在業(yè)內(nèi)，計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可用性定義為計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)保持正常運(yùn)行時間的百分比，通常用表1所示的“9”的個數(shù)來劃分可用性的類型。
　　
　　通常，硬件冗余（容錯計算機(jī)、雙機(jī)或多機(jī)集群、磁盤陣列、SAN等）、數(shù)據(jù)復(fù)制、合理的災(zāi)難備份和恢復(fù)策略都可以極大地提高計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可用性。正因?yàn)槿绱耍?dāng)前，對于計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的高可用性、業(yè)務(wù)的可持續(xù)性要求，業(yè)內(nèi)通常以硬件系統(tǒng)的高可用性來應(yīng)對或代替。常見的解決方案是雙機(jī)（或多機(jī)）集群方案或直接采用容錯計算機(jī)來保障系統(tǒng)的高可用性，應(yīng)用軟件的設(shè)計和開發(fā)往往僅注重業(yè)務(wù)流程的分析和過程控制。在這種完全依賴硬件來保障整個系統(tǒng)的可用性的系統(tǒng)里，一旦關(guān)鍵硬件出現(xiàn)故障或數(shù)據(jù)庫宕機(jī)，正在進(jìn)行中的業(yè)務(wù)流程（如需較長執(zhí)行時間的事務(wù)處理、后臺批處理過程等）必然會中斷，這是因?yàn)殡p機(jī)切換也需要時間。對此，應(yīng)用軟件本身并無多少作為，該類業(yè)務(wù)必須等待系統(tǒng)重新恢復(fù)后全部或部分重做。
　　本文以基于大型數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用系統(tǒng)為例，從“軟件容錯”設(shè)計的概念出發(fā)，參考“分布式”數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計，以“系統(tǒng)服務(wù)總線”為核心，給出了一種可行的高可用性軟件架構(gòu)的設(shè)計方案，可以極大地提高應(yīng)用軟件的可用性和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可持續(xù)性。無論是傳統(tǒng)的C/S架構(gòu)，還是近年來流行的B/S架構(gòu)，本文中給出的設(shè)計方案都有一定的參考意義。
　　1 軟件結(jié)構(gòu)模型
　　任何基于大型數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用系統(tǒng)，都可以抽象為對數(shù)據(jù)的“讀”和“寫”操作。至于客戶端如何展現(xiàn)“讀”到的數(shù)據(jù)，以及“客戶端”與“服務(wù)端”基于何種通信協(xié)議通信，不在本文討論之列。
　　軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計其實(shí)就是針對“讀”和“寫”的一系列流程的設(shè)計。如何最大限度地保證系統(tǒng)中的所有“硬件”和“軟件”協(xié)同工作，正確完成每一次“讀”和“寫”的操作，也就是對系統(tǒng)“高可靠性”和“高可用性”的要求。
　　圖1是基于“軟件容錯”和“分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”的原理，并參照了計算機(jī)“總線”的工作原理給出的一種基于分布式數(shù)據(jù)庫或文件系統(tǒng)的高可用性的軟件架構(gòu)設(shè)計方案。系統(tǒng)采用3層架構(gòu)：客戶端、中間應(yīng)用層和數(shù)據(jù)庫層。
　　
　　2 系統(tǒng)設(shè)計
　　2.1 數(shù)據(jù)庫配置
　　為了更清楚地闡述本文的設(shè)計方案，先對數(shù)據(jù)庫的配置及其功能進(jìn)行描述。本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫按角色可劃分為如下三類數(shù)據(jù)庫：控制數(shù)據(jù)庫（COTROLL DB）、日志數(shù)據(jù)庫（LOG DB）、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫（BUS DB_N）。
　　2.1.1 控制數(shù)據(jù)庫
　　控制數(shù)據(jù)庫也可以是一個或多個系統(tǒng)控制（參數(shù)）文件。它存放要訪問的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的節(jié)點(diǎn)（N）、端口、用戶、文件頭、表、視圖等信息；存放對節(jié)點(diǎn)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、表或視圖的授權(quán)或訪問控制信息；目標(biāo)數(shù)據(jù)庫（或文件）的當(dāng)前狀態(tài)（聯(lián)機(jī)/脫機(jī)、忙/空閑等）；目標(biāo)數(shù)據(jù)庫中的表或視圖的當(dāng)前狀態(tài)（聯(lián)機(jī)/脫機(jī)、忙/空閑、加鎖/解鎖等）。
　　2.1.2 日志數(shù)據(jù)庫
　　日志數(shù)據(jù)庫獨(dú)立于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫之外，用于記錄客戶端節(jié)點(diǎn)信息、請求時刻和發(fā)來的所有請求的原始內(nèi)容，但不做業(yè)務(wù)流程相關(guān)的處理、運(yùn)算等。記錄每次數(shù)據(jù)操作分配的唯一的“事件號”（EVENT_ID）。對每一次客戶端的“請求”，“系統(tǒng)服務(wù)總線”（SYSSRV）會分配唯一的標(biāo)識符號，可以定義為有一定意義的字符串，比如，“當(dāng)前時刻+流水號”。以上信息可以被壓縮、打包、加密后存放，以記錄格式保存于數(shù)據(jù)庫的表或文件中。它可以設(shè)計為數(shù)據(jù)庫中的一個或多個表，也可以是文件格式。
