嵌入式數(shù)據(jù)庫發(fā)展?fàn)顩r研究

嵌入式數(shù)據(jù)庫發(fā)展?fàn)顩r研究

　隨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的范圍更加深入和具體。那些僅適用于PC機(jī)、體積龐大、延時(shí)較長的數(shù)據(jù)庫技術(shù)已不能滿足針對性較強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的需求。而且隨著嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存和各種永久存儲(chǔ)介質(zhì)容量都在不斷增加，嵌入式系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)處理量會(huì)不斷增加，那么大量的數(shù)據(jù)如何處理問題變得非?，F(xiàn)實(shí)。一種全新的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品——嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

　　實(shí)時(shí)性是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)重要特性，一些專家將嵌入式系統(tǒng)稱為嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)庫的操作具有定時(shí)限制的特性，這里把應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(ERTDBS)。嵌入式數(shù)據(jù)庫的名稱來自其獨(dú)特的運(yùn)行模式。這種數(shù)據(jù)庫嵌入到了應(yīng)用程序進(jìn)程中，消除了與客戶機(jī)、服務(wù)器配置相關(guān)的開銷。嵌入式數(shù)據(jù)庫是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，也成為對越來越多的個(gè)性化應(yīng)用開發(fā)和管理而采用的一種必不可少的有效手段。

　　嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是近幾年才興起的一項(xiàng)新的數(shù)據(jù)管理技術(shù)。它以目前成熟的數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，針對嵌入式設(shè)備的具體特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)設(shè)備和嵌入式設(shè)備上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、組織和管理。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通常運(yùn)行在大型的計(jì)算設(shè)備上，隨著計(jì)算設(shè)備的日益小型化，數(shù)據(jù)庫的小型化也日益迫切。

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫在國外發(fā)展已有30多年的歷史，在國內(nèi)最近幾年才有了重視。在國內(nèi)外市場上近幾年比較活躍并且越來越受到廣泛重視和應(yīng)用的是商用級嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

　　嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫基本特性

　　首先看看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的特性：1)變化快;2)突發(fā)性強(qiáng);3)數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)化。

　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理對常規(guī)數(shù)據(jù)庫的挑戰(zhàn)：1)常規(guī)數(shù)據(jù)庫基于文件系統(tǒng)，速度慢;2)文件I/O、Buffer、Cache機(jī)制還引入文件操作不確定性;3)這些數(shù)據(jù)庫通常都是基于C/S架構(gòu)，導(dǎo)致進(jìn)程通信不確定性;4)尺寸通常不適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的需求。圖1表明了常規(guī)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)使用的歷程。

　嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的基本特性如下。

　　1. 嵌入性。嵌入式數(shù)據(jù)庫不僅可以嵌入到其他的軟件當(dāng)中，也可以嵌入到硬件設(shè)備當(dāng)中。由于嵌入式系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和程序的運(yùn)行都有較強(qiáng)的空間限制，所以嵌入式數(shù)據(jù)庫首先應(yīng)該保證適當(dāng)?shù)捏w積。并且由于 API 是根據(jù)用戶數(shù)據(jù)特征產(chǎn)生的，調(diào)用這些API就可以使用嵌入式數(shù)據(jù)庫管理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此，嵌入式數(shù)據(jù)庫可以天然地與用戶程序集成在一起。圖2所示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)。

　　2.實(shí)時(shí)性。嵌入式系統(tǒng)通常是緊湊系統(tǒng)，即小系統(tǒng)。對于大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需要管理，實(shí)時(shí)性和嵌入性是分不開的。只有具有了嵌入性的數(shù)據(jù)庫才能第一時(shí)間得到系統(tǒng)的資源，對系統(tǒng)的請求在第一時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)。但是，并不是具有嵌入性就一定具有實(shí)時(shí)性。要想嵌入式數(shù)據(jù)庫具有很好的實(shí)時(shí)性，必須做很多額外的工作。

　　如McObject公司的eXtremeDB 首先是一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，而后才是嵌入式數(shù)據(jù)庫。由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理對時(shí)間空間效率的要求非常高，完成同樣工作的資源要求更少。因此，在資源緊湊型系統(tǒng)中， 其優(yōu)點(diǎn)就顯示出來了。所以， eXtremeDB 開銷較小并與應(yīng)用程序天然集成實(shí)現(xiàn)嵌入，這并不意味著 eXtremeDB 只能管理小系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫是嵌入式的，但并不要求應(yīng)用系統(tǒng)是嵌入式的。應(yīng)用系統(tǒng)可以是嵌入式系統(tǒng)如手機(jī)、家庭網(wǎng)關(guān)、機(jī)頂盒、數(shù)字電視等，也可以是桌面系統(tǒng)或服務(wù)器系統(tǒng)如核心路由器、呼叫中心、金融交易系統(tǒng)等。

　　3.嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常作為嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件出現(xiàn)，系統(tǒng)常常在無人干預(yù)的情況下運(yùn)行，需要具備較高的可靠性。同時(shí)要求數(shù)據(jù)庫操作具備可預(yù)知性，而且系統(tǒng)的大小和性能也都必須是可預(yù)知的，這樣才能保證系統(tǒng)的性能。

　　4.從目前嵌入式應(yīng)用的發(fā)展趨勢來看，嵌入式數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)必須充分體現(xiàn)系統(tǒng)的可定制性，即系統(tǒng)選擇的技術(shù)路線要面向具體的行業(yè)應(yīng)用。

