嵌入式数据库系统设计研究
来源:用户上传
作者: 赵嘉雯 王秀芹
摘 要：随着我国社会经济发展速度不断加快，计算机技术也在不断发展进步，数据库处理方式以及存储方式也在进行改变，作为计算机中重要的组成部分，对于移动数据的处理技术要求也随着有所改变，嵌入式数据库系统也随之发展。
本文通过对嵌入式数据库系统进行详细介绍，对嵌入式数据库进行内涵介绍，并且对嵌入式数据库的各种应用特点进行全面分析，结合嵌入式数据库的发展情况，对嵌入式数据库系统选择进行阐述，对嵌入式数据库对于数据的处理以及存储过程进行详细的分析，并且对嵌入式数据库的主体架构进行介绍，望可以对我国嵌入式数据库的发展给予支持。
关键词：嵌入式；数据库；系统设计
1 嵌入式数据库系统介绍
1.1 嵌入式数据库系统内涵
随着计算机技术的不断发展，数据处理系统中也逐渐将嵌入式进行融合，对该系统自身功能进行全面完善，根据软硬件的不同的需求进行应用实现， 能够满足系统在进行应用过程中对数据库系统的功能以及可靠性进行一定程度的提升。在嵌入式数据库系统中毫无疑问的融入了计算机高新技术、电子操作技术以及更加先进的半导体技术，将这些先进的技术进行融合无疑是对数据库系统处理数据的时候进行速度提升。另外融合了嵌入式技术的数据库系统并不和传统的数据库桌面相同，因为嵌入式系统内存比较小，所以这种类型的数据库系统所需要的内存以及磁盘空间都比较小，同时因为这种数据库系统总是需要将不同类型的数据进行模型建造，所以可以将其分为层次性、网状性以及关系型等集中类型。
从我国目前所制定的嵌入式数据库系统的标准数据模型以及同步技术来看，嵌入式数据库系统已经成为同类型中的新兴焦点，该系统中不管是嵌入式的操作程序还是数据管理系统，所需要的内存都比较小，所以运行效率一般都比较高。但是因为在嵌入式环境中使用数据库系统方面还是存在部分难度，因为不同的嵌入式应用模块具备独特的特点以及应用条件，而普通的数据处理系统只能够完成相对比较简单的数据查询以及处理流程，所以在这方面还得加深研究。
1.2 嵌入式数据库系统特点分析
嵌入式数据库系统之所以能够被广泛运用，与其自身所具备的有点是有很大的关系的，根据同类型的数据库系统相比较，这种新型的数据库系统占有的系统资源很小，但却能保证高度可靠性，安全性也不低，系统自身可移植性也比较很高，系统所具备的易用性也是相当成功的，所以结合我国嵌入式数据库系统发展的实际情况，对其自身所具备的特点进行分析，现总结为下文所述。
1.2.1 系统资源占有量较小
由于嵌入式系统内部存储资源很是有限，所以一般内部不会设置一些存储空间比较大的设备，所以嵌入式数据库系统就组织结构就必须设计合理，以便能够在有限的内部存储空间中储存更多有用的数据，与此同时，嵌入式系统内部存储空间一般都比较小，所以就决定着嵌入式数据库体积比较小，并且运行效率很高的特点。另外影响嵌入式数据库系统占有很小的系统资源是因为必须为其他应用程序预留一些磁盘空间，所以必须对系统占有资源进行最小化，这样才能保证系统能够正常运行。
1.2.2可靠性
因为嵌入式数据库在运行过程中通常需要在移动环境中进行操作，就注定工作人员不能够对嵌入式数据库进行现场技术支持，所以注定嵌入式数据库必须可靠，并且还必须保证在没有工作人员进行维护的情况下也能够保证嵌入式数据库进行正常运行，所以对于嵌入式数据库来说，必须具备可靠性。
1.2.3良好的可移植性
因为一般的嵌入式数据库系统是根据具体情况进行需求满足之后才设计出来的，所以为了能够保证与其他软件能够进行数据通信，所以嵌入式数据库开发人员必须在进行系统开发的时候提供必备的模块，以实现嵌入式数据库的可移植性，在应用对象有所变化的时候可以根据需求进行功能实现，可移植性能够保证资源不好出现大范围的浪费。
