Oracle IMS DB2都属于,IMS数据库　　IMS database

摘 要

关键词： IMS；树型逻辑拓扑结构；模型结构；可恢复性；恢复机制

1 IMS的诞生及其优势

由美国国家航空航天局（NASA）主导开发的阿波罗登月项目旨在管理与阿波罗计划相关的复杂数据。由美国国家航空航天局（NASA）主导开发的阿波罗登月项目旨在管理与阿波罗计划相关的复杂数据。1969年7月16日,美国国家航空航天局成功发射了阿波罗11号飞船,在此之后人类首次成功踏上月球表面.随后 NASA持续采用了这一系统,在其后续的航天项目中发挥了重要作用.与此同时IMS技术在金融、保险以及制造业等多个领域得到了广泛应用.如今IMS系统已在互联网应用连接以及商务智能分析等领域发挥了关键作用,并不断拓展新的应用场景.

层次型数据库采用树状逻辑架构来进行数据存储与检索操作。其设计特点使其能够高效地管理银行账户体系中的顶级账户及其下属子账户与细账记录等多层次信息。这种特性使得它非常适合用于支撑那些需要实现高可用性、高性能以及具备高容量与高可靠性的同时还追求低成本的关键业务需求，在线应用系统。目前这一技术已在包括全球众多金融机构（如银行与保险公司）以及制造企业等多个领域得到了广泛应用。根据2008年初的数据统计，在全球范围内IMS系统的客户数量已突破400万 MIPS水平。

伴随着关系型数据库技术的不断演进与创新，在各个行业中得到了广泛应用。相比之下，在层次型数据库体系中占据重要地位的IMS（Interactive Management System），凭借其卓越的可靠性和高效的性能特点，在市场占有率方面始终保持领先地位。该系统经历了从V1版本（1968年）到如今的V11版本的发展历程。

(1)树型结构有效地减少数据冗余，节省磁盘空间；

(2)存取数据快速高效，系统响应时间快，吞吐量大；

(3)能够更有效、充分地利用主机资源，节约经济投入成本；

(4)与XML结构一致，能更好地满足电子商务的需求。

2 IMS的系统架构

2.1 系统总架构

数据库管理系统遵循某种特定的数据模型来存储、处理和维护数据的一种复杂软件系统。它实现了对数据的一致性管理与监控，在确保信息安全的前提下让用户能够方便地创建并访问所需信息资源。此外还有一套完善的机制体系用于保护数据的一致性和完整性实现多用户的并发访问控制以及在突发情况下恢复受损的数据资源

IMSLM作为数据库管理系统，在确保系统的安全运行、数据一致性以及故障恢复能力方面具有重要保障作用。该系统作为一个复杂而庞大的软件平台，在设计时就充分考虑了安全性与稳定性的需求。其事务管理模块具备处理在线事务的能力，并通过完善的机制确保数据的一致性和完整性。本文主要聚焦于探讨该系统的DBCTL控制环境，并对其核心功能模块和关键组件进行了详细探讨。通过建立的IMS的系统模型结构如图1所示。

IMS系统可以划分为用户访问层、系统管理层和数据存储层3个层次。

用户的入口层指的是向其 IMS 数据库提供接入的方式。目前主要的三种入口方式包括 IMS 批处理区域、 IMS 联动程序以及基于 CICS 中间件的联机交易模式。为了存取和操作其 IMS 数据库中的数据资源，用户必须使用上述三种入口途径。

系统管理层负责对整个系统的运行和数据进行综合管理与维护，并通过严格的技术手段确保数据存储的安全可靠性和整体系统的稳定性。这些管理架构部分包括DBCTL（数据库控制）、DLSAS（独立地址空间）、DBRC（数据库恢复控制）、IRLM（内部资源锁管理）等4个核心模块以及IMS LOG和RECON（恢复控制数据集）两个关键组件。这些组件协同运作以完成数据库管理系统的基本功能。

数据存储层主要包括通过IMS进行管理的数据库系统。就目前而言，在IMS中主要存在两种类型的数据库：一种是基于DL/I架构的（即Direct List/Inline），另一种则是基于快速路径（Fast Path）设计的。

2.2 系统管理层

系统管理层作为IMS数据库管理系统的核心机构，在集中管理和控制方面发挥着关键作用，并确保数据和系统的完整性、一致性、安全性以及可恢复性。系统管理层由四个核心的地址空间和两个主要的数据集组成，在此基础上对各个组件进行深入分析。

