（计算机软件与理论专业论文）嵌入式数据库管理系统研究与实现(1).pdf

a b s t r a c t e m b e d d e dd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mi san e wt e c h n o l o g y d e v e l o p e di n r e c e n ty e a r s i ti m p l e m e n t st h ec o n v e n i e n ta n du n i f i e dd a t am a n a g e m e n to nm o b i l e d e v i c e sa n de m b e d d e dd e v i c e s ，d e p e n d i n go nt h e t e c h n o l o g y o ft h et r a d i t i o n a l c o m m o nd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e ma n do nt h ed e t a i lf e a t u r e so ft h ee m b e d d e d e n v i r o n m e n t i nt h e s u b j e c t ，w ed e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d a ne m b e d d e dd a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e me d b ( e a s ed a t a b a s e ) t om a n a g et h ed a t ao fp d a ( p e r s o n a l d i g i t a la s s i s t a n t ) u n i f o r m l y w i t ht h eh e l po f t h ee d b ，u s e r sc a l ld e s i g nt h ep i m ( p e r s o n a l i n f o r m m i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) o fp d at o m a n a g et h e b u s i n e s sa n d p r i v a t ed a t a ( s u c ha sb u s i n e s sc a r d s ，m e m o ，t r i pp l a n ，e t c ) c o n v e n i e n t l y n eo p e r a t i o n s o f t h ed a t as u c ha si n d e x ，s o r t ，t a b l em e r g ee t ca r ea l s ov e r yc o n v e n i e n t e d b s y s t e mw a sd e s i g n e db ym o d u l ea n dh i e r a r c h y a c c o r d i n gt h el e v e lo f o p e r a t i o n t h es y s t e m c a l lb ed i v i d e db yi n t e r f a c el a y e r 、e n g i n e l a y e r 、a c c e s sl a y e r 、 s e r v i c el a y e ra n ds t o r el a y e r b e s i d e st h ec o m m o nf u n c t i o n so f c r e a t i n g 、d e l e t i n g t a b l e 、i n s e r t i n g 、d e l e t i n g 、u p d a t i n gr e c o r d , d o i n gq u e r y , e t c ，t h es y s t e mh a ss o m e p e r f e c tf e a t u r e ss u c ha s s m a l lf o o t _ p r i n ks i z es c a l a b l e ，m u l t ip l a tf o r m ，r o b u s ta n d c o n v e n i e n t a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g i n t e r f a c e ，e t c n l i s p a p e rm a i n l y d i s c u s st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h ee d b s y s t e m i t h a s6c h a p t e r s w h a tw e m a i n l y d i s c u s s e di n c h a p