2 嵌入式数据库系统设计方案
2.1 嵌入式数据库系统选择
嵌入式数据库在进行设计的时候，通常都是选择嵌入式Linux系统，该系统是一种源代码完全公开的嵌入式操作系统，它是对标准Linux操作系统经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几百千字节或者几兆字节的存储器芯片中，并且应用于特定嵌入式环境的专用Linux操作系统。而且，Linux操作系统具有稳定性好、网络能力优异、支持多种文件系统等优点。因此，嵌入式Linux一般具有性能可靠、软件资源丰富、网络功能强大、使用成本低等优点，而且支持多任务多线程，支持实时性扩充。同时，其内核可以灵活地进行配置，因此具有很强的适用性。
Linux的内核小、效率高，内核的更新嵌入式Linux速度很快，Linux是可以定制的，其系统内核最小只有约134KB。第三，Linux是免费的OS，在价格上极具竞争力。 Linux还有着嵌入式操作系统所需要的很多特色，突出的就是Linux适应于多种CPU和多种硬件平台，是一个跨平台的系统。到目前为止，它可以支持二三十种CPU。而且性能稳定，裁剪性很好，开发和使用都很容易。很多CPU包括家电业芯片，都开始做Linux的平台移植工作。移植的速度远远超过Java的开发环境。也就是说，如果今天用Linux环境开发产品，那么将来换CPU就不会遇到困扰。同时，Linux内核的结构在网络方面是非常完整的，Linux对网络中最常用的TCP/IP协议有最完备的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太网络，以及无线网络，Toker ring（令牌环网）、光纤甚至卫星的支持。
2.2 系统处理过程分析
由嵌入式应用程序的界面控制部分等待使用设备用户的输入。当等到一条用户输入的数据请求时，首先分析该数据请求是否能够在本地使用设备数据库中得到满足。若能够借助本地使用设备数据库实现数据请求，则将数据请求交给使用设备嵌入式数据库管理系统：否则，将数据请求交给使用设备同步程序。当使用设备嵌入式数据库管理系统接到数据请求时，它首先分析数据请求的合法性，若合法，则响应请求，访问嵌入式数据库，得到处理结果，并将其返回给嵌入式应用程序；否则，向嵌入式应用程序返回出错信息。当使用设备同步程序接收到数据请求时，它与PC同步程序联系，建立连接后，将数据请求发送过去，由PC同步程序进行后续处理。PC同步程序的监听线程监视串口状态，发现来自PDA的数据请求便将该请求交给PC同步程序的主线程。主线程接到数据请求后，将其交给ODBC接口模块进行处理。ODBC接口接到来自PC同步程序的数据请求后，解析数据请求，并判别其合法性，若合法，则访问ODBC主数据源，得到处理结果，并将该处理结果交给PC同步程序，由其回馈给PDA；若非法，则通知PC同步程序向PDA报告出错信息。 2.3 系统数据存储过程分析
当前流行的数据库管理系统基本上都采用关系数据模型。关系模型己经成为数据库中数据模型事实上的标准，采用关系数据模型有利于为广大开发社区接受。同时关系模型的描述能力比较强，效率高。对于嵌入式计算，数据库应该是轻量级的，不宜采用面向对象模型。嵌入式设备的一个主要特征是其资源紧张性。另外，嵌入式数据库本质上还是面向个人服务的数据库管理系统，数据管理的功能相对于传统的企业级数据库来说要求相对较弱。基于上述原因，这里我们将采用效率更高的关系模型。存储组织包括数据表示和存储空间管理两个方面。数据表示是数据库中应用数据的物理存储的表现方式，它受到数据库系统所采取的存储模型的制约。存储空间组织是对存储设备可用存储空间的应用组织策略，它的目标有两个：高效利用存储空间和为快速的数据存取提供便利。在嵌入式数据库中，数据将分为“永久版本”和“临时版本”。
