嵌入式系统数据库
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       嵌入式DBMS就是在嵌入式设备上使用的DBMS。由于用到嵌入式DBMS的系统多是移动信息设备,诸如掌上电脑、PDA(Personal Digital Assistant,个人数字助理)、车载设备等移动通信设备。因此,嵌入式数据库也称为移动数据库或嵌入式移动数据库,其作用主要是解决移动计算环境下数据的管理问题,移动数据库是移动计算环境中的分布式数据库。
       在嵌入式系统中引入数据库技术,主要因为直接在EOS或裸机之上开发信息管理应用程序存在如下缺点:
       (1)所有的应用都要重复进行数据的管理工作,增加了开发难度和代价。
       (2)各应用之间的数据共享性差。
       (3)应用软件的独立性、可移植性差,可重用度低。
       在嵌入式系统中引入DBMS可以在很大程度上解决上述问题,提高应用系统的开发效率和可移植性。
          使用环境的特点
          嵌入式数据库系统是一个包含嵌入式DBMS在内的跨越移动通信设备、工作站或台式机以及数据服务器的综合系统,系统所具有的这个特点以及该系统的使用环境对嵌入式DBMS有着较大的影响,直接影响到嵌入式DBMS的结构。其使用环境的特点可以简单地归纳如下:
          (1)设备随时移动性。嵌入式数据库主要用在移动信息设备上,设备的位置经常随使用者一起移动。
          (2)网络频繁断接。移动设备或移动终端在使用的过程中,位置经常发生变化,同时也受到使用方式、电源、无线通信及网络条件等因素的影响。所以,一般并不持续保持网络连接,而是经常主动或被动地间歇性断接(断开和连接)。
          (3)网络条件多样化。由于移动信息设备位置的经常变化,所以移动信息设备同数据服务器在不同的时间可能通过不同的网络系统连接。这些网络在网络带宽、通信代价、网络延迟、服务质量等方面可能有所差异。
          (4)通信能力不对称。由于受到移动设备的资源限制,移动设备与服务器之间的网络通信能力是非对称的。移动设备的发送能力都非常有限,使得数据服务器到移动设备的下行通信带宽和移动设备到数据服务器之间的上行带宽相差很大。
          关键技术
          一个完整的嵌入式DBMS由若干子系统组成,包括主DBMS、同步服务器、嵌入式DBMS、连接网络等几个子系统,如下图所示。
          
          嵌入式数据库系统组成
          (1)嵌入式DBMS。嵌入式DBMS是一个功能独立的单用户DBMS。它可以独立于同步服务器和主DBMS运行,对嵌入式系统中的数据进行管理,也可以通过同步服务器连接到主服务器上,对主数据库中的数据进行操作,还可以通过多种方式进行数据同步。
          (2)同步服务器。同步服务器是嵌入式数据库和主数据库之间的连接枢纽,保证嵌入式数据库和主数据库中数据的一致性。
          (3)数据服务器。数据服务器的主数据库及DBMS可以采用Oracle或Sybase等大型通用数据库系统。
          (4)连接网络。主数据库服务器和同步服务器之间一般通过高带宽、低延迟的固定网络进行连接。移动设备和同步服务器之间的连接根据设备具体情况可以是无线局域网、红外连接、通用串行线或公众网等。
             移动DBMS的关键技术
             嵌入式移动数据库在实际应用中必须解决好数据的一致性(复制性)、高效的事务处理和数据的安全性等问题。
             (1)数据的一致性。嵌入式移动数据库的一个显著特点是,移动数据终端之间以及与同步服务器之间的连接是一种弱连接,即低带宽、长延迟、不稳定和经常性断接。为了支持用户在弱环境下对数据库的操作,现在普遍采用乐观复制方法,允许用户对本地缓存上的数据副本进行操作。待网络重新连接后再与数据库服务器或其他移动数据终端交换数据修改信息,并通过冲突检测和协调来恢复数据的一致性。
             (2)高效的事务处理。移动事务处理要解决在移动环境中频繁的、可预见的断接情况下的事务处理。为了保证活动事务的顺利完成,必须设计和实现新的事务管理策略和算法。
             (3)数据的安全性。许多应用领域的嵌入式设备是系统中数据管理或处理的关键设备,因此嵌入式设备上的DBS对存取权限的控制较严格。同时,许多嵌入式设备具有较高的移动性、便携性和非固定的工作环境,也带来潜在的不安全因素。同时某些数据的个人隐私性又很高,因此在防止碰撞、磁场干扰、遗失、盗窃等方面对个人数据的安全性需要提供充分的保证。
             移动DBMS的特性
             移动DBMS的计算环境是传统分布式DBMS的扩展,它可以看作客户端与固定服务器结点动态连接的分布式系统。因此移动计算环境中的DBMS是一种动态分布式DBMS。由于嵌入式移动DBMS在移动计算的环境下应用在EOS之上,所以它有自己的特点和功能需求:
             (1)微核结构。考虑到嵌入式设备的资源有限,嵌入式移动DBMS应采用微型化技术实现,在满足应用的前提下紧缩其系统结构以满足嵌入式应用的需求。
             (2)对标准SQL的支持。嵌入式移动DBMS应能提供了对标准SQL的支持。支持SQL92标准的子集,支持数据查询(连接查询、子查询、排序、分组等)、插入、更新、删除多种标准的SQL语句,充分满足嵌入式应用开发的需求。
             (3)事务管理功能。嵌入式移动DBMS应具有事务处理功能,自动维护事务的完整性、原子性等特性;支持实体完整性和引用完整性。