2.2.1 IMS LOG

在现代数据库管理系统中，系统日志扮演着关键角色。它全面记录了IMS各阶段的系统操作与数据库活动，并在发生故障后能够顺利重启并恢复工作状态。IMS系统的日常运营数据主要包括以下几个部分：硬件配置参数、网络接口状态、用户权限管理、事务处理记录、存储过程执行情况及应用程序日志信息等。这些数据分别涵盖了各个核心业务流程的相关信息。

(1)IMS启动和停止的时间点；

(2)应用程序启动和停止的时间点；

详细记录数据库状态变化前后的数据内容，并确保每次操作都有对应的前后对比信息

(4)定期通过系统checkpoint记录的系统状态信息；

(5)记录应用程序的状态；

(6)记录一个交易UOW(Unit Of Work)的开始和结束状态。

因为IMS LOG记录了这些系统行为的原因在于它们提供了关于系统运行状态的关键信息。它才能够成为一个具备自我恢复能力的系统软件，在以下情况下：获取该记录有助于维持系统的完整性以及实现自我恢复。

(1)失败交易的动态回滚(dynamic backout)；

(2)IMS系统的热重启(warm restart)和紧急重启(emergency restart)；

(3)IMS数据库的故障恢复；

(4)系统性能分析、审计以及故障诊断。

IMS记录_LOG采用了双工方法，在每个_LOG中包含有主次两类_LOG数据集。每当_write LOG都会同步更新 主次.Logic。在系统重启或恢复时优先读取为主Logic中的数值信息，在主Logic出现故障时系统会自动切换到次要Logic继续运行并确保整个系统的稳定性不受影响。此外IMS还配备了修复Logic的功能模块，在发生 Logic 数据损坏时能够迅速修复并维护系统的稳定运行以保障其高可用性和可恢复性

2.2.2 RECON

RECON是在IMS中扮演核心角色的一个极为重要系统的标准数据集，在该平台上存储着关键系统的相关信息以及数据库中的详细记录，在面临系统重启或数据库恢复时都需要调用这些数据以确保系统的正常运行

(1)IMS LOG的状态信息，LOG的开始时间和结束时间；

(2)IMS系统里所有数据库的信息；

(3)IMS系统里所有数据库的IC备份(Image Copy)、重组、恢复的时间点等信息；

(4)IMS系统里所有数据库发生的事件，如被访问和被更新等信息。

由于REON系统中的数据对于系统的正常运行与恢复具有至关重要的作用，在构建过程中遵循这一原则的策略是将所有更新操作同时复制至主数据副本（即REON1和REON2）中。此外，在IMS系统中还设置了备用的数据副本（即备用副本），一旦主数据副本中的任意一个出现故障或损坏情况，则系统会自动切换至备用副本以保证系统的稳定性和可靠性。

2.2.3 DBCTL

DB_CTL组件作为IMS系统的核心组件，在整体架构中发挥着关键作用。它不仅负责统一协调其他组件对数据库系统的管理运作，并且管控用户的访问与操作权限及事务日志记录工作。该模块的主要职责包括完成业务系统的启动与终止操作流程，并确保所有正常业务事务均能顺利完成及成功回滚所有异常事务。当IMS出现故障时,DB_CTL会根据记录重新还原当时的环境状态,从而保障系统的稳定性和可恢复性。此外, DB_CTL还需统筹管理FastPath数据库的工作

2.2.4 DLSAS

DLSAS组件负责处理DL/I类数据库的信息。同时作为IMS数据库与应用程序之间的连接层，在接收到并解码用户程序中的DL/I CALL命令时能够实现与外部程序的数据交互。

2.2.5 DBRC

DBRC作为IMS的重要组成部分不可或缺。在RECON系统中实施数据采集与管理系统功能的同时能够依据相关数据规范特定系统的操作流程。该模块包含以下几大核心功能：

通过维护与监控IMS LOG相关信息以确保IMS系统的稳定运行与数据库的安全性。

(2)在IMS重新启动时通知IMS应该使用哪个LOG来重新启动；

在共享环境下对数据库的授权、访问和更新操作被详细记录下来以便确保其一致性

(4)提供数据库恢复的标准接口，使数据库恢复更易操作。

2.2.6 IRLM

IRLM(Internal Resource Lock Manager)负责管理数据库资源的锁定信息，并实现了IMSPLEX环境下数据共享功能的同时确保了多个用户能够同时进行并发访问操作以显著提升系统的处理性能随后又被成功应用于DB2的产品序列中为了优化系统的安全性IRLM引入了基于死锁检测机制的技术该技术通过采用了死lock detection mechanism的方式定期审查数据库内的所有lock records以便诊断是否存在潜在的deadlock问题从而采取相应的措施来解除这些deadlock状况

