SaaS應用的多租戶數據架構關鍵技術研究.pdf

1、隨著云計算技術的不斷發(fā)展，SaaS(Software as service)作為云計算的三種服務模式之一，正逐漸被人們關注和接受。SaaS憑借其按需租用、不需維護、便于擴展等優(yōu)勢改變了用戶使用軟件和軟件廠商提供軟件的傳統(tǒng)模式，被認為是能夠促進企業(yè)信息化建設的強有力武器，具有廣闊的發(fā)展前景。
　　多租戶技術(Multi-tenancy)是實現SaaS的核心技術之一，在多租戶架構下，SaaS應用程序為租戶提供集中的，基于網絡訪問的數據

2、。但隨之帶來的問題是，數據作為租戶最為重要的資產，如何設計一個靈活、可靠和安全的SaaS數據架構，一方面滿足租戶重要業(yè)務數據存儲和保密性，另一方面又能滿足租戶的個性化定制需求，同時還能在較少的成本下，高效的管理和維護這個數據架構。
　　本文以實現第四級成熟度(―可伸縮、可配置、高性能)的SaaS系統(tǒng)為目標，結合多租戶數據架構中―隔離性、可定制性、可擴展性和安全性需求，對多租戶數據架構的中關鍵技術進行了研究，主要研究內容和創(chuàng)新成果包

3、含以下四個方面：
　　(1)提出了一種基于元數據的多租戶共享存儲模式
　　目前，SaaS應用的重要特征是允許租戶自定義數據模式，之前的研究者先后提出了七種多租戶數據存儲模式，每種模式均有自身的特點和適用場景，但無法很好的在性能和可定制性上取得平衡。針對以上問題，本文提出的一種基于元數據的多租戶共享存儲模式，通過劃分―共享表、―元數據表和―數據表，將租戶共享數據和定制數據分開存儲，一方面滿足了租戶的定制需求，實現對共享關系的屬

4、性擴展和數據對象的自定義，另一方面消除了空值的存儲，提高了存儲效率。同時，為了簡化租戶的定制流程，本文提出了一種基于本體的定制策略，通過構建本體模板，租戶在模板的基礎上檢索和定制模板組件，提高了數據定制的效率和規(guī)范性。最后，針對租戶在進行定制數據檢索時，因依賴元數據而影響查詢效率的問題，本文構建了查詢優(yōu)化樹，減少了數據表間的連接項，并通過緩存存儲查詢結果，減少了數據庫的IO次數，提升了檢索效率。
　　(2)提出了一種多租戶數據庫的

5、分布式索引機制
　　建立合適的索引對于提升數據庫的性能非常重要，而傳統(tǒng)索引機制在多租戶共享數據庫下已經失效，在大量并發(fā)訪問的情況下，如果一個數據庫的操作不能有效的利用索引，則必須面對一個龐大的數據表的掃描，這樣會對整個數據庫的綜合性能造成極大的影響。本文分析了傳統(tǒng)索引機制在多租戶共享數據庫下失效的原因，并構建了一種基于多租戶共享數據庫的分布式索引機制。研究并建立了的兩級索引架構，使得不同租戶的索引彼此能良好的隔離，又具有較高的檢索

6、效率。通過B+樹存儲全局索引，并采用一致性Hash算法將待索引的租戶數據分布到相對應的存儲節(jié)點上，進而通過MapReduce并行計算框架建立二級索引，有效的減少了索引建立的時間。研究了索引的更新及合并方法。最后通過實驗論證了分布式索引機制下索引的創(chuàng)建和檢索效率。
　　(3)提出了一種多租戶數據庫的混合擴展機制
　　隨著SaaS應用租戶數量的增加以及訪問數量的不斷增大，單節(jié)點的數據庫無法滿足日益增加的并發(fā)請求并逐步成為整個系統(tǒng)

7、的瓶頸。本文提出了一種多租戶數據庫的混合切分模型，有別于傳統(tǒng)的數據庫切分，本文采用了混合垂直切分與水平切分的方法，實現了多租戶數據庫的自適應擴展。在垂直劃分時基于層次聚類的思想，首先通過AUX矩陣并計算合并系數建立聚類樹，再通過評價模型選取垂直最優(yōu)切分。垂直切分達到最優(yōu)后，通過一致性hash對租戶id進行取模運算，轉入水平切分。實驗論證了混合切分模型的有效性，與傳統(tǒng)的BVP方法相比較，在外部硬件資源充足的情況下，本文的方法能夠選取最優(yōu)的

8、切分方法，使得增加的分布式事務最少，并具有較高的整體性能。
　　(4)提出了一種多租戶數據庫的安全模型
　　隨著云計算的不斷普及，安全問題的重要性呈逐步上升的趨勢，已成為制約其發(fā)展的重要因素。本文提出了一種在云環(huán)境下多租戶數據庫的安全模型，首先論述了分布式環(huán)境中的身份認證方法，接著說明了多租戶數據庫基于數據節(jié)點和資源的自主訪問控制以及基于BLP模型的強制訪問控制策略，隨后通過一種DBMS外部加密系統(tǒng)實現對多租戶數據庫隱私數據