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嵌入式数据库管理系统的设计(修改稿)
嵌入式数据库管理系统的设计敖磊1
姜立秋2(1.大连理工大学城市学院计算机工程学院，辽宁大连，.大连理工大学城市学院计算机工程学院，辽宁大连，116600)摘要：关键词：嵌入式；数据库管理系统；存储管理；并发控制；事务处理
0 引言嵌入式数据库管理系统，也称为EDBMS，是由众多模块组成微型数据库管理系统。在设计EDBMS的时，可以依据各个模块主要功能、功能间的依赖关系以及在EDBMS总体层次结构中所处的位置，将其核心划分为三个部分：存储管理、并发控制以及事务处理 [1]。 1 存储功能的设计思路数据库系统一般存在三种模式，即内模式、外模式以及概念模式。EDBMS核心模块中的存储功能为这三种模式建立了很好的映射关系。主流的嵌入式操作系统如VxWorks，由于具有很强的文件系统功能，因此可以利用这个特点完成系统文件和数据文件在内外存之间的读写操作。另外，在分布式环境下还需要在EDBMS上实现有关网络通信功能的模块，可以称之为网络通信模块。当系统运行时，存储管理模块可能要判断某个数据是来自于某个通信端口还是来自于本系统中的FLASH。而网络通信模块可以通过建立一个统一的文件视图，在通信端口和内存间实现有效的映射，使存储模块不必关心某个数据文件的来源。存储管理功能的设计需要注意三个问题[2]：其一，无论用户还是某个应用进程，对数据库系统的操作一般包括数据的增、删、改、查、并归和排序等。在操作过程中，可能出现在内存中多次复制同样的记录的情况，这样会影响到系统的运行效率。因此可以完成一个能够在操作结果和文件之间建立映射关系的结构体――结果集。这个结构体的内容包括记录编号和文件FD。当应用程序需要访问数据时，该结构体会根据其中的内容从打开的文件中取出。其二，为了防止由于频繁的写FLASH造成EDBMS性能的下降，可以将页面中变动的内容暂存在内存中。该页就被内核标记为脏页，内核将会在合适的时间如系统空闲或退出时把脏页的数据写到FLASH中去。这样不仅可以提高系统的工作效率，还可以保持内存中的数据和FLASH中的数据是一致的。其三，EDBMS是通过逻辑/物理地址转换功能实现数据库的外模式。在系统中，用户数据文件是保存在内存中一片连续存储空间的二进制数值，而应用程序的操作对象是二维表，访问该数据记录时需使用表名、属性名和记录号。因此存储管理功能的逻辑/物理地址转换功能要根据数据文件中的头结构等参数完成结构体的字段。存储管理功能的工作流程如图1。
2 并发控制功能的设计思路进行并发事务处理的主要目的是为了保证事务处理的一致性和冲突解决的高效性。引起冲突的主要原因有两方面：第一是多个进程对同一个表项中的数据进行修改；第二是事务对数据先读后写造成的冲突。在EDBMS中，为了使进程间能够很好地通信，可以运用“锁策略”实现多个并行的事务并发读取同一个数据资源。即通过加锁的方法实现多个并行事务对同一个表进行读操作，但只能有一个事务对该表执行写操作的过程。这两个方面分别通过“共享锁”和“排他锁”完成。各个事务必须严格遵照“锁策略”的规则。锁的操作分为上升阶段和释放阶段。当一个事务运用“锁策略”向数据库提出操作请求时，EDBMS会产生，SubTransaction进程完成该操作。这个时候为上升阶段；在整个操作执行结束后，将释放该进程，这个时候为释放阶段。在并发处理功能中，如何解决死锁是十分重要的问题。因此在EDBMS中可以引入死锁检测机制。即首先认为所有事务的调度是串行的，不会产生死锁。每个等待死锁的事务上都给定一个时间戳。一旦有两个以上的锁节点上绝大部分的时戳超过了预设定的门限，既认为有死锁产生，即可通知监视模块，进行相关的处理。3 事务处理功能的设计思路事务处理功能是嵌入式数据库管理系统十分重要的组成部分。它的主要任务是调度、管理分布式数据库上运行的事务，负责子事务的初启与结束，并监督执行。事务的状态有四种，分别是开始事务、提交事务、回滚事务和事务恢复[3]。当用户的应用进程需要对数据库进行访问的时候，这样的操作必须在一个任务中进行。每个任务中必然会有一个事务管理的操作，其主要作用是保证对数据的安全访问。在事务开始时，必须申请事务将要用到的所有锁，当事务结束时，释放所有的锁。EDBMS事务处理功能要完成两个非常重要的工作。首先，它要接受通过函数调用或通过消息机制的事务请求，根据操作类型产生相应的事务管理进程。另外它还要按照可串行化调度的方法，依据系统表或用户数据表的不同，将每个具体的事务划分为若干“写”和“读”的序列。同时，对于写事务产生相应的日志机制并协调日志管理模块的动作。EDBMS产生的所有可并发的读事务和写事务，构成一个子事务空间，这些子事务访问文件视图(数据空间)完成整个事务的阶段性操作。这个过程同时受到并发控制模块的管理。事务处理功能的实现以及与其他功能模块的关系如下图所示：