　　2.1.3 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫
　　業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫記錄所有業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相同，即，N個節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中與業(yè)務(wù)模式相關(guān)的表、視圖、過程或其他程序設(shè)置相同。
　　需要特別指出的是：
　　（1）控制數(shù)據(jù)庫、日志數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫可以是不同數(shù)據(jù)庫廠家或品牌的產(chǎn)品。比如，日志數(shù)據(jù)庫可以采用低端的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品或開源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫可以采用高端的大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。
　　（2）控制數(shù)據(jù)庫、日志數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫在物理上和邏輯上是可以相互隔離的，這可以極大地提高系統(tǒng)的整體安全性。目標(biāo)數(shù)據(jù)庫和要訪問的表或視圖對客戶端來說是“不可見”的，由控制數(shù)據(jù)庫動態(tài)定義和控制。
　　（3）所有類別的數(shù)據(jù)庫在物理上位于一個或多個節(jié)點(diǎn)上，即節(jié)點(diǎn)N》=1；任意一個節(jié)點(diǎn)N上建有一個或多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫（邏輯數(shù)據(jù)庫》=1）；任意一個節(jié)點(diǎn)是一個完整的、可獨(dú)立工作的計算機(jī)。根據(jù)性能要求，可以是高性能PC機(jī)、PC服務(wù)器、小型機(jī)、集群或超級計算機(jī)，或是它們的“混合體”；任意一個節(jié)點(diǎn)是指定網(wǎng)絡(luò)中的一個指定節(jié)點(diǎn)。
　　2.2 應(yīng)用層設(shè)計
　　中間應(yīng)用層由5個后臺進(jìn)程構(gòu)成：（1）系統(tǒng)服務(wù)總線（SYSSRV）；（2）數(shù)據(jù)庫寫進(jìn)程（DBWRT_N）；（3）數(shù)據(jù)庫讀進(jìn)程（DBRED_N）；（4）數(shù)據(jù)庫在線恢復(fù)進(jìn)程（DBRCY）；（5）日志檢查進(jìn)程（LOGCHK）。
　　2.2.1 系統(tǒng)服務(wù)總線
　　這是一個后臺監(jiān)聽、分發(fā)、調(diào)度總進(jìn)程。設(shè)計目標(biāo)具有一定的“自我修復(fù)”和“自我復(fù)制”動能。它可以根據(jù)負(fù)載情況，自我復(fù)制或開啟子進(jìn)程響應(yīng)新的負(fù)載；可以動態(tài)配置可服務(wù)的節(jié)點(diǎn)或客戶端；可以為特定節(jié)點(diǎn)或客戶端指定專用進(jìn)程；它通過“DBWRT”和“DBRED”“讀/寫”日志數(shù)據(jù)庫或日志文件。
　　2.2.2 寫進(jìn)程
　　寫進(jìn)程負(fù)責(zé)向所有節(jié)點(diǎn)寫數(shù)據(jù)。它可以配置成多進(jìn)程/單進(jìn)程模式；多進(jìn)程模式，指對應(yīng)每個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫N都有獨(dú)立的“寫”進(jìn)程；單進(jìn)程模式，指對應(yīng)多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫只有一個主進(jìn)程，主進(jìn)程開啟多個線程提供“寫”服務(wù)。
　　2.2.3 讀進(jìn)程
　　讀進(jìn)程負(fù)責(zé)向所有節(jié)點(diǎn)讀數(shù)據(jù)，它可以配置成多進(jìn)程/單進(jìn)程模式。多進(jìn)程模式指對應(yīng)每個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫N都有獨(dú)立的“讀”進(jìn)程，單進(jìn)程模式指對應(yīng)多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫只有一個主進(jìn)程，主進(jìn)程開啟多個線程提供“讀”服務(wù)。
　　根據(jù)需要，讀進(jìn)程可以配置成：向所有在線節(jié)點(diǎn)并發(fā)讀數(shù)據(jù)，返回最快的結(jié)果集，拋棄其他的結(jié)果集，并中斷其他讀進(jìn)程；也可以配置成：隨機(jī)讀某個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，如果失敗或超時，則再隨機(jī)讀余下的在線節(jié)點(diǎn)，直到“讀”成功或失敗；還可以配置成向所有節(jié)點(diǎn)順序讀數(shù)據(jù)，過程類似上面“隨機(jī)讀”。
　　以上“讀寫”業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的進(jìn)程，設(shè)計上支持多種數(shù)據(jù)庫訪問接口，針對“表”或“視圖”提供統(tǒng)一格式的、標(biāo)準(zhǔn)的、動態(tài)的SQL數(shù)據(jù)操作接口和方法，完成對數(shù)據(jù)庫中表或視圖的增、刪、改、查和批處理操作。它們可以設(shè)計為數(shù)據(jù)庫中的存儲過程，也可以是C++，Java程序的API或混合體。