2.3 数据存储层

数据存储层主要指的是IMS系统管理的数据库集合。由于IMS采用了层次结构化的数据库管理架构，并基于树形拓扑结构组织和存储其管理的数据内容，在实际应用中所采用的访问方法均为层次化的方式(Hierarchic Access Methods)。目前市场主要存在两种类型的IMS数据库产品：DL/I系列和Fast Path系列。DL/I系列 databases与 IMS 系统同步开发完成，并作为早期版本推向市场；可被视为 IMS 早期的主要产品类型之一。而IBM在上世纪70年代末推出FastPath 系列 databases，则因其独特的记录组织方式而闻名——这种类型以其显著的不同于传统 DL/I 类别的记录日志方式进行操作；从而实现了更快捷的数据存取速度以及更高的性能水平(Fast Path "快速存取" 的 databases)。

在主机端部分部署了基于深度学习与信息检索结合的高效存储架构系统（DL/I），同时支持快速路径访问模式以优化大规模数据处理性能。该存储架构系统内部采用了多层次的空间分割方法（...）来进行空间划分与管理，并基于索引树结构实现高效的查询响应机制。无论是传统型还是非传统型存储架构，在应用层均实现了对不同存储风格的一致化兼容性设计。

3 IMS的可恢复性

系统恢复旨在将经历异常终止的系统重置回正常运行状态。它涉及以下几个方面：首先是数据库的状态重置；其次是处理用户的数据请求；接着是正在运行的应用程序；最后是输出给用户的数据显示。

为实现系统的可靠性和可用性，在设计时必须确保数据存储的安全性。为防止信息泄露或损坏，在实际应用中需要考虑多种可能导致信息损失的因素；例如设备故障可能导致的数据损坏问题以及网络中断等可能导致的数据传输失败问题等情况下可能会造成信息损失的问题

能成功地完成系统恢复，主要依赖以下两点：

能够恢复至一个安全且数据完整的时态，并需确保该时态的数据处于完整状态。

(2)记录了自这个安全的时间点之后所发生的一切系统行为。

IMS是一种具有自我修复能力的系统软件，并包含一套全面的故障修复方案。其中一部分可以通过自身功能自动处理问题而无需人工干预，在这种情况下另一部分则依赖于人工干预来完成修复工作。

在IMS系统中每个同步point（sync point/synchronization point）都是一个保证数据完整性的重要时刻。这个point被确定为里程碑式时间点，并且被确认为可回溯的安全时间点。此外它还被识别为具有数据一致性保障的重新启动时间点

IMS有两种同步点类型：一种是由IMS自身定期存储的sync point称为系统快照checkpoint；类似于一个系统的截图记录了IMS当前运行环境的状态。另一种则是应用程序在完成一次完整的交易单元后自动生成sync point；IMS负责管理的应用程序和数据库都会定期进行图像复制备份IC(Image Copy)，从而确保数据在每个时间点都是安全完整的；此外IMS LOG记录了整个系统的操作历史以备查询保障系统的稳定性与可靠性

当遇到大多数故障时, IMS经过重新启动后能够恢复环境状态.IMS会自动处理其日志文件( IMS LOG )的读写操作,并对尚未完成的交易以及数据库更新操作实施回滚策略以确保数据一致性.无需人工干预即可完成上述操作.

一旦IMS系统发生数据损坏情况，则必须通过人工干预来进行修复。该系统能够基于DBRC记录中所记载的数据访问日志自动生成必要的数据还原作业，并最终完成数据系统的修复工作。由此可见，在这种情况下进行数据系统的修复往往较为简便。在需执行数据还原操作时，请确保提供完整的RECON日志以便系统正确识别可选的数据源存储库位置以及相关的时间戳参数设置等必要信息。这些参数将直接影响到后续的数据还原效率以及最终的数据质量表现如何？

由于联机业务的运行涉及诸多复杂因素，在实施过程中需充分结合自动化技术和人工干预。因此，在进行系统恢复时同样需要根据具体情况采取相应的措施，并设计成多个可操作的阶段以确保工作的有效性与安全性。

IMS作为一个数据库管理软件具备了良好的容错功能和灾后恢复能力，并且确保了系统的高度可靠性和快速恢复能力。

目前行业内竞争尤为激烈,导致对核心业务系统的稳定性和高效运行的需求不断提升.IMS作为一种经济实用的选择,在使用较小规模的MIPS资源时依然能有效管理大量数据,并承担起繁重的数据读写任务.随着主机使用的MIPS数量减少,这不仅降低了相关主机系统的投资成本,也降低了软件开发投入以及外部软件的成本投入.凭借其卓越的能力和高效的运行模式,IMS已经在多个领域持续扩大其影响力.