基于Chord环的MongoDB数据均衡系统设计与实现

摘要

伴随着云计算技术的日趋成熟以及SNS社交网站的兴起，网络上的数据呈现着海量式增长。传统的关系型数据库在存储和管理如此庞大的数据时暴露出了许多难以克服的问题：大量并发的读/写请求、海量数据下的高速访问、数据库体系的横向扩展以及数据类型的多样性。因此一种全新的数据库——非关系型数据库逐渐进入了人们的视野。
　　作为非关系型数据库中的佼佼者，MongoDB以其面向对象的查询方式、高速并发的响应速度、类似于SQL的索引以及简单方便地集群扩充等特点，正在被广泛地使用和研究。本文着重研了 MongoDB基于Chunk块的数据均衡策略，发现整个集群在数据存储时，存在着两方面的问题：操作请求的实时分发不均衡；数据迁移时，整个集群性能严重下降。
　　本文针对Chunk块数据均衡策略存在的不足，采用P2P系统中的Chord环协议，构造出基于Chord环的数据均衡策略。本文首先分析了Chord环的两大理论：一致性Hash算法和FingerTable路由协议，接着阐述了基于Chord环的数据均衡策论存在的两大优势：
　　①实现数据预分配，降低分片服务器的性能波动；
　　②降低人为因素造成分片服务器数据分发不均衡的情况；
　　最后本文利用Chord环改造了MongoDB集群架构，使用重庆市气象局气象科学研究所的气候情景订正数据作为实验数据，进行了实验验证。并且通过实验分析验证了基于Chord环的均衡策略相较于基于Chunk块的均衡策略性能波动更小以及插入速度更快。

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1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究的主要内容

1.5 论文结构

2 相关理论及关键技术

2.1 NoSQL的概念

2.2 NoSQL与SQL特性

2.3数据均衡算法

2.4内存映射文件

2.5MongoDB架构

2.6 本章小结

3 基于Chunk块的数据均衡策略

3.1MongoDB集群架构

3.2 Chunk块策略

3.3 算法分析

3.4 本章小结

4 基于Chord环的数据均衡策略

4.1 方法的提出

4.2 基础Chord协议

4.3 本章小结

5 系统设计和实现

5.1 系统开发环境

5.2 使用Chord环的MongoDB集群

5.3 本章小结

6 实验结果和分析

6.1 实验平台

6.2 实验数据

6.3 实验结果

6.4 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献

附 录