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实时数据库管理系统的分析和研究

therun  发表于 2007/12/5 13:54:51      672 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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  近年来,随着计算机的发展,实时操作系统和实时数据库管理系统在我国的一些专业领域也得到了一定的发展,因此,如何高效利用实时操作系统的特性来实现数据的存储和检索在我国有着广泛的应用前景。
     数据库系统是当今计算机信息系统的核心,是计算机技术和应用发展的关键。数据库系统组合了多种功能:数据描述、数据正确性维护、有效的数据存取、查询与事务的正确执行以及数据的安全与可靠性保护。实时是对过程控制系统提出的响应时间要求,它要求计算机对现场的多输入信号进行处理后,在必要的时间间隔内把多个回答信息或指令返回现场,不同的系统对响应时间有不同的要求。随着实时操作系统的广泛应用,对实时数据处理功能的要求越来越迫切,因此必须对传统的数据库管理系统进行改造和加强以满足新的需求。
     实时数据库管理系统正是在传统数据库管理系统的基础上加入了实时数据处理功能的新型数据库管理系统。实时数据库管理系统同传统的数据库管理系统在概念、原理、结构、算法等方面都存在着很大的差别,其中最根本的区别就在于数据与事务的定时限制。


     一、传统数据库管理系统
     本世纪60年代以前,计算机主要用于科学计算。进入60年代以后,在社会大系统中出现了巨大的信息流和与之相伴随的宏大的数据流,为了适应和满足社会发展的需要,必须采用新的技术和手段来对这些数据进行收集、存储、加工、检索、分类、统计和传输等。这就是数据库技术产生的历史背景。数据库中的数据是高度结构化的,即数据库不仅要考虑记录内的数据项间的联系,还要考虑记录之间的联系。数据模型主要是指描述这种联系的数据结构形式。在数据库的发展史上,最有影响的数据库模型有三种:层次模型、网状模型和关系模型。
     传统的数据库管理系统(DBMS)是一个由外模式、概念模式和内模式组成的多级系统结构。一般来说,它应该包括以下几个方面的内容:数据库描述功能、数据库管理功能、数据库的查询及操纵功能、数据库维护功能。基本功能为:提供高级的用户接口、查询处理和优化、数据目录管理、并发控制、恢复功能、完整性约束检查、访问控制。


     二、客户端/服务器结构的数据库管理系统
     随着计算机网络技术的飞速发展以及工作站、PC机功能增强,越来越多的数据库系统采用客户机/服务器(Client/Server)模式。数据库技术在应用环境中最初采用主/从式体实时数据库管理系统的分析和研究系结构,由功能强大的服务器提供计算、文件集中存储及管理、数据库集中操纵及管理等全部功能,而用户端的终端机实质上只是个哑终端(DumbTerminal),只起到输入输出的介质作用,这是一种典型的中央集中式数据处理模式。网络技术的出现产生了资源共享的PC机电脑网络,具有独立运算能力的PC机取代了哑终端,各种主要的应用程序、数据库处理等工作都交由每个用户端的PC机处理,此时的主机退化为文件服务器,仅仅执行网络管理和文件存取及共享的管理工作,它与每个PC机之间数据交换的单位是文件,这是一种完全的分散式处理模式。
     比较这两种体系结构,主/从式系统由于数据集中管理使得数据库安全性高,一致性好,容易实现并发控制,保证了数据的完整性,存取系统及存取结构和存取路径的设计能很好地实现,大大减小数据冗余。其实质是大型的多用户数据库系统。然而其缺陷也很明显:由于全部功能交由主机处理,使主机负荷加重,尤其在大量用户同时操纵时,中央处理器对执行速度和内存容量的要求将会很大。若采用性能很高的主机又会在用户数减少时导致资源浪费。另外用户端的哑终端缺乏灵活性,大大限制了用户的想象力和迫切要求,难以紧跟新技术的发展。局域网结构使得用户有更大的自由度,整个系统的配置更具灵活性。但是由于文件服务器以文件方式管理共享数据,不仅从存取控制、安全性、完整性、一致性和并发控制等方面显著地削弱了数据库系统管理数据的管理特点,并且由于粒度较大的文件传送而导致网络大塞车。
     仔细比较主/从式结构和局域网结构可以发现,根本的指导思想是对待“客户”的应用和“基于数据库”的服务器。客户机/服务器结构将客户的应用和数据库的管理合理地分布在客户机工作站和服务器上,使服务器专心地集中处理数据库查询、存取控制、完整性和安全性检查,而由客户机工作站执行用户的应用程序以及数据显示等工作,通过客户机和服务器的协作来完成任务。客户机端和服务器端处于不平等地位,采用的是请求-回答方式。客户机工作站执行各种应用程序,当需要操纵数据库时,向服务器发出数据库操纵的SQL命令。服务器通过网络接收到SQL请求后,交由数据库引擎,经过优化、安全性和完整性检查后将客户机需要的数据传回给客户机,并在客户机终端上显示。
     客户机/服务器结构的优点:
     (1)任务处理分布在客户机系统和数据库服务器之间。功能强大的服务器运行数据库管理系统(数据库管理系统),可以充分发挥主机的高性能,并保证数据库完整性、安全性和存取控制冗余度小。同时由于传输量限制在用户所要求的范围从而减轻网络负担。
     (2)工作站独力性高。用户不必局限于某种系统或平台,可以采用不同种类的硬件平台和操作系统。并且得到应用程序的独力性,客户机工作站可以将多个数据库视为一个单一数据库加以处理,而不管这些数据库是属于同质或异质的数据库。
     (3)用户透明度高。用户操纵远地数据库和操纵本地数据库时完全一样。客户机/服务器结构采用请求-回答方式。应用程序执行用户各种应用需求,当要存取共享数据库时,由客户机中间件向网络发出SQL命令,服务器中间件接收SQL命令后,交由服务器数据库引擎。数据库引擎对SQL命令优化、编译,并进行完整性检查、安全性检查,然后从数据库取出所需的数据资源后通过中间件传回给客户机应用程序。在客户机/服务器结构中,关系数据库,客户机/服务器开发工具和中间件是扩展客户机/服务器功能和性能的三个关键领域。关系数据库管理的是各个客户机的数据库,为了提高性能采用一些新技术。中间件则主要负责透明地连接客户机/服务器系统,其采用的技术是远程过程调用(RPC)。此外,服务器中间件还必须对若干个同时到达的客户机请求提供排队装置。客户机/服务器开发工具使系统设计者和应用程序员能方便快速地开发系统,一般要求能支持多个数据库。在这种新型结构下,数据库软件的设计,开发方法也与以前的文件系统数据库有很大区别。在以前的文件系统数据库中,程序开发只涉及到客户端,用户界面、表现逻辑、事务处理都由编程人员自己处理。而现在的客户机/服务器体系结构,由于在服务器端进行事务处理即数据一致性和完整性工作,所以系统设计和开发工作就不仅涉及客户端而且还大量涉及服务器端。
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