t e r la r c ：t h e n e c e s s i t y o fu s i n gt h e e d b m s ( e m b e d d e d d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) t os t o r ea n dm a n a g et h ed a t ai n t h ee m b e d d e dd e v i c e ；t h ef e a t u r e so fe d b m s ；t h ep r e s e n ts t a t u so ft h ed e v e l o p m e n t i nt h ea r e ao f e d b m s d o m e s t i c a l l ya n d a b r o a d t h em a i nc o n t e n t si nc h a p t e r2a r et h er e q u i r e m e n t 、o p e r a t i n ge n v i r o n m e n ta n d d e v e l o p i n ge n v i r o n m e n to f t h ee d b s y s t e m n ep o s i t i o no ft h ee d b i nt h ew h o l e s y s t e ma n d t h ep r o c e s so f s y s t e md e v e l o p m e n t a r ea l s oi n t r o d u c e di nt h i sc h a p t e r i nc h a p t e r3 , w ed i s c u s st h et o t a ls y s t e md e s i g n t h ec o n t e n t sa r ei n c l u d i n gt h e d e s i g no fs y s t e ma r c h i t e c t u r e ，t h es y s t e mc a l lw h i c h i to f f e r sa n dd e p e n d so n ，t h e w o r k i n gd i r e c t o r yo r g a n i z a t i o no f t h es y s t e m a n dt h ed a t at y p ew h i c hi ts u p p o r t s i nc h a p t e r4 , w ed i s c u s st h ep r o c e s so ft h es y s t e md e s i g ni nd e t a i l t h ec o n t e n t s a r ei n c l u d i n gt h el o g i c a lf o r m a to fv a r i o u st a b l ef i l e ，s o m ei m p o r t a n td a t as t r u c t u r e a n dm a c r od e f i n i t i o n a n dw ea l s o g i v e s o m ef l o w p r o c e s sd i a g r a m s o ft h e a p l ( a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ) o f t h es y s t e m i i i nc h a p t e r5 ，w ed i s c u s ss e v e r a l p r o b l e m so ft h es y s t e m ，i n c l u d i n gs y s t e m e f f i c i e n c y , s y s t e mr o b u s t ，e i c t h e c h a p t e r6 i st h es u m m a r i z a t i o no ft h ep a p e r w e p o i n to u t t h ep r e s e n ts t a t u s o f e d b s y s t e ma n d s o m e a s p e c t so f i tn e e d t oi m p r o v e t h el a s tp a r t so f t h e p a p e r a r es o m eu s e f u la p p e n d i x e so f t h e s y s t e m k e y w o r d s ：e m b e d d e d ，d a t am a n a g e m e m ，d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，d b m s j i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 月吱。日 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 堡盟斟馅 日期：。