图24 模块间的交互在嵌入式数据库管理系统中常见的功能模块包括初始化模块、异常处理模块、日志管理模块、备份还原模块、监视模块、网络通信模块以及上面提到的系统核心中的三个功能模块。模块之间的交互主要采用以下两种方式：借助消息队列发送控制消息和函数调用。借助消息队列发送控制信息主要应用在进程级模块间的交互，比如初始化模块和其他各模块间均采用这种方法进行控制信息转发,这是因为消息队列只在进程级的模块中使用。例如当系统启动的时候，初始化模块会通过消息队列发送INIT_ACK信号来同步各个模块的创建，并通知存储管理模块对系统和用户数据区进行初始化。此外异常处理模块也是通过消息队列接收各个模块的告警信息。在EDBMS内部，各个非进程级模块之间的交互一般采用函数调用的方法。比如说对于用户表的操作模块往往会调用其他的四个模块，因为对于用户表的操作可能需要其他数据的支持，诸如数据字典、索引文件等。此外，事务管理模块接受到用户请求后，也会调用操作支持单元的函数，创建相应的事务进程、子事务进程。还有，就是子事务在执行的过程中，如果出现文件尚未打开的情况，这时会调用存储功能模块的全局函数，实现对用户文件的I/O。[4]5 结束语
参考文献[1] 龚崇超.嵌入式系统开发与应用.科技资讯.):122-123.[2] 王金刚,宫霄霖,杨锡劢.基于VxWorks的嵌入式实时系统设计.北京：清华大学出版社,2004.[3] 刘伟群.嵌入式系统及其应用技术特点.湖南人文科技学院学报.):69-71.[4] 苗雪兰,刘瑞新,宋会群.数据库系统原理及应用教程.北京：机械工业出版社,2004.
The Design of the Embedded Database Management SystemAO Lei1, JIANG Liqiu2Abstract: This article has designed one kind of embedded database management system. It based on the mature database technology the specific characteristics for embedded devices, and achieved the data storage, organization and management on embedded database. Several key technologies designs and realized to the embedded database management system in has conducted the research. All these are of good reference value for the embedded database management system.Key Words: E Database Management S Storage M Control C Transaction P作者简介：敖磊（1979―），男，辽宁省沈阳市人，硕士学位，大连理工大学城市学院讲师，主要研究方向----计算机网络、嵌入式技术；姜立秋（1964―），女，辽宁省本溪市人，硕士学位，大连理工大学城市学院副教授，主要研究方向----计算机技术、嵌入式技术；
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数据库相关概念Review
发布时间： 14:45:32
编辑：www.fx114.net
本篇文章主要介绍了"数据库相关概念Review"，主要涉及到数据库相关概念Review方面的内容，对于数据库相关概念Review感兴趣的同学可以参考一下。
数据库相关概念Review
简述数据库系统体系结构的三级模式？
答： 三级模式分别是模式、外模式和内模式。
模式也称为逻辑模式或概念模式，是对数据库中的全部数据的逻辑结构和特征的描述，模式的定义要包含数据的逻辑结构，及数据之间的联系等。
外模式也称为用户模式或子模式，是数据库用户看到的局部数据结构和特征的描述，是数据的局部逻辑结构，外模式是模式的一部分，是从模式推导来的，一个概念模式可以有若干个外模式。
内模式又称为存储模式，该模式描述数据的物理结构、在存储介质上的存储方法和存取策略。
简述数据库系统体系结构的二级映射组成？
答： 在三级模式中，从外模式到内模式抽象层次的转换是由数据库管理系统所提供的两级映射功能实现的，即外模式 / 模式映射和模式 / 内模式映射。
外模式 / 模式映射用于定义外模式和概念模式之间的对应关系，这一映射使得当对概念模式进行修改时，只要修改外模式 / 模式映象，而外模式则尽可能保持不变，即概念模式的改变不影响外模式和应用程序，从而达到了数据的逻辑独立性。
模式 / 内模式映射定义了概念模式和内模式之间的对应性，即概念记录和内部记录间的对应性，当数据库的存储结构改变即修改内模式时，只要相应改变模式 / 内模式映象，而模式尽量保存不变，而对外模式和应用程序的影响则更小，从而实现了数据的物理独立性。
