嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)典型技術(shù)―SQLite和Berkeley

時(shí)間：2023-03-18 22:54:50 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)畢業(yè)論文我要投稿

相關(guān)推薦

摘要:與常見(jiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)相比，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)具有體積小、功能齊備、可移植性、健壯性等特點(diǎn)，本文分析和比較了典型的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite和BerkeleyDB。首先從體系結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)間調(diào)用關(guān)系、任務(wù)執(zhí)行過(guò)程等角度對(duì)SQLite和BerkeleyDB進(jìn)行了詳細(xì)分析，然后重點(diǎn)從數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)方式、模式、數(shù)據(jù)庫(kù)引擎和錯(cuò)誤處理及加密功能等方面討論了SQLite和BerkeleyDB的異同點(diǎn)，最后列舉了一個(gè)基于ARM—Linux的SQLite應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵詞:SQLite、BerkeleyDB、SQL、虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)引擎（VDBE）

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與其它學(xué)科間的不斷交融、滲透，數(shù)據(jù)庫(kù)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(zhǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已不能滿足針對(duì)性較強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需求。SOLite和Berkeley DB是目前應(yīng)用較廣泛、技術(shù)較穩(wěn)定的兩種嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)。然而，國(guó)內(nèi)對(duì)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的研究起步較晚，還沒(méi)能引起更多人的關(guān)注。更多人熟悉那些基于C/S或B/S結(jié)構(gòu)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索等功能。然而，在嵌入式系統(tǒng)中，由于軟硬件資源有限，不可能安裝龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，而用戶的需求可能由一個(gè)簡(jiǎn)單的基于磁盤文件的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)，這僅僅是利用了那些數(shù)據(jù)庫(kù)的基本特性。此時(shí)，對(duì)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的研究就顯得尤為重要了。

1嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)

嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)通常是與嵌入式操作系統(tǒng)及具體的應(yīng)用集成在一起，無(wú)需獨(dú)立運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，由程序直接調(diào)用相應(yīng)的API就可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存取操作。嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境決定了其數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)：

1、體積適當(dāng)

由于嵌入式系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，對(duì)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(kù)首先應(yīng)該保障的就是適當(dāng)?shù)捏w積。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)就是占用盡量少的ROM、RAM及CPU的資源。

2、功能齊備

嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，用戶需求決定了需要一個(gè)大小適中、功能齊備的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)

管理，這就使得開(kāi)發(fā)人員要采用一個(gè)能夠提供完備開(kāi)發(fā)文檔且易于開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。此外，

國(guó)家863項(xiàng)目2002AA714023，研究生精品課程資助05531451

在嵌入式設(shè)備中，數(shù)據(jù)庫(kù)的管理對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是透明的，這就要求此數(shù)據(jù)庫(kù)能夠自動(dòng)完成啟動(dòng)初始化、日志管理、數(shù)據(jù)壓縮、備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)等功能；而且嵌入式設(shè)備經(jīng)常有不可預(yù)料的硬復(fù)位，這就需要此數(shù)據(jù)庫(kù)有高度的健壯性。

3、可移植性

嵌入式系統(tǒng)的平臺(tái)種類繁多，因此嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)有一定的可移植性，以適用于不同的軟硬件平臺(tái)。

4、代碼開(kāi)源

開(kāi)源的代碼在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中不僅可以減少開(kāi)發(fā)成本，更重要的是為后期的維護(hù)完善和穩(wěn)定運(yùn)行都提供了最為徹底的解決方法。

2 SQLite

SQLite是D.理查德.希普用一個(gè)小型的C庫(kù)開(kāi)發(fā)的一種強(qiáng)有力的嵌入式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理體制。雖然功能較Berkeley DB稍顯遜色，但它簡(jiǎn)單易學(xué)、速度較快，同時(shí)提供了豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)接口，提供了對(duì)SQL92的大多數(shù)支持：支持多表和索引、事務(wù)、視圖、觸發(fā)和一系列的用戶接口及驅(qū)動(dòng)。

SQLite的體系結(jié)構(gòu)大體上可以分成八個(gè)主要的子系統(tǒng)，如圖1所示。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行的各種操作都是按照此順序，逐一執(zhí)行的。頂層是標(biāo)記處理器（tokenize）和分析器（parser）。SQLite有自己高度優(yōu)化的代碼生成器，可以快速、高效地生產(chǎn)出代碼。底部是經(jīng)過(guò)優(yōu)化的B樹(shù)，這樣有助于運(yùn)行在可調(diào)整的頁(yè)面緩沖上時(shí)，對(duì)磁盤的查找降低到最小。再往下是頁(yè)面高速緩存，它作用在OS的抽象層之上，這樣的體系結(jié)構(gòu)使數(shù)據(jù)庫(kù)的可移植性變?yōu)榭赡堋?/P>