             (4)完善的数据同步机制。数据同步是嵌入式数据库最重要的特点。通过数据复制,可以将嵌入式数据库或主数据库的变化情况应用到对方,保证数据的一致性。
             (5)支持多种连接协议。嵌入式移动DBMS应支持多种通信连接协议。可以通过串行通信、TCP/IP、红外传输、蓝牙等多种连接方式实现与嵌入式设备和数据库服务器的连接。
             (6)完备的嵌入式数据库的管理功能。嵌入式移动DBMS应具有自动恢复功能,基本无须人工干预进行嵌入式数据库管理并能够提供数据的备份和恢复,保证用户数据的安全可靠。
             (7)支持多种EOS。嵌入式移动DBMS应能支持Windows CE、Palm等多种目前流行的EOS,这样才能使嵌入式移动DBMS不受移动终端的限制。
             另外,一种理想的状态是用户只用一台移动终端(如手机)就能对与它相关的所有移动数据库进行数据操作和管理。这就要求前端系统具有通用性,而且要求移动数据库的接口有统一、规范的标准。前端管理系统在进行数据处理时自动生成统一的事务处理命令,提交当前所连接的数据服务器执行。这样就有效地增强了嵌入式移动DBMS的通用性,扩大了嵌入式移动数据库的应用前景。
             :在嵌入式移动DBMS中还需要考虑诸多传统计算环境下不需要考虑的问题,例如,对断接操作的支持、对跨区长事务的支持、对位置相关查询的支持、对查询优化的特殊考虑,以及对提高有限资源的利用率和对系统效率的考虑等。为了有效地解决这些问题,诸如复制与缓存技术、移动事务处理、数据广播技术、移动查询处理与查询优化、位置相关的数据处理及查询技术、移动信息发布技术、移动Agent等技术仍在不断地发展和完善,会进一步促进嵌入式移动DBMS的发展。
          实例介绍
          本节简单介绍SQL Anywhere Studio和Adaptive Server Anywhere嵌入式DBMS。
          SQL Anywhere Studio主要用于笔记本计算机、手持设备、智能电器等领域。SQL Anywhere Studio提供了一系列的工具,包括:
          (1)Adaptive Server Anywhere嵌入式DBMS。这个DBMS可以单机运行,也可以作为数据库服务器运行。
          (2)UltraLite提交工具。通过该工具,DBS可以分析出一个特定的应用系统需要哪些DBMS的功能,并根据实际需要对数据库进行精简。
          (3)MobiLink同步服务器。SQL Anywhere Studio支持双向的信息同步。在同步环境下通过MobiLink来完成,在异步环境下通过SQL Remote来完成。
          (4)PowerDesigner Physical Architect数据库模型设计工具。
          (5)PowerDynamo Web动态页面服务器。
          (6)JConnect JDBC(Java DataBase Connectivity,Java数据库互连)驱动器。
          (7)Sybase Central图形化管理工具。用于对数据库、移动用户和数据复制提供便利。
          Adaptive Server Anywhere嵌入式DBMS的主要特性如下:
          (1)支持多种操作系统。Adaptive Server Anywhere可支持多种常见的操作系统,同时,Adaptive Server Anywhere占用的资源很少,却具有强大的功能,包括参照完整性、存储过程、触发器、行级锁、自动的时间表和自动恢复功能等。
          (2)支持Java。Adaptive Server Anywhere全面支持Java技术,支持Java存储过程和数据类型,并且支持开发人员在数据库中创建和存储Java类,从而可以在服务器中实现复杂的商业应用。
          (3)支持Internet应用。SQL Anywhere Studio可以支持各种Internet标准,可以很好地利用已有的Web应用程序,一方面可以支持Web应用,另一方面可以将应用程序和数据信息在本地保存,使得通信断接时,移动用户仍可以运行应用程序。
          (4)支持多种应用程序接口。Adaptive Server Any where支持使用ODBC、JDBC、OpenClientTM、OLEDB和嵌入式开发数据库应用程序。通过技术,开发人员可以使用这些数据库接口对移动信息设备和智能电器进行数据访问。
          (5)易于管理。由于Adaptive Server Anywhere的自管理和自调优功能,所以系统很少需要DBA干预。图形化管理工具Sybase Central易于使用,可以方便地集中管理远程数据库和同步环境。SQLAnywhere Studio提供了企业系统和远程设备之间可伸缩的双向信息复制技术。
          (6)系统规模配置灵活。通常,DBMS和应用是分离的,即使应用只用到了DBMS的一部分功能,DBMS仍然包括了所有的功能模块,致使DBMS过于庞大。为此,开发应用时,先以Adaptive Server Anywhere为数据库开发平台开发应用程序,然后对应用分析,找出必需的功能模块,生成一个精简的DBMS,从而减少系统资源的占用。
 

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