弓年a 月j n 日 电子科技大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 为什么需要嵌入式数据库管理系统 随着科技的发展和社会的进步，嵌入式计算机系统获得了越来越广泛的应 用。在办公自动化领域，消费领域，通信领域，工业控制领域和军事领域等等领 域中，都可以见到嵌入式系统的影子。尤其是在办公自动化、消费电子和通信领 域中，可以说嵌入式系统应用得非常普遍，如用于计算机外设设备( 如打印机、 磁盘驱动器等) ，洗衣机、微波炉等家用电器，手机、p d a ( 个人数字助理) 、数 码相机等个人设备等等。 在这许许多多的嵌入式应用中，很多应用都存在着对设备中的数据的管理 问题。在系统需处理的数据量不大的情况下，数据的管理还比较容易，当系统数 据量增大到一定规模，一般系统中都将采用文件系统来进行管理。在文件系统中， 数据按其内容、结构和用途组成一系列命名的文件，用户可以通过操作系统对文 件进行打开、读、写、定位和关闭等操作。应该说嵌入式文件系统的应用很大程 度上方便了嵌入式系统中对数据的管理。但文件系统也存在一些明显的缺点，比 如说： 对应用程序编写者来说使用很不方便。应用程序的设计者必须对应用程序 所使用的文件的逻辑和物理结构有清楚的了解。嵌入式文件系统只提供文件打 开、关闭、读、写等一些低级的文件操作命令，对文件的查询、修改等数据处理 都必须在应用程序内解决。不仅如此，类似对数据排序这一类操作，在应用程序 中解决起来都非常的麻烦。 应用程序的维护工作量很大。因为应用程序的工作是直接建立在文件的基 础上的，对文件过分依赖，所以文件结构的每一次修改都将导致应用程序的修改。 我们知道，修改程序是很费时费力的事情，如果修改者不是程序的原始设计者， 则情况变得更加严峻。修改者不仅要花费很多时间来熟悉原有的程序，而且还要 保证修改后不会引起不应该有的副作用。 数据管理不规范。由于数据缺少统一管理，在数据的结构、编码、表示格 式、命名以及输出格式等方面不容易做到规范化、标准化；在数据的安全和保密 方面，也难以采取有效的措施。 针对直接使用嵌入式文件系统的上述缺点，参照个人计算机领域中数据库 管理系统( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，简称d b m s ) 的成功经验，人们希望在 嵌入式领域的数据管理中也能用上数据库管理系统。由数据库管理系统来统一管 理数据，应用程序不必直接介入诸如打开、关闭、读、写文件等低级操作，用户 电子科技大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 为什么需要嵌入式数据库管理系统 随着科技的发展和社会的进步，嵌入式计算机系统获得了越来越广泛的应 用。在办公自动化领域，消费领域，通信领域，工业控制领域和军事领域等等领 域中，都可以见到嵌入式系统的影子。尤其是在办公自动化、消费电子和通信领 域中，可以说嵌入式系统应用得非常普遍，如用于计算机外设设备( 如打印机、 磁盘驱动器等) ，洗衣机、微波炉等家用电器，手机、p d a ( 个人数字助理) 、数 码相机等个人设备等等。 在这许许多多的嵌入式应用中，很多应用都存在着对设备中的数据的管理 问题。在系统需处理的数据量不大的情况下，数据的管理还比较容易，当系统数 据量增大到一定规模，一般系统中都将采用文件系统来进行管理。在文件系统中， 数据按其内容、结构和用途组成一系列命名的文件，用户可以通过操作系统对文 件进行打开、读、写、定位和关闭等操作。应该说嵌入式文件系统的应用很大程 度上方便了嵌入式系统中对数据的管理。但文件系统也存在一些明显的缺点，比 如说： 对应用程序编写者来说使用很不方便。应用程序的设计者必须对应用程序 所使用的文件的逻辑和物理结构有清楚的了解。嵌入式文件系统只提供文件打 开、关闭、读、写等一些低级的文件操作命令，对文件的查询、修改等数据处理 都必须在应用程序内解决。不仅如此，类似对数据排序这一类操作，在应用程序 中解决起来都非常的麻烦。 应用程序的维护工作量很大。因为应用程序的工作是直接建立在文件的基 础上的，对文件过分依赖，所以文件结构的每一次修改都将导致应用程序的修改。 我们知道，修改程序是很费时费力的事情，如果修改者不是程序的原始设计者， 则情况变得更加严峻。修改者不仅要花费很多时间来熟悉原有的程序，而且还要 保证修改后不会引起不应该有的副作用。 数据管理不规范。由于数据缺少统一管理，在数据的结构、编码、表示格 式、命名以及输出格式等方面不容易做到规范化、标准化；在数据的安全和保密 方面，也难以采取有效的措施。 针对直接使用嵌入式文件系统的上述缺点，参照个人计算机领域中数据库 管理系统( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，简称d b m s ) 的成功经验，人们希望在 嵌入式领域的数据管理中也能用上数据库管理系统。由数据库管理系统来统一管 理数据，应用程序不必直接介入诸如打开、关闭、读、写文件等低级操作，用户 电子科技大学硕士学位论文 也不必关心数据存储和其他实现的细节，可以在更高的抽象级别上观察和访问数 据。