問題，同時提高了定制效率。通過SaaS平臺描述的租戶信息，方便建立元數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)分布策略。實驗結(jié)果表明，本方案在用戶視圖列數(shù)呈正態(tài)分布的情況下，數(shù)據(jù)密集

11、程度平均提高20％，關(guān)系連接效率隨著元組數(shù)量增大而顯著提高：定制數(shù)據(jù)冗余存儲減少達56.7％，是一種行之有效的存儲模型。
　　 ⑶提出一種面向SaaS應(yīng)用交付平臺的云中多租戶數(shù)據(jù)分割模型及動態(tài)同步遷移策略，解決了共享存儲模式下無法識別SaaS應(yīng)用租戶，難以使用快照、日志等數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行租戶數(shù)據(jù)遷移的問題，通過SaaS平臺數(shù)據(jù)層面的同步遷移策略，完成租戶數(shù)據(jù)的動態(tài)移植，保證云中各數(shù)據(jù)節(jié)點的負載均衡及良好的用戶體驗。在云中為SaaS

12、平臺創(chuàng)建一個虛擬數(shù)據(jù)庫，租戶數(shù)據(jù)共享存儲，使得云數(shù)據(jù)庫無法以SaaS應(yīng)用租戶為單位進行數(shù)據(jù)管理，如分割、遷移、備份等。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)節(jié)點的彈性伸縮，本文基于租戶個體數(shù)據(jù)量較小，總體數(shù)據(jù)海量的特征，通過SaaS平臺元數(shù)據(jù)驅(qū)動的租戶數(shù)據(jù)分割機制，保證租戶事務(wù)性操作能在單個數(shù)據(jù)節(jié)點完成，盡最大可能避免了分布式事務(wù)的處理；從數(shù)據(jù)層面構(gòu)建平臺的數(shù)據(jù)遷移策略，通過獨立的遷移進程移植租戶數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)引擎對源節(jié)點和目標節(jié)點當前事務(wù)進行同步操作，降低了宕機

13、時間和遷移負載，保證了云中數(shù)據(jù)節(jié)點的伸縮性以及平臺的整體性能。實驗結(jié)果表明，本方案在數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)據(jù)量達到閾值50％的情況下發(fā)起數(shù)據(jù)遷移，遷移過程中租戶的訪問請求未受顯著影響，遷移后租戶的訪問代價降低，平臺整體性能得到了提高。
　　 ⑷提出一種SaaS平臺多級別、細粒度索引模型，通過SaaS交付平臺租戶的位置編碼，迅速定位到租戶所屬數(shù)據(jù)節(jié)點，解決了云數(shù)據(jù)管理無法識別SaaS應(yīng)用租戶的問題；在租戶數(shù)據(jù)節(jié)點上，建立了基于鍵值對模式的租戶

14、邏輯索引，解決共享表存儲模式下租戶索引失效、定制能力不足等問題，提高了平臺數(shù)據(jù)服務(wù)的響應(yīng)速度。針對租戶數(shù)據(jù)尚無有效的多級別、細粒度的索引支持的問題，本文通過SaaS平臺租戶節(jié)點索引、租戶邏輯索引、關(guān)系數(shù)據(jù)庫物理索引三部分構(gòu)成了租戶多級索引模型。通過租戶節(jié)點索引解決了無法隨機訪問相關(guān)數(shù)據(jù)節(jié)點的問題，通過租戶邏輯索引滿足了租戶索引定制、隔離等需求，通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫物理索引為邏輯索引提供高效訪問機制，保證了較高的查詢性能。針對租戶邏輯索引，本文