通过两级映射，简化了用户对数据库的操作，使得用户只需对数据库进行逻辑操作即可实现对数据库的物理操作，同时也有利于实现数据的安全性和保密性。
解释关系模型中的候选键和主键？
答： 候选键在关系中可以用来惟一地标识或区分一个元组的属性或属性组，称为候选键。主键是指从候选键中指定一个用来标识元组。
解释关系模型中的外部关键字？
答： 如果表中的一个字段不是本表的主关键字或候选关键字，而是另外一个表的主关键字或候选关键字，该字段（属性）称为外部关键字，简称外键。
解释关系模型中的主表和从表？
答： 主表和从表是指通过外键相联系的两个表，其中以外键作为主键的表称为主表，外键所在的表称为从表。
关系数据库的基本运算有哪些？
答： 关系数据库的基本运算有选择、投影和连接。
选择是从指定的关系中选择满足给定条件的元组组成新的关系的操作。
投影是从指定关系的属性集合中选取若干个属性组成新的关系。
联接是将两个关系中的元组按指定条件进行组合，生成一个新的关系。&
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《数据库及其应用》教材课后习题答案
来源：互联网 更新时间： 21:08:47 责任编辑：李志喜字体：
　　第1章 数据库系统的基本概念　　1. 数据处理的基本问题是数据的组织/存储/检索/维护/加工利用这些正是数据库系统所要解决的问题.　　2. 信息：是现实世界各种事物的存在特征、运动形态以及不同事物间的相互联系等诸要素在人脑中的抽象反映，进而形成抽象概念。信息源于客观事物，而后通过众加工处理再控制客观事物，从而达到认识世界、改造世界的目的。　　3. 人类社会活动的三大要素能源、物质、信息.　　4. 数据：本质上是对信息的一种符号化表示，即用一定的符号表示信息。符号是收人为而定，在计算机上通常使用0和1这两个符号。　　5. 信息与数据的关系：二者既有联系又有区别，数据是信息的载体，而信息是数据的内涵。同一信息可以有不同的数据表示形式;而同一数据也可能有不同的解释。数据处理本质上就是信息处理。　　6. 数据处理(过程)：当把信息表示成数据后，这些数据便被人们赋予了特定的含义，反映了现实世界事物的存在特性的变化状态。由于现实世界事物往往是相互关联的，基于这一事实，可以从已知数据出发，参照相关数据，进行加工计算，产生出一些新的数据。这新的数据又表示出新的信息，可以作为某种决策的依据。上述整个过程，就叫做数据处理。　　7. 数据管理：数据的收集、整理、组织、存储、查询、维护和传送等各种操作是数据处理的基本环节，是任何数据处理任务必有的共性部分。　　8. 数据管理技术发展的三个阶段：(1)自由管理阶段，50年代。本阶段的主要特点，1)数据不保存;2)程序与数据合在一起，因而数据没有独立性，程序没有弹性，要修改数据必须修改程序;3)程序员必须自己编程实现数据的存储结构、存取方法和输入输出，迫使程序员直接与物理设备打交道，加大了程序设计难度，编程效率低;4)数据面向应用，这意味着即使多个没程序用到相同数据，也得各自定义，数据不仅高度冗余，而且不能共享。(2)文件系统阶段，60年代。这一阶段特点，1)数据可长期保存在磁盘上;2)数据的物理结构与逻辑结构有了区别，两者之间由文件管理系统进行转换，而因程序与数据之间有物理上的独立性，即数据在存储上的改变不一定会影响到程序，这可使程序员不必过多地考虑数据存放地址，而把精力放在算法上;3)文件系统提供了数据存取方法，但当数据的物理结构改变时，仍需修改程序;4)数据不再发球某个特定程序，在一定程度上可以共享。缺陷，1)文件是面向特定用途设计的，有一个应用就有一个文件相对应。而程序员是基于文件编制的，导致程序仍然与文件相互依存。文件变动，程序就要修改;2)数据冗余大，文件之间缺乏联系，有可能造成同样数据在不同文件中重复存储;3)数据可能发生矛盾，同一数据出现在不同文件中，稍有不慎就可能造成同一数据在不同文件中不一样;4)数据联系弱，不同文件缺乏联系就不能反映现实世界事物之间的自然联系，这是文件方式最大的弊端。(3)数据库系统阶段，60年代后期。这一阶段的特点，1)数据结构化，数据库是存储在磁盘等外部直接存取设备中的数据集合，是按一定的数据结构组织起来的;2)数据共享，数据库中的数据是考虑所有用户的数据需求、面向整个系统组织的，不同用户所使用的数据可以重叠，同一部分数据也可为多用户共享;3)减少了数据冗余，在数据库方式下，用户所使用的数据库管理系统从数据库中映射出来的逻辑文件，它取自于数据库中的某个子集，并非独立存在，从而减少了数据冗余;4)有较高的数据独立性，数据独立是数据库技术努力追求的目标，其好处是数据存储方式的改变不会影响到应用程序;5)提供了用户接口，在数据库系统中，数据库管理系统作为用户与数据库的接口，提供了数据库定义、数据库运行、数据库维护和数据库安全性、完整性等控制功能，此外还支持某种程序设计语言，并没有专门的数据操作语言，为用户编程提供了方便。
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