随着计算机硬件技术的迅速发展，嵌入式计算机系统处理速度和存储容量都 得到巨大提高，这无疑为嵌入式数据库管理系统的应用奠定了良好的物质基础。 仅仅有了技术上的可行性还不够，还需要有现实的需求。随着应用向着分 散化、小型化的方向延伸，智能的网络设备( 交换机、路由器) 、p d a 、s m a r t p h o n e 、 信息家电等设备越来越多地走进了我们的生活，我们也已经越来越离不开它们 了。类似这些对信息量要求不丈，可以方便存取数据的环境中都需要一个小的数 据库管理系统来管理本地的信息，这就有了嵌入式数据库的需求。毫无疑问，伴 随着嵌入式市场的蓬勃发展，会有越来越多的嵌入式设备希望得到嵌入式数据库 管理系统的支持，进行数据的统一管理。在强大的市场需求下，如果能开发出一 个优秀的嵌入式数据库管理系统软件，无疑具有巨大的社会效益和经济效益。 1 2 嵌入式数据库管理系统的特点 要理解嵌入式数据库管理系统的特点，首先需要很好地理解嵌入式系统的 特点：嵌入式系统通常都是面向特定应用的；嵌入式系统是将先进的计算机技术、 半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了 它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统；嵌入 式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的 硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争 力；为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器 芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 从上述嵌入式系统的特点可以看出，作为嵌入式系统中一个软件中间件的 嵌入式数据库管理系统，也必然受到嵌入式系统速度、资源以及应用等各方面因 素的制约。当然，嵌入式数据库管理系统本质上是由通用数据库管理系统发展而 来，它也可以是层次、网状或是关系型的数据库，甚至也可以是面向对象式的， 但我们应该清楚，嵌入式数据库管理系统和通用型数据库管理系统在运行环境、 应用领域等许多方面都是不一样的，所以，不能简单地把嵌入式数据库管理系统 看成是通用数据库管理系统在嵌入式设备上的缩微版。概括地说，嵌入式数据库 管理系统具有以下特点： 系统可利用的资源紧缺，硬件速度慢 嵌入式软件的运行环境是比较差的，较慢的c p u 和总线速度，小容量的 r a m 和r o m ，都对嵌入式数据库管理系统的设计产生了很大的影响。要保证在 有限的资源下，系统能正常运转，就必须对系统的资源使用进行认真的控制；要 尽量提高系统的运行速度，就必须对系统耗时多的操作所使用的算法进行精心的 电子科技大学硕士学位论文 也不必关心数据存储和其他实现的细节，可以在更高的抽象级别上观察和访问数 据。随着计算机硬件技术的迅速发展，嵌入式计算机系统处理速度和存储容量都 得到巨大提高，这无疑为嵌入式数据库管理系统的应用奠定了良好的物质基础。 仅仅有了技术上的可行性还不够，还需要有现实的需求。随着应用向着分 散化、小型化的方向延伸，智能的网络设备( 交换机、路由器) 、p d a 、s m a r t p h o n e 、 信息家电等设备越来越多地走进了我们的生活，我们也已经越来越离不开它们 了。类似这些对信息量要求不丈，可以方便存取数据的环境中都需要一个小的数 据库管理系统来管理本地的信息，这就有了嵌入式数据库的需求。毫无疑问，伴 随着嵌入式市场的蓬勃发展，会有越来越多的嵌入式设备希望得到嵌入式数据库 管理系统的支持，进行数据的统一管理。在强大的市场需求下，如果能开发出一 个优秀的嵌入式数据库管理系统软件，无疑具有巨大的社会效益和经济效益。 1 2 嵌入式数据库管理系统的特点 要理解嵌入式数据库管理系统的特点，首先需要很好地理解嵌入式系统的 特点：嵌入式系统通常都是面向特定应用的；嵌入式系统是将先进的计算机技术、 半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了 它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统；嵌入 式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的 硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争 力；为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器 芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 从上述嵌入式系统的特点可以看出，作为嵌入式系统中一个软件中间件的 嵌入式数据库管理系统，也必然受到嵌入式系统速度、资源以及应用等各方面因 素的制约。当然，嵌入式数据库管理系统本质上是由通用数据库管理系统发展而 来，它也可以是层次、网状或是关系型的数据库，甚至也可以是面向对象式的， 但我们应该清楚，嵌入式数据库管理系统和通用型数据库管理系统在运行环境、 应用领域等许多方面都是不一样的，所以，不能简单地把嵌入式数据库管理系统 看成是通用数据库管理系统在嵌入式设备上的缩微版。