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实时数据库管理系统

therun  发表于 2007/12/5 13:56:00      1351 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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     实时数据库管理系统应该是这样一个系统,其事务应具有严格的时间响应限制。换言之,实时性的基本指标是响应时间,即系统从发出处理要求起到给出某些应答信号为止所经历的时间。实时数据库管理系统(RTDBMS)是事务和数据都具有定时限制或显式定时限制的数据库系统。RTDBMS中数据的时间限制是通过事务对数据的处理时间来实现的,因此,又可将事务具有定时限制或显式定时限制的数据库系统称为RTDBMS。显然,RTDBMS的正确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果,还同时依赖于逻辑结果的产生时间。“实时”意在用户可显式地施加所要求的时间限制,并能通过系统的时间识别与处理机制来处理并保证或尽可能地保证满足与各种活动相关联的时间限制。
     传统的DBMS的设计目标是维护数据的绝对正确性、保证系统的低代价、提供友好的用户接口。这种数据库系统对传统的商务和事务型应用是有效的、成功的,然而,它不适合实时应用,这关键在于它不考虑与数据及事务相联的定时限制,其系统的性能指标是吞吐量和平均响应时间,而不是数据及事务相联的定时限制,调度与处理决策根本不管各种实时特性。
     与之相反,RTDBMS的设计目标首先是对事务定时限制的满足,其基本原则是:宁要部分正确而及时的信息,也不要绝对正确但过时的信息。系统性能指标是满足定时限制的事务的比率,它要求必须确保硬实时事务的截止期,必要时宁肯牺牲数据的准确性与一致性。软实时事务满足截止期的比率相对较高,但要100%满足截止期很难或几乎不可能。
     因此,除了DBMS的一般功能外,一个RTDBMS还具有以下功能特性:(1)数据库状态的最新性,即尽可能地保持数据库的状态为不断变化的现实世界当前最真实状态的映像;(2)数据值的时间一致性,即确保事务读取的数据是时间一致的;(3)事务处理的“识时”性,即确保事务的及时处理,使其定时限制尤其是执行的截止期得以满足。
     RTDBMS是传统DBMS与实时处理两者功能特性的完善或无缝集成(Seamless Integration)。它与传统DBMS的根本区别就在于具有对数据与事务施加和处理“显式”定时限制的能力,即使用“识时协议”(Time Cognizant Protocol)来进行有关数据事务的处理。
     实时数据库管理系统的实现:
     (1)客户机
     客户机端接受用户输入的SQL命令,该SQL语句依据标准的SQL语句的子集。并且,客户机端接受来自服务器端的结果显示给客户。
     (2)SQL语法分析器
     SQL最早用于IBM公司的System R上,此后,几乎所有的商业数据库管理系统都采用了SQL。SQL按其功能可分为四大部分:数据定义语言(DDL),用于定义、撤销和修改数据模式;查询语言(QL),用于查询数据;数据操纵语言(DML),用于增、删、改数据;数据控制语言(DCL),用于数据访问权限的控制。
     SQL作为一种标准的数据库查询语言,已经为所有的著名数据库管理系统所支持,并且已经成为一个国际标准。以往的经验也表明,SQL是一种简单高效的查询语言,它类似于自然语言的语句,十分方便于人们的使用。
     SQL语法分析器的主要功能及实现:
     首先进行SQL语法树的建立,系统对用于输入的SQL命令进行解析,分类存储到不同的数据结构中。其次进行SQL语法树的优化(查询优化),查询优化是查询处理中的重要和必要的一环,对系统的性能影响很大。查询优化有多种途径。一种途径是对查询语句进行变换。这种方法仅涉及查询语句本身,并不涉及存取路径,称为独立于存取路径的优化,或称代数优化。另一途径是根据系统所提供的存取路径,选择合理的存取策略,例如选用顺序搜索,索引等存取路径进行查询,称为依赖于存取路径的优化,或称物理优化。有些优化仅根据启发式的规则,选择执行的策略,称为规则优化。有些查询优化还对可供选择的执行策略进行代价估算,从中选用代价最小的执行策略,称为代价估算优化。事实上,数据库管理系统往往综合运用上述的优化方法,以获得好的优化效果。
     (3)授权检查
     当SQL语法分析器建立SQL语法树后,分析器将用户的操作命令及操作对象提交给授权检查机制,授权检查将根据用户标示及用户权限检查用户是否具有此操作的权限,及用户是否具有对操作对象的操作权限。授权检查依赖于系统的安全机制。
     (4)实时事务管理
     实时事务管理是实时数据库管理系统的核心环节,通过实时事务调度器实现实时事务管理功能。实时事务调度器,负责实时事务优先级的分配、超载管理、并发控制和实时事务调度,是实现系统实时特性的核心部件。RTDBMS必须采用基于优先级和考虑定时限制尤其是截止期的分配策略;资源使用的“中断”策略也是优先级式的,即高优先级可抢占(中断)低优先级的资源,具体又可以有多种不同的抢占方式及其各方面的代价,需要RTDBMS仔细决策。要综合考虑各种类型事务的到达(或在系统中生成)、执行期限及频率的分布,包括周期、非周期及零星事务,软或硬事务及其延迟的代价计算等。调度模型确定事务的优先级分配策略、调度算法、互相冲突的解决(并发控制)策略及其机制,控制事务正确、有效地执行。RTDBMS的调度模型还应有一定的“可调度性”预测能力及“应急处理”能力。相对于传统数据库而言,RTDBMS执行的正确性在概念、内容与准则上都有根本性的不同,RTDBMS不但要确保事务执行结果(包括返回数据的状态及产生的数据库状态)的正确性,还要保证其执行在结构、行为、时间上的正确,即要正确实现事务间的结构、行为、时间相关性及执行依赖性。
     (5)并发控制
     数据库是一个共享资源,对于网络上的数据库,为了充分利用数据库资源,应该允许多个网络用户并行地存取数据库,但这就要求数据库管理系统必须具备保证数据库一致性的能力。并发控制就是在多个事务对数据库并发操作情况下对数据库的操作实行管理和控制。通常的数据库管理系统采用可串行化算法来解决并发控制问题。
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