数据库在运行的大部分时间中都只关心临时版本，只在系统空闲或显式要求的情况下才将临时版本中的数据更新到永久版本中。这是一种乐观的持久化策略。因此，对嵌入式数据库来说，我们首先关注的是数据在主存中的高效的存取，其次，才会考虑数据的文件组织形式，尽可能地提高数据在内外存之间的调入、调出效率。因此，嵌入式数据库避免直接操作外存，而使用操作系统提供的文件系统接口实现外存处理；同时，不再使用数据缓冲区，而使用高活跃度数据存储区域替代，两者的不同在于前者在内存中按页面来组织缓冲区，每个页面对应磁盘上的一个存储块，后者则以记录为单位存储频繁被存取的数据。同时，因为数据字典占用空间很小且存取频繁，所以将其常驻内存。
2.4 系统主题架构
由于嵌入式系统地存储量有限，因此在终端嵌入式数据库中的数据不能存储大量的数据，同时，由于嵌入式系统处理器的主频较低，运行速度较慢，以及网络速度的原因，系统也不可能将每次的用户请求都提交到服务器端后台数据库处理数据，因此这就要求我们将大多数的数据处理放在终端数据库系统中处理，为了保证终端嵌入式数据库数据的有效性和实时性，我们必须保证嵌入式数据库和服务器端数据库的数据同步复制。 当终端数据库发生更新时，立即将更新的请求发送给终端同步程序，由终端同步程序和服务器端同步程序建立连接，再由服务器端同步程序将该请求交给服务器端数据库实现后台数据库的更新。
由于嵌入式系统地存储量有限，因此在终端嵌入式数据库中的数据不能存储大量的数据，同时，由于嵌入式系统处理器的主频较低，运行速度较慢，以及网络速度的原因，系统也不可能将每次的用户请求都提交到服务器端后台数据库处理数据，因此这就要求我们将大多数的数据处理放在终端数据库系统中处理，为了保证终端嵌入式数据库数据的有效性和实时性，我们必须保证嵌入式数据库和服务器端数据库的数据同步复制。当终端数据库发生更新时，立即将更新的请求发送给终端同步程序，由终端同步程序和服务器端同步程序建立连接，再由服务器端同步程序将该请求交给服务器端数据库实现后台数据库的更新。
结论
随着信息技术的不断发展，各行业中所需要处理的数据大量化，并且对于数据具体的处理结果保密性也在逐步要求保密，而嵌入式系统因其强大的保密性、可移植性以及体积小等特点，在数据处理过程中被广泛运用，嵌入式数据库由此诞生。通过对嵌入式数据库系统特点进行全面分析，对其系统选择过程进行分析，并且结合嵌入式数据库运行范围进行处理过程分析，对嵌入式数据库在对具体数据进行处理之后的存储过程进行分析，对嵌入式数据库的主题架构进行全面了解，由此可以将嵌入式数据库系统进行全面分析，对该系统与传统数据库进行对比，可以将其优越性进行全面展示。相信随着相关科技技术的不断发展，嵌入式数据库一定会发展的更为迅速，更为全面。鉴于本人学识有限，在本文撰写过程中存在一些不足之处，望各位同仁能够及时指出，以便日后及时作出修正。
参考文献
[1]张永.嵌入式数据库系统的设计与实现[D].清华大学，2012.
[2]殷晓伟，杨尚霖.关于嵌入式数据库系统设计的研究[J].科技创新与应用，2014.
[3]张媛媛.嵌入式数据库管理系统的研究与实现[D].华东师范大学，2011.
[4]蒋琳.嵌入式数据库关键技术的研究与实现[D].东华大学，2012.
[5]刘飞.嵌入式数据库技术的研究与实现[D].西安科技大学，2010.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-6734685.htm