概括地说，嵌入式数据库 管理系统具有以下特点： 系统可利用的资源紧缺，硬件速度慢 嵌入式软件的运行环境是比较差的，较慢的c p u 和总线速度，小容量的 r a m 和r o m ，都对嵌入式数据库管理系统的设计产生了很大的影响。要保证在 有限的资源下，系统能正常运转，就必须对系统的资源使用进行认真的控制；要 尽量提高系统的运行速度，就必须对系统耗时多的操作所使用的算法进行精心的 电子科技大学硕士学位论文 设计，尽量消除系统的性能瓶颈。 可靠性、可管理性和安全性 由于嵌入式数据库管理系统是运行在嵌入式设备上，所以它的运行基本上 不需要人的参与。这就对系统的可靠性和安全性提出了比较高的要求，并且系统 要能够实现零管理。 平台无关性 在嵌入式领域，硬件平台和嵌入式实时操作系统( e m b e d d e dr e a lt i m e o p e r a t i n gs y s t e m ，e r t o s ) 可谓种类繁多，而每一种嵌入式应用都是运行在具 体的硬、软件平台上的。嵌入式数据库管理系统的设计必须做到和e r t o s 和底 层的支撑软件之间的接口尽量简单，这样才有利于系统的移植，做到平台无关性。 1 3 嵌入式数据库管理系统设计面临的挑战 嵌入式数据库管理系统已经越来越多她应用在各种嵌入式应用场合里，比 如在手持设备上的个人信息管理( p e r s o n a li n f o r m a t i o i lm a n a g e m e n t ，p i m ) 上就 应用的比较普遍。要设计出一个好的嵌入式数据库管理系统，还是面临着许多挑 战。 通用型数据库系统的配置和管理历来都是比较复杂的，需要比较多的数据 库领域的专业知识。在嵌入式应用中，任务往往比较简单，操作系统、数据库管 理系统以及应用程序往往是绑定在一起的，这样，在系统运行过程中的数据库管 理通常是不可行的。也就是说，应该使得数据库系统的运行和管理对用户来说是 透明的。当然，系统在运行过程中，可能会由于各种异常原因，导致系统失去正 常的运行状态，比如说由于系统硬件复位导致的重启动，或者说意外的断电等等， 在这些情况下，数据库系统应该能够在没有管理员干预的情况下，自动恢复到某 一个一致的状态。 除了易维护和健壮性之外，嵌入式数据库系统要求的小巧性也是显而易见 的。系统资源的紧张决定了我们必须精心地设计软件的每一部分，使得在有限的 系统条件下，最后完成的系统既能满足功能的需求，又能满足性能的需求。 对于嵌入式数据库系统来说，一般所需完成的任务都比较简单，因此，在 易维护、健壮性和小巧性这三个指标里面，关键的是健壮性和易维护性。用户希 望能够轻松地使用设备，并希望设备中的数据是正确的，可以信任的。 传统的数据库管理系统普遍支持o d b c 和s q l 界面，但这样会显著增加 系统空间和时间上的开销。在嵌入式数据库应用中，其实很少会用到复杂的查询， 能够针对具体应用完成用户提出的任务比支持通用的查询界面更重要。这也是设 计时需要考虑的问题。 电子科技大学硕士学位论文 设计，尽量消除系统的性能瓶颈。 可靠性、可管理性和安全性 由于嵌入式数据库管理系统是运行在嵌入式设备上，所以它的运行基本上 不需要人的参与。这就对系统的可靠性和安全性提出了比较高的要求，并且系统 要能够实现零管理。 平台无关性 在嵌入式领域，硬件平台和嵌入式实时操作系统( e m b e d d e dr e a lt i m e o p e r a t i n gs y s t e m ，e r t o s ) 可谓种类繁多，而每一种嵌入式应用都是运行在具 体的硬、软件平台上的。嵌入式数据库管理系统的设计必须做到和e r t o s 和底 层的支撑软件之间的接口尽量简单，这样才有利于系统的移植，做到平台无关性。 1 3 嵌入式数据库管理系统设计面临的挑战 嵌入式数据库管理系统已经越来越多她应用在各种嵌入式应用场合里，比 如在手持设备上的个人信息管理( p e r s o n a li n f o r m a t i o i lm a n a g e m e n t ，p i m ) 上就 应用的比较普遍。要设计出一个好的嵌入式数据库管理系统，还是面临着许多挑 战。 通用型数据库系统的配置和管理历来都是比较复杂的，需要比较多的数据 库领域的专业知识。在嵌入式应用中，任务往往比较简单，操作系统、数据库管 理系统以及应用程序往往是绑定在一起的，这样，在系统运行过程中的数据库管 理通常是不可行的。也就是说，应该使得数据库系统的运行和管理对用户来说是 透明的。当然，系统在运行过程中，可能会由于各种异常原因，导致系统失去正 常的运行状态，比如说由于系统硬件复位导致的重启动，或者说意外的断电等等， 在这些情况下，数据库系统应该能够在没有管理员干预的情况下，自动恢复到某 一个一致的状态。 除了易维护和健壮性之外，嵌入式数据库系统要求的小巧性也是显而易见 的。系统资源的紧张决定了我们必须精心地设计软件的每一部分，使得在有限的 系统条件下，最后完成的系统既能满足功能的需求，又能满足性能的需求。 对于嵌入式数据库系统来说，一般所需完成的任务都比较简单，因此，在 易维护、健壮性和小巧性这三个指标里面，关键的是健壮性和易维护性。用户希 望能够轻松地使用设备，并希望设备中的数据是正确的，可以信任的。 