　　5. 跨平臺的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理方案。首先嵌入式場合硬件和軟件的平臺是千差萬別。所以嵌入式場合的數(shù)據(jù)庫必須能夠支持非常多的平臺，嵌入式系統(tǒng)的平臺種類繁多，因此嵌入式數(shù)據(jù)庫應(yīng)有一定的可移植性，以適用于不同的軟硬件平臺。

　最后，嵌入式數(shù)據(jù)庫和我們現(xiàn)在常見的企業(yè)級數(shù)據(jù)庫有很大的區(qū)別。雖然，從名字上看，二者有著太多的相似性，但卻有著本質(zhì)的根本性的區(qū)別。由于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行方式上與常見的企業(yè)級數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有很大差別，因此，傳統(tǒng)的企業(yè)數(shù)據(jù)庫如Oracle、Sybase等在實(shí)時(shí)嵌入式環(huán)境下很難發(fā)揮作用，尤其在一些實(shí)時(shí)性要求很高的控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫更顯得無能為力。

　　應(yīng)用領(lǐng)域

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫在國外30多年的歷史中以其優(yōu)越的性能，應(yīng)用于各行各業(yè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理中，在全球各個(gè)關(guān)鍵任務(wù)平臺中擔(dān)任重要角色。如圖3所示。

　　下面僅結(jié)合eXtremeDB嵌入式數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用情況，介紹一些應(yīng)用領(lǐng)域。

　　*消費(fèi)電子及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

　　目前在中國消費(fèi)類電子比較火熱，它包含的范圍也非常廣。如：個(gè)人消費(fèi)相關(guān)的PND(便攜式導(dǎo)航設(shè)備)、移動(dòng)電話、PDA、智能手機(jī)等;信息家電和智能辦公相關(guān)的機(jī)頂盒、家用多媒體盒、互聯(lián)網(wǎng)電視接收裝置。用戶可以通過智能手機(jī)、PDA等設(shè)備直接訪問企業(yè)后臺的相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)處理關(guān)鍵業(yè)務(wù)，以提升企業(yè)一線業(yè)務(wù)人員的工作效率。

　　*軍工和航空航天

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用于軍事、航空航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。

　　*工業(yè)控制

　　工業(yè)控制的基本方式是一個(gè)反饋的閉環(huán)或半閉環(huán)的控制方式。隨著工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展，簡單的數(shù)據(jù)采集方式和反饋方式基本上很難滿足要求。采用嵌入式數(shù)據(jù)庫即能夠進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)采集，也能夠快速地反饋。因此，在一些核電站監(jiān)控裝置、化學(xué)工廠系統(tǒng)監(jiān)控裝置、電話制造系統(tǒng)監(jiān)控裝置、汽車引擎監(jiān)控裝置及工業(yè)級機(jī)器人中有廣泛應(yīng)用。

　　此外，還有其它一些專門的移動(dòng)應(yīng)用，如鐵路交通控制系統(tǒng)、醫(yī)療電子等方面。嵌入式數(shù)據(jù)庫將隨著各種移動(dòng)設(shè)備、智能計(jì)算設(shè)備、嵌入式設(shè)備的發(fā)展而迅速發(fā)展。

　　未來趨勢

　　隨著嵌入式系統(tǒng)的擴(kuò)大，嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)不再像過去那樣幾個(gè)人就可以完成整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)，需要更多的人組成團(tuán)隊(duì)。嵌入式軟件的需求分析和品質(zhì)管理也變得越來越復(fù)雜，開發(fā)周期也逐漸拉長。為了解決這些問題，引進(jìn)第三方成熟的數(shù)據(jù)庫技術(shù)或解決方案變得非?，F(xiàn)實(shí)。專業(yè)的嵌入式數(shù)據(jù)庫廠商也逐漸進(jìn)入了人們的視野。

　　對于未來嵌入式數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢，美國McObject公司亞太區(qū)副總裁杜虎生先生認(rèn)為，“運(yùn)用成熟的嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以降低開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期，使開發(fā)者能夠?qū)⒏嗟木Ψ旁跇I(yè)務(wù)邏輯的處理上，而不用花大把的金錢和精力來處理數(shù)據(jù)，對整個(gè)社會(huì)的資源也是一種節(jié)約。”杜虎生先生還表示，嵌入式數(shù)據(jù)庫與各種硬件設(shè)備的廣泛結(jié)合，不僅能夠?qū)⑵髽I(yè)現(xiàn)有的信息以各種方式聯(lián)合起來。更重要的是，企業(yè)因此可以將更多的設(shè)備集成到企業(yè)IT系統(tǒng)中來加以利用和控制，這將是下一代嵌入式數(shù)據(jù)庫和下一代嵌入式系統(tǒng)所能夠帶來的利益。目前國內(nèi)許多嵌入式軟件技術(shù)人員經(jīng)過數(shù)據(jù)處理的困惑，經(jīng)過開源的摸索和自主開發(fā)的嘗試，許多開發(fā)者正逐漸意識到商用數(shù)據(jù)庫的必要性。

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫將會(huì)使人們希望隨時(shí)隨地存取任意數(shù)據(jù)信息的愿望成為現(xiàn)實(shí)，嵌入式數(shù)據(jù)庫將無處不在。