該體系結(jié)構(gòu)的核心是虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)引擎（VDBE）。VDBE完成與數(shù)據(jù)操作相關(guān)的全部任務(wù)，并且是客戶和存儲(chǔ)之間信息交換的中間單元。從各個(gè)角度分析，它都是SQLite的核心。當(dāng)SQL語(yǔ)句被分析后，VDBE便開(kāi)始工作。代碼生成器將分析樹(shù)翻譯成一個(gè)袖珍程序，隨后這些袖珍程序又被組合成VDBE的虛擬機(jī)器語(yǔ)言表示的一系列指令。如此反復(fù)，VDBE執(zhí)行每條指令，最終完成SQL語(yǔ)句指定的查詢要求。

SQLite有以下特性：支持ACID事務(wù)、零配置―無(wú)需安裝和管理配置、存儲(chǔ)在單一磁盤文件中的一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)文件可以在不同字節(jié)順序的機(jī)器間自由共享、支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)大小至2TB、足夠小、全部源碼大致3萬(wàn)行C代碼，250KB、比目前流行的大多數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行速度快，提供了對(duì)事務(wù)功能和并發(fā)處理的支持、應(yīng)用Transaction既保證了數(shù)據(jù)的完整性，也會(huì)提高運(yùn)行速度，因?yàn)槎鄺l語(yǔ)句一起提交給數(shù)據(jù)庫(kù)的速度會(huì)比逐一提交的方式更快、獨(dú)立、沒(méi)有額外依賴。

3 Berkeley DB

Berkeley DB是由sleepycat software開(kāi)發(fā)的輕量級(jí)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，它不僅適用于嵌入式系統(tǒng)，而且可以直接連接到應(yīng)用程序內(nèi)部，和應(yīng)用程序運(yùn)行在同一地址空間。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)一般作為獨(dú)立服務(wù)器工作，而B(niǎo)erkeley DB是軟件開(kāi)發(fā)庫(kù)，開(kāi)發(fā)者將它嵌入到應(yīng)用程序中，應(yīng)用程序本身就是一個(gè)服務(wù)器，而只是利用嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)定制的數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯，避免了與應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)程間通信的開(kāi)銷，因此Berkeley DB具有較高的運(yùn)行效率，適用于資源受限的嵌入式系統(tǒng)。

一般而言，Berkeley DB數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以大致分為五個(gè)子系統(tǒng)，如圖2所示。

1、存取管理子系統(tǒng)（Access Methods）

該子系統(tǒng)為創(chuàng)建和訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)文件提供基本的支持。在沒(méi)有事務(wù)管理的情況下，該子系統(tǒng)中的模塊可單獨(dú)使用，為應(yīng)用程序提供快速高效的數(shù)據(jù)存取服務(wù)。

2、內(nèi)存池管理子系統(tǒng)（Memory Pool）

該子系統(tǒng)就是Berkeley DB所使用的通用共享內(nèi)存緩沖區(qū)，該子系統(tǒng)可以被應(yīng)用程序單獨(dú)使用。

3、事務(wù)子系統(tǒng)（Transaction）

該子系統(tǒng)為Berkekey DB提供事務(wù)管理功能，保證操作的原則性、一致性和孤立性。事務(wù)子系統(tǒng)適用于對(duì)需要事務(wù)保證的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的場(chǎng)合。

4、鎖子系統(tǒng)（Locking）

該子系統(tǒng)提供進(jìn)程之間以及進(jìn)程內(nèi)部的并發(fā)管理機(jī)制，為系統(tǒng)提供多用戶讀取和單用戶修改同一對(duì)象的共享控制。該子系統(tǒng)可以被應(yīng)用程序單獨(dú)使用。

5、日志子系統(tǒng)（Logging）

該子系統(tǒng)采用的是先寫日志的策略，支持事務(wù)子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，保證數(shù)據(jù)一致性。

4、SQLite與Berkeley DB的異同

通過(guò)上面的一些介紹，也許會(huì)對(duì)SQLite和Berkeley DB有了一定的了解。從目前的趨勢(shì)看，這兩款嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)有著旺盛的生命力，較好的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展空間。筆者翻閱了大量的資料，從各個(gè)角度，對(duì)它們的異同進(jìn)行了多方面，多層次的比較，如表1所示。

表1 SQLite與Berkeley DB的異同

特性