传统的数据库管理系统普遍支持o d b c 和s q l 界面，但这样会显著增加 系统空间和时间上的开销。在嵌入式数据库应用中，其实很少会用到复杂的查询， 能够针对具体应用完成用户提出的任务比支持通用的查询界面更重要。这也是设 计时需要考虑的问题。 电子科技大学硕士学位论文 此外，设计时系统的良好体系结构的建立，系统可剪裁、可配置，系统的 实时性，以及系统如何实现对多任务的支持，都是需要重点考虑的问题。 1 4 当前国内外发展现状 嵌入式数据库在移动计算平台( 如h p c 、p d a ) 、家庭信息环境( 如机顶盒 和数字电视) 、通讯计算平台、电子商务平台( 如智能卡应用) 等领域得到广泛 的应用。正是基于这一事实，各国研究机构纷纷展开了对嵌入式移动数据库的研 究，各大数据库厂商也将开发相应主打数据库系统的嵌入式移动数据库系统作为 一个重要的发展方向。 - 在国外，i b m 公司在d b 2 通用数据库中推出了i b md b 2s a t e l l i t e 和 e v e r y p l a c e 版本，它所提供的移动计算功能使移动办公用户获得了与企业数据保 持同步的能力。员工能够随时进入企业的系统查询最新的产品清单或客户信息， 并可完成下订单或销售等交易。o r a c l e 的o r a c l el i t e 版本现在也可运行在低端及 w i n c e 、p a l m 等平台之上，提供了一整套开发、提交和中央化管理的工具，并 可以和o r a c l e 的桌面数据库保持同步，可以满足移动和嵌入式应用的需求。微 软的s q l s e r v e r7 0 也可为用户提供包括业务运营、移动计算、电子商务在内的 可伸缩的商业解决方案。同时i n f o r m i x 公司也由麾下的c l o u d s c a p e 公司推出了 其移动解决方案旗舰产品的最新版本c l o u d s c a p e3 0 ，可以对包括从服务器到笔 记本电脑，甚至到轻型信息设备，进行数据管理。而作为移动计算的市场领先者 s y b a s e 公司多年前就敏锐地预见到计算设备小型化的发展趋势，投入了大量的人 员和资金对小型数据库进行研究与开发工作，并且在全球最早推出了移动与嵌入 数据库产品包s y b a s es q la n y w h e r es t u d i o 。s y b a s e 在移动数据库市场连续多 年占据行业的领先地位。它的重要特性之一就是实现了多种客户端系统( 包括 p c 、便携机、手持和智能设备) 到标准的后台企业数据库系统的数据双向同步。 它通过u l t r a l i t e ，利用提交选项和m o b i l i n k 同步技术把企业数据扩展到p o s 终 端、手持设备、智能应用和嵌入系统中。根据u l t r a l i t e 提交选项为客户端系统 定制数据库应用，使得最小应用可小至5 0 k 。 在国内，面对着嵌入式数据管理领域新的市场需求，东北大学软件中心凭 借着多年积累的数据库系统和嵌入式系统的开发经验，在大型数据库管理系统 o p e n b a s e 的基础上，研制开发了嵌入式数据库管理系统o p e n b a s em i n i 。北 京人大金仓信息技术有限公司也凭借其强大的研发实力，推出了具有自主知识版 权的小金灵嵌入式移动关系数据库系统k i n g b a s el i t e 。还有国内其他一些研究机 构和公司已经推出了自己的嵌入式数据库系统或者正在进行着这方面的研究工 作。 电子科技大学硕士学位论文 此外，设计时系统的良好体系结构的建立，系统可剪裁、可配置，系统的 实时性，以及系统如何实现对多任务的支持，都是需要重点考虑的问题。 1 4 当前国内外发展现状 嵌入式数据库在移动计算平台( 如h p c 、p d a ) 、家庭信息环境( 如机顶盒 和数字电视) 、通讯计算平台、电子商务平台( 如智能卡应用) 等领域得到广泛 的应用。正是基于这一事实，各国研究机构纷纷展开了对嵌入式移动数据库的研 究，各大数据库厂商也将开发相应主打数据库系统的嵌入式移动数据库系统作为 一个重要的发展方向。 - 在国外，i b m 公司在d b 2 通用数据库中推出了i b md b 2s a t e l l i t e 和 e v e r y p l a c e 版本，它所提供的移动计算功能使移动办公用户获得了与企业数据保 持同步的能力。员工能够随时进入企业的系统查询最新的产品清单或客户信息， 并可完成下订单或销售等交易。o r a c l e 的o r a c l el i t e 版本现在也可运行在低端及 w i n c e 、p a l m 等平台之上，提供了一整套开发、提交和中央化管理的工具，并 可以和o r a c l e 的桌面数据库保持同步，可以满足移动和嵌入式应用的需求。微 软的s q l s e r v e r7 0 也可为用户提供包括业务运营、移动计算、电子商务在内的 可伸缩的商业解决方案。同时i n f o r m i x 公司也由麾下的c l o u d s c a p e 公司推出了 其移动解决方案旗舰产品的最新版本c l o u d s c a p e3 0 ，可以对包括从服务器到笔 记本电脑，甚至到轻型信息设备，进行数据管理。