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嵌入式實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)
閱讀�4992�(shí)間:2011-06-01 10:29:24

  嵌入式實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)(RTDBS)是指可在嵌入式�(shè)備中�(dú)立運(yùn)行的一種數(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng),用以處理大量的、時(shí)效性強(qiáng)且有�(yán)格時(shí)序的�(shù)�(jù),它以高可靠�、高�(shí)�(shí)性和高信息吞吐量為目�(biāo),其�(shù)�(jù)的正確性不僅依�(lài)于邏輯結(jié)�,而且依賴(lài)于邏輯結(jié)果產(chǎn)生的�(shí)間�

概述

  �1是一�(gè)嵌入式應(yīng)用的基本�(gòu)�,整�(gè)嵌入式RTDBS�(gòu)建于�(shí)�(shí)操作系統(tǒng)之上。由于嵌入式�(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)在運(yùn)行環(huán)境和�(yùn)行方式上與常�(jiàn)的企�(yè)�(jí)�(shù)�(jù)�(kù)管理系統(tǒng)有很大差�,因此,傳統(tǒng)的企�(yè)�(shù)�(jù)�(kù)如Oracle、Sybase等在�(shí)�(shí)嵌入式環(huán)境下很難�(fā)揮作�,尤其在一些實(shí)�(shí)性要求很高的控制系統(tǒng)�,傳�(tǒng)�(shù)�(jù)�(kù)更顯得無(wú)能為�。因此,伴隨著各種商用嵌入式�(shí)�(shí)操作系統(tǒng)的出�(xiàn),研究嵌入式�(huán)境下的實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)成為嵌入式軟件中的一�(xiàng)重要�(nèi)容�

嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的概述

�(nèi)涵及體系�(jié)�(gòu)

  目前嵌入式系�(tǒng)�(kāi)�(fā)�,在�(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)�(wèn)題上的多�(shù)看法�,嵌入式RTDBS從本�(zhì)上說(shuō)是一�(gè)“內(nèi)存數(shù)�(jù)�(kù)”,是一�(gè)由應(yīng)用程序管理的�(nèi)存緩沖池,它在系�(tǒng)中的作用就是一�(gè)供多�(gè)�(shí)�(shí)任務(wù)共同使用的共享數(shù)�(jù)區(qū)。這種�(shù)�(jù)�(kù)�(shí)際上是一�(gè)嵌入在用�(hù)�(yīng)用軟件中的與�(yīng)用程序不可分割的部分,其功能主要是數(shù)�(jù)的存和取,不具有�(dú)立�,不是一�(gè)真正意義上的�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)。一�(gè)完整的嵌入式�(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)除了包括�(nèi)存數(shù)�(jù)�(kù)�,還�(yīng)�(dāng)含有歷史�(shù)�(jù)�(kù)和數(shù)�(jù)�(kù)管理系統(tǒng)DBMS及提供給用戶(hù)的接口函�(shù),整�(gè)�(shù)�(jù)�(kù)可由DBMS完成�(duì)�(shù)�(jù)�(kù)的具體配置及各種操作,例如系�(tǒng)�(yùn)行前根據(jù)�(shí)際需要對(duì)�(nèi)存數(shù)�(jù)�(kù)中的記錄節(jié)�(diǎn)�(jìn)行增減等配置操作。目前的嵌入式實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)可分為兩大類(lèi),一�(lèi)是商用級(jí)的嵌入式�(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng),它�(dú)立于具體的應(yīng)用軟�,如美國(guó)McObject公司提供的eXtremeDB�(nèi)存式�(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù),這是一種專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統(tǒng)�(shù)�(jù)�(kù)管理而編�(xiě)的實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù),它將數(shù)�(jù)�(kù)直接建立在內(nèi)存之�,并根據(jù)�(yīng)用特征產(chǎn)生數(shù)�(jù)�(kù)API,用�(hù)可方便的�(diào)用這些接口函數(shù)管理整�(gè)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng);另一�(lèi)是用�(hù)針對(duì)具體的應(yīng)用對(duì)象而自行設(shè)�(jì)�(kāi)�(fā)的嵌入式�(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng),這種�(shù)�(jù)�(kù)一般是嵌入到應(yīng)用軟件中作為�(yīng)用程序的一部分,不具有�(dú)立�,目前測(cè)控系�(tǒng)中用�(hù)�(kāi)�(fā)的實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)大都屬于這種情況�

�(shù)�(jù)模型

  嵌入式實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)的關(guān)鍵是�(shù)�(jù)模型的確�,它決定了數(shù)�(jù)被訪�(wèn)和操作的方式,應(yīng)用程序的性能和可靠性也大部分取決于�。目前嵌入式�(huán)境下的數(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)多數(shù)采用了關(guān)系模型結(jié)�(gòu),這也是商用數(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)的數(shù)�(jù)模型,該模型�(jié)�(gòu)是利用二維關(guān)系表�(lái)�(shí)�(xiàn)�(shù)�(jù)存儲(chǔ),利用索引訪�(wèn)和查�(xún)�(shù)�(jù),這種模型�(jié)�(gòu)是建立在�(yán)格的�(shù)�(xué)基礎(chǔ)上的,結(jié)�(gòu)�(jiǎn)單靈活,�(dú)立性好,但在嵌入式�(huán)境下的內(nèi)存開(kāi)�(xiāo)和數(shù)�(jù)冗余較大,用�(hù)必須�(duì)其�(jìn)行優(yōu)�,增加了�(kāi)�(fā)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)的難�;有些嵌入式�(shù)�(jù)�(kù)則采用了�(wǎng)狀模型�(jié)�(gòu),該模型通過(guò)指針�(lái)確定�(shù)�(jù)間的顯式連接�(guān)�,它比關(guān)系模型中利用冗余�(shù)�(jù)和索引文件要節(jié)約大量的存儲(chǔ)空間,具有一定的�(shù)�(jù)�(dú)立性和共享特�,運(yùn)行效率較�,而且由于它避免了索引操作,比�(guān)系型�(shù)�(jù)�(kù)模式要節(jié)省存�(chǔ)空間,數(shù)�(jù)操作速度也更�。但是這種模型�(jié)�(gòu)比較�(fù)雜,尤其�(dāng)嵌入式系�(tǒng)�(guī)模增大時(shí),其�(shù)�(jù)�(kù)的結(jié)�(gòu)變得非常龐大,可能會(huì)影響到系�(tǒng)的實(shí)�(shí)性能。圖3所示的是在相同�(shù)目的記錄�,關(guān)系模型和�(wǎng)狀模型的系�(tǒng)�(kāi)�(xiāo)比較,從圖中可以看出,網(wǎng)狀模型�?yàn)楸苊饬怂饕僮魇沟闷溟_(kāi)�(xiāo)要小于關(guān)系模�。但是在�(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)�(dāng)根據(jù)�(shí)�(shí)系統(tǒng)的綜合性能選取�(shù)�(jù)�(kù)模型,�??刹捎镁W(wǎng)狀加關(guān)系或?qū)哟渭雨P(guān)系的混合模型�(jié)�(gòu)以彌�(bǔ)兩種�(jié)�(gòu)之間的缺�,如CENTURA公司的嵌入式�(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)RDM(Raima Database Management�,它將網(wǎng)狀和關(guān)系模型的�(yōu)�(diǎn)�(jié)合起�(lái),避免了不必要的索引�(kāi)�(xiāo),顯著地減少系統(tǒng)存儲(chǔ)空間、I/O操作和CPU周期,由于其快速而且可靠性高的特�(diǎn),廣泛應(yīng)用于許多嵌入式產(chǎn)品中�

關(guān)系和網(wǎng)狀模型開(kāi)銷(xiāo)比較

管理系統(tǒng)

  嵌入式RTDBS系統(tǒng)是介于用�(hù)和實(shí)�(shí)操作系統(tǒng)之間的一層軟�,由眾多程序模塊組成,它的作用是�(duì)�(shù)�(jù)�(kù)中的共享�(shù)�(jù)�(jìn)行有效的組織、管理和存取,其�(jié)�(gòu)如圖4所�。其�,存�(chǔ)空間管理模塊、安全性和完整性控制模�、事�(wù)并發(fā)控制模塊、實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(zhuǎn)�(chǔ)模塊、運(yùn)行日志管理模塊是在嵌入式�(huán)境下�(kāi)�(fā)�(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)需要特別解決的幾�(gè)�(wèn)題:

 ?�?)存�(chǔ)空間管理模塊。嵌入式�(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)由于采用了內(nèi)存數(shù)�(jù)�(kù)技�(shù),必然要涉及到嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存管�,因此,用戶(hù)必須了解系統(tǒng)�(duì)�(nèi)存的分配�(jī)�,并�(shè)�(jì)自己的內(nèi)存管理程序。系�(tǒng)�(yùn)行時(shí),由該模塊通過(guò)�(shí)�(shí)OS向系�(tǒng)申請(qǐng)�(nèi)存緩沖區(qū),作為共享的�(nèi)存數(shù)�(jù)區(qū)使用。之�,將歷史�(shù)�(jù)�(kù)中的初始化數(shù)�(jù)�(diào)入內(nèi)存區(qū)�(duì)這些空白�(nèi)存�(jìn)行初始化。對(duì)�(nèi)存空間的申請(qǐng),用�(hù)可采用靜�(tài)分配方式,這種方式�(shí)�(xiàn)�(jiǎn)�,無(wú)需�(fù)雜的索引�(jié)�(gòu),缺�(diǎn)是失去了靈活�,必須在�(shè)�(jì)階段就預(yù)先知道所需�(nèi)存并�(duì)之作出分�;或者采用動(dòng)�(tài)分配方式,這種方式使用靈活,可以根�(jù)需要擴(kuò)充數(shù)�(jù)節(jié)�(diǎn),但是必須建立合適的索引�(jié)�(gòu),以加快�(shù)�(jù)的檢索時(shí)�。該模塊要根�(jù)具體的實(shí)�(shí)OS�(jìn)行設(shè)�(jì)�

  �2)數(shù)�(jù)安全�、完整性控制模�。實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)�(shè)�(jì)中必須考慮�(shù)�(jù)的安全�,一方面指用�(hù)訪問(wèn)�(shù)�(jù)的合法�,另一方面是指系統(tǒng)的安全性。完整性是指用�(hù)�(duì)�(shí)�(shí)�(shù)�(jù)或歷史數(shù)�(jù)的各種操作必須符合一定的�(yǔ)�,可通過(guò)完整性約束條件來(lái)�(shí)�(xiàn)�

  �3)事�(wù)并發(fā)控制模塊。實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)是一�(gè)共享資源,允許多�(gè)任務(wù)共同使用,如果不�(duì)并發(fā)事務(wù)�(jìn)行控�,可能會(huì)造成任務(wù)�(cuò)誤的讀取或存儲(chǔ)�(shù)�(jù),破壞數(shù)�(jù)的一致�,因此實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)中,必須�(shí)�(xiàn)良好的并�(fā)控制�(jī)�。傳�(tǒng)的數(shù)�(jù)�(kù)一般采用加鎖的方式,類(lèi)似于�(shí)�(shí)操作系統(tǒng)中的信號(hào)�,對(duì)于封鎖粒度的大小要根�(jù)具體的應(yīng)用系�(tǒng)確定,傳�(tǒng)�(shù)�(jù)�(kù)獲得鎖的�(kāi)�(xiāo)較小,因此通常選用小粒度封鎖單�,以增加系統(tǒng)的并行性。但在實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)�,事�(wù)獲得鎖的�(kāi)�(xiāo)與處理數(shù)�(jù)的開(kāi)�(xiāo)相當(dāng),過(guò)小的封鎖粒度反而會(huì)降低系統(tǒng)的性能,因此在�(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)中的封鎖粒度通常選擇一張關(guān)系表為一�(gè)單位(如模擬量關(guān)系表為一�(gè)封鎖單位),這樣做減少了并發(fā)控制�(jī)制的�(fù)雜度,減小了系統(tǒng)的開(kāi)�(xiāo),提高了事務(wù)處理的整體性能�

 ?�?)實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(zhuǎn)�(chǔ)模塊。該模塊�(shí)�(xiàn)的功能是將實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)存儲(chǔ)為歷史數(shù)�(jù),通常由該模塊先將歷史�(shù)�(jù)保存在內(nèi)存緩沖區(qū)�,緩沖區(qū)�(mǎn)�(shí)才一次性的�(xiě)入磁�(pán);讀歷史�(shù)�(jù)�(shí),先從緩沖區(qū)�(nèi)取數(shù)�(jù),取不到�(shù)�(jù)�(shí)再�(jìn)行文件的讀�(xiě),這種方式可以降低磁盤(pán)I/O操作次數(shù)。并且只�(duì)變化�(shù)�(jù)�(jìn)行存�(chǔ),即節(jié)省了外存空間,又不會(huì)影響系統(tǒng)性能�

 ?�?)運(yùn)行日志管理模塊。日志文件在�(shù)�(jù)�(kù)恢復(fù)中起著非常重要的作用,可以用�(lái)�(jìn)行事�(wù)故障恢復(fù)和系�(tǒng)故障恢復(fù)。日志緩沖區(qū)�(zhuān)門(mén)存放�(shù)�(jù)�(kù)操作的記�,傳�(tǒng)的數(shù)�(jù)�(kù)日志記錄包括記錄名、更新前記錄的舊�、更新后記錄的新�、事�(wù)�(biāo)�(shí)、操作類(lèi)型等。在嵌入式實(shí)�(shí)�(shù)�(jù)�(kù)系統(tǒng)中,為了減少系統(tǒng)的開(kāi)�(xiāo),在日志記錄中不包括新舊記錄值,�(duì)日志記錄的寫(xiě)操作只對(duì)緩沖區(qū)�(jìn)�,當(dāng)緩沖區(qū)�(mǎn)�(shí),才由磁�(pán)�(xiě)操作�(xiě)入日志文件當(dāng)��

嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

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