而作为移动计算的市场领先者 s y b a s e 公司多年前就敏锐地预见到计算设备小型化的发展趋势，投入了大量的人 员和资金对小型数据库进行研究与开发工作，并且在全球最早推出了移动与嵌入 数据库产品包s y b a s es q la n y w h e r es t u d i o 。s y b a s e 在移动数据库市场连续多 年占据行业的领先地位。它的重要特性之一就是实现了多种客户端系统( 包括 p c 、便携机、手持和智能设备) 到标准的后台企业数据库系统的数据双向同步。 它通过u l t r a l i t e ，利用提交选项和m o b i l i n k 同步技术把企业数据扩展到p o s 终 端、手持设备、智能应用和嵌入系统中。根据u l t r a l i t e 提交选项为客户端系统 定制数据库应用，使得最小应用可小至5 0 k 。 在国内，面对着嵌入式数据管理领域新的市场需求，东北大学软件中心凭 借着多年积累的数据库系统和嵌入式系统的开发经验，在大型数据库管理系统 o p e n b a s e 的基础上，研制开发了嵌入式数据库管理系统o p e n b a s em i n i 。北 京人大金仓信息技术有限公司也凭借其强大的研发实力，推出了具有自主知识版 权的小金灵嵌入式移动关系数据库系统k i n g b a s el i t e 。还有国内其他一些研究机 构和公司已经推出了自己的嵌入式数据库系统或者正在进行着这方面的研究工 作。 电子科技大学硕士学位论文 以上这些嵌入式数据库系统在功能和性能上具有一定的共性，比如说一般 对资源要求较低，占用内存空间较小，从几十k 到几百k 不等：支持c 编程接 口和标准s q l 子集的开发接口；支持o d b c 或j d b c ，能与支持其标准的任意 数据库交换数据；支持双向数据交换能力，实现了中央数据库与嵌入式数据库间 的数据双向流动等。但这些数据库系统也有各自不同的特点。鉴于嵌入式领域的 特点，对嵌入式数据库产品还很难形成统一的标准，对嵌入式数据库管理系统的 研究，也还有很多工作要做。 1 5 本课题来源和论文内容安排 本课题来自北京科银京成技术有限公司与某外资企业的合作研发项目嵌入 式操作系统及其配套仿真环境中的数据管理部分的内容。课题目标是开发出一 个嵌入式的关系型数据库管理系统软件模块，为手持设备( p d a ，p d a 寻呼机， p d a 手机等) 、多媒体产品( 数码相机，m p 3 播放器，机顶盒等) 、网络产品( 调 制解调器，路由器，交换机等) 、p c 周边产品( 打印机，扫描仪等) 上的信息管 理提供有力的支持。 本文内容安排如下： 第一章是引言，主要讨论了在嵌入式设备中应用嵌入式数据库管理系统来 存储和管理数据的必要性；嵌入式数据库管理系统的特点；并概要介绍了目前国 内外在嵌入式数据库领域的研究与发展现状。 第二章概要地介绍了e d b 系统，主要内容包括系统的总体需求，运行环境， 开发环境，本系统模块在整个大的软件系统环境中所处的位置以及系统的开发过 程。 第三章介绍了系统的总体设计。内容主要包括系统的体系结构设计，系统 向上提供的系统调用和向下依赖的系统调用，系统的工作目录组织以及系统支持 的数据类型等。 第四章中，详细介绍了系统的设计过程。内容包括系统中各种表文件的存 储格式介绍，系统核心数据结构的介绍，系统一些重要的宏定义介绍，并用较大 篇幅描述了系统中一些基本a p l ( a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ) 的算法流程。 第五章中对系统中一些重要的情况做了补充说明，包括对系统效率、系统 健壮性等方面的考虑。 第六章是全文总结。总结了e d b 系统的现状、特色，并指出了今后系统有 待进一步发展的地方。 文章最后给出了与系统有关的一些有意义的附录。 电子科技大学硕士学位论文 以上这些嵌入式数据库系统在功能和性能上具有一定的共性，比如说一般 对资源要求较低，占用内存空间较小，从几十k 到几百k 不等：支持c 编程接 口和标准s q l 子集的开发接口；支持o d b c 或j d b c ，能与支持其标准的任意 数据库交换数据；支持双向数据交换能力，实现了中央数据库与嵌入式数据库间 的数据双向流动等。但这些数据库系统也有各自不同的特点。鉴于嵌入式领域的 特点，对嵌入式数据库产品还很难形成统一的标准，对嵌入式数据库管理系统的 研究，也还有很多工作要做。 1 5 本课题来源和论文内容安排 本课题来自北京科银京成技术有限公司与某外资企业的合作研发项目嵌入 式操作系统及其配套仿真环境中的数据管理部分的内容。课题目标是开发出一 个嵌入式的关系型数据库管理系统软件模块，为手持设备( p d a ，p d a 寻呼机， p d a 手机等) 、多媒体产品( 数码相机，m p 3 播放器，机顶盒等) 、网络产品( 调 制解调器，路由器，交换机等) 、p c 周边产品( 打印机，扫描仪等) 上的信息管 理提供有力的支持。 本文内容安排如下： 第一章是引言，主要讨论了在嵌入式设备中应用嵌入式数据库管理系统来 存储和管理数据的必要性；嵌入式数据库管理系统的特点；并概要介绍了目前国 内外在嵌入式数据库领域的研究与发展现状。 第二章概要地介绍了e d b 系统，主要内容包括系统的总体需求，运行环境， 开发环境，本系统模块在整个大的软件系统环境中所处的位置以及系统的开发过 程。 第三章介绍了系统的总体设计。内容主要包括系统的体系结构设计，系统 向上提供的系统调用和向下依赖的系统调用，系统的工作目录组织以及系统支持 的数据类型等。 第四章中，详细介绍了系统的设计过程。内容包括系统中各种表文件的存 储格式介绍，系统核心数据结构的介绍，系统一些重要的宏定义介绍，并用较大 篇幅描述了系统中一些基本a p l ( a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ) 的算法流程。 第五章中对系统中一些重要的情况做了补充说明，包括对系统效率、系统 健壮性等方面的考虑。 第六章是全文总结。总结了e d b 系统的现状、特色，并指出了今后系统有 待进一步发展的地方。 文章最后给出了与系统有关的一些有意义的附录。 电子科技大学硕士学位论文 2 1 e d b 系统总体需求 第二章e d b 系统概述 e d b ( e a s ed a t a b a s e ) 系统是整个项目中的嵌入式关系型数据库管瑁! 系统模 块，它是作为未来应用中主要的数据管理支持工具。 在p d a 产品的功能中，个人信息管理( p i m ，p e r s h a li n f o r m a t i o n m a n a g e m e m ) 十分重要。个人信息包括用户日常使用到的商务、私人资料，如 商务名片，记事，日历，行程计划等。客观上用户要求能安全、便利的使用个人 信息。用户存储的数据需要经常性的进行索引、排序、归并等操作。 此外，移动数据的收集和管理，要求数据库管理模块实现小型通用的数据 管理，并支持简单的宏函数及标准的算术逻辑运算。不同的用户数据有不同的存 取方式， 数据库管理系统应根据数据的类型决定最佳的数据结构。系统要能够 支持多种数据类型，对于名片( b u s i n e s sc a r d ) ，可针对特定域如电话、姓名排序。 安全性也是一个需要重点考虑的问题。用户资料必须保存在非易失性存储 介质上，依靠其断电数据保持的特性，保证在遭到意外电源问题时，仍能保证用 户数据的安全。f l a s hm e m o r y ，及其以f l a s h 为基础的卡类存储介质就能很 好的满足这方面的要求。数据库管理系统应能进行数据的备份和恢复。由于些 客观限制，使得数据库管理无法做到1 0 0 安全性，在这种情况下，必须将对整 个系统的危害可能性降低至最小。 在性能上，系统应该具备比较高的性能。由于用户经常对数据记录进行索 引、修改等操作，对整个数据库的数据频繁存取，因此数据库管理系统必须对数 据结构进行充分的优化。数据库管理系统必须尽量减少使用过程中产生的存储器 碎片( f r a g m e n t ) ，并能够对积累起来的碎片进行整理。对一些预计比较耗时的 数据库操作，如数据索引和数据排序，应该进行特别的优化。 2 2e d b 系统的开发环境 硬件环境 宿主机：i n t e lc e l e r o ni i1 gh z ，2 5 6 mm e m o r y 目标机：爱普生e o c 3 3 评估板 软件环境 w i n d o w s2 0 0 0 p r o f e s s i o n a l 以r o s 3 3 ( 基于u i t r o n3 0 ) 为核心的嵌入式操作系统及其开发环境 6 皇王型垫奎堂堡主堂焦堡壅 2 3e d b 系统的运行环境 硬件环境 爱普生e o c 3 3 评估板 软件环境 以r o s 3 3 为核心的嵌入式操作系统( 包含项目中的嵌入式文件系统) 2 4e d b 在整个系统体系结构中的位置 图2 j 总系统体系结构图 其中： d d id e v i c ed r i v e ri n t e r f a c e ，设备驱动接口 g u i g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ，图形用户接1 3 a p i a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，应用程序接口 整个系统的体系结构以及e d b ( d a t a b a s e 部分) 在系统中所处的位置在图 中都已经显示得非常清楚了。唯一需要说明的一点是，在图中文件系统和数据库 系统是画在了一起，实际上数据库系统是在文件系统的上层，它是建立在文件系 皇王型垫奎堂堡主堂焦堡壅 2 3e d b 系统的运行环境 硬件环境 爱普生e o c 3 3 评估板 软件环境 以r o s 3 3 为核心的嵌入式操作系统( 包含项目中的嵌入式文件系统) 2 4e d b 在整个系统体系结构中的位置 图2 j 总系统体系结构图 其中： d d id e v i c ed r i v e ri n t e r f a c e ，设备驱动接口 g u i g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ，图形用户接1 3 a p i a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，应用程序接口 整个系统的体系结构以及e d b ( d a t a b a s e 部分)