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實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(數(shù)據(jù)庫)

時(shí)間:2022-11-12 16:30:01 | 來源:信息時(shí)代

時(shí)間:2022-11-12 16:30:01 來源:信息時(shí)代

    實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 : 為了適應(yīng)實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求,將數(shù)據(jù)庫能力與實(shí)時(shí)處理技術(shù)集成在一起發(fā)展而成的一種數(shù)據(jù)庫,亦即其事務(wù)和數(shù)據(jù)都具有實(shí)時(shí)性或顯式的定時(shí)限制的數(shù)據(jù)庫。在這種數(shù)據(jù)庫中,系統(tǒng)的正確性不僅依賴于邏輯結(jié)果,而且還依賴于邏輯結(jié)果產(chǎn)生的時(shí)間。RTDB在實(shí)時(shí)性應(yīng)用領(lǐng)域中是廣泛而迫切需要的,其研究具有重大的科學(xué)意義與實(shí)用價(jià)值。
在現(xiàn)實(shí)世界中,有許多應(yīng)用包含了對(duì)數(shù)據(jù)的“定時(shí)”存取和對(duì)“短暫有效”數(shù)據(jù)的處理,例如,CIMS、實(shí)時(shí)過程控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、移動(dòng)通信、電力調(diào)度與傳輸、網(wǎng)絡(luò)管理,智能交通系統(tǒng)(ITS)、空中交通管制、雷達(dá)跟蹤、目標(biāo)與環(huán)境特性識(shí)別等領(lǐng)域,尤其是各種車載、艦載和機(jī)載控制系統(tǒng)、C3I系統(tǒng),實(shí)時(shí)電子商務(wù),電子金融、證券交易等應(yīng)用。這些應(yīng)用一方面要維護(hù)大量共享數(shù)據(jù)和控制知識(shí);另一方面其活動(dòng)有很強(qiáng)的時(shí)間性,要求在一定的時(shí)刻或/和一定的時(shí)間期內(nèi)自外部環(huán)境采集數(shù)據(jù)、存取已獲得的數(shù)據(jù)和處理新獲取的數(shù)據(jù),再及時(shí)作出響應(yīng); 同時(shí),它們所處理的數(shù)據(jù)往往是“短暫”的,即只在一定的時(shí)間范圍內(nèi)有效,過時(shí)則對(duì)當(dāng)前的決策毫無意義。這些應(yīng)用同時(shí)需要數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)處理兩種技術(shù)。
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫旨在處理永久性數(shù)據(jù),主要強(qiáng)調(diào)維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性、一致性,其性能目標(biāo)是吞吐量和平均響應(yīng)時(shí)間及系統(tǒng)代價(jià),根本沒有“時(shí)間”概念,不考慮與數(shù)據(jù)及其處理相關(guān)聯(lián)的定時(shí)限制,不涉及事務(wù)的實(shí)時(shí)性,因而傳統(tǒng)的商務(wù)和管理事務(wù)型數(shù)據(jù)庫不能滿足這種實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求。而傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)雖然支持定時(shí)限制,但它們只針對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定和可預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)(或資源)的任務(wù),不涉及大量數(shù)據(jù)的長期共享和維護(hù)共享數(shù)據(jù)的完整性、一致性。數(shù)據(jù)庫與實(shí)時(shí)系統(tǒng)的結(jié)合導(dǎo)致了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)生,它將兩者完善集成在一起,同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)及其處理的定時(shí)性和一致性。
自20世紀(jì)80年代中期以來,國際上對(duì)RTDB的研究越來越重視,已成為近年來數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一,受到了數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)系統(tǒng)兩個(gè)領(lǐng)域里的研究者的極大關(guān)注。數(shù)據(jù)庫研究工作者想利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來解決實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理問題: 實(shí)時(shí)系統(tǒng)工作者則為給數(shù)據(jù)庫提供優(yōu)先級(jí)的調(diào)度和資源分配算法所吸引。然而,RTDB并非是數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)系統(tǒng)兩者在概念、技術(shù)上的簡(jiǎn)單拼湊,其研究主要體現(xiàn)在下列更深的層次上:
(1) RTDB的功能特性與實(shí)時(shí)應(yīng)用的語義緊密相關(guān)。通常,實(shí)時(shí)應(yīng)用具有如下特征: ①結(jié)構(gòu)復(fù)雜性: 任務(wù)之間有各種結(jié)構(gòu)上的相互聯(lián)系,如嵌套或?qū)哟?、分裂和合并、通信與數(shù)據(jù)交換等。因此,必須開發(fā)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的事務(wù)模型。②受限性: 即存在彼此通信、執(zhí)行次序、執(zhí)行時(shí)間、執(zhí)行定位(在分布式、移動(dòng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)情況下)等方面的限制。事務(wù)處理必須支持這些限制。③執(zhí)行規(guī)律性: 實(shí)時(shí)任務(wù)往往是周期或非周期(不固定周期)的,但有時(shí)也有隨機(jī)任務(wù)。這有利于設(shè)計(jì)事務(wù)調(diào)度策略。④實(shí)時(shí)特性:具有開始、完成、執(zhí)行期等明確的時(shí)間要求,尤其是截止期。因而存在事務(wù)的緊迫度、定時(shí)限制的粒度和嚴(yán)格度(即硬、軟性)、價(jià)值函數(shù)(價(jià)值隨時(shí)間的變化情況)等特征。這些是定義和處理實(shí)時(shí)事務(wù)的基本要素。⑤合作性: 除了上述的結(jié)構(gòu)聯(lián)系外,任務(wù)間還有如共享數(shù)據(jù)、通信、時(shí)間上的相關(guān)性等。與傳統(tǒng)事務(wù)處理相反,實(shí)時(shí)事務(wù)處理必須考慮并實(shí)現(xiàn)這些關(guān)系。⑥不可逆性: 實(shí)時(shí)應(yīng)用中的許多活動(dòng)是不可逆的,例如記錄飛行體的位置、速度、方向的事務(wù)等。所以傳統(tǒng)的事務(wù)還原/重起動(dòng)是毫無意義的,要求新的恢復(fù)概念與技術(shù)。⑦關(guān)鍵性: 有的任務(wù)的按時(shí)成功完成決定著系統(tǒng)的成敗,系統(tǒng)對(duì)這類事務(wù)要提供“應(yīng)急處理”?!皯?yīng)急計(jì)劃”(應(yīng)急處理任務(wù))依賴于應(yīng)用語義,只能由用戶提供。但調(diào)度部件必須提供“可調(diào)度性”分析、“應(yīng)急計(jì)劃”評(píng)價(jià)和及時(shí)調(diào)用的機(jī)構(gòu)。
(2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫不同于歸檔數(shù)據(jù)庫。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是“歸檔”數(shù)據(jù)庫(archival database,AvDB)。雖然RTDB與AvDB都是數(shù)據(jù)庫,其基本功能特性也一樣,但兩者在存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)象及其與時(shí)間的關(guān)系和容錯(cuò)能力上不同:①AvDB是為歸檔式應(yīng)用服務(wù)的,而RTDB則為即時(shí)的實(shí)時(shí)控制、操作員顯示、報(bào)警監(jiān)視及其他實(shí)時(shí)功能提供所需的數(shù)據(jù)及其處理,具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。②數(shù)據(jù)一旦被存入AvDB,就不隨時(shí)間而變化,而存入RTDB的數(shù)據(jù)卻與時(shí)俱進(jìn)。③AvDB與外界環(huán)境無直接聯(lián)系,失去它也不會(huì)立即影響對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)控制。而RTDB與外界環(huán)境直接聯(lián)系,失去它就立即中止了對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)控制。
實(shí)際上,RTDB是在AvDB的基礎(chǔ)之上,引入下列功能特性發(fā)展起來的: ①數(shù)據(jù)庫隨時(shí)而變,數(shù)據(jù)具有“正確性”(其值符合用戶意圖)和“及時(shí)性”(當(dāng)前時(shí)間處在其“有效期”(valid interval)內(nèi))兩個(gè)方面,正確而及時(shí)的數(shù)據(jù)才是有效的(valid)。②事務(wù)是擴(kuò)展—或非—ACID的,即可以有內(nèi)部結(jié)構(gòu)、彼此“可見”、能協(xié)同而并發(fā)執(zhí)行。③系統(tǒng)的正確性標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)據(jù)/事務(wù)的“邏輯與時(shí)間一致性”,有時(shí)“及時(shí)性比正確性更重要”。④基于“識(shí)時(shí)”協(xié)議、“時(shí)間一致”與優(yōu)先級(jí)調(diào)度的事務(wù)處理。⑤恢復(fù)不一定是(也不一定要)數(shù)據(jù)庫狀態(tài)的“完全復(fù)原”。
(3) RTDB有專門的問題和關(guān)鍵技術(shù)。主要有:實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型及語言;實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)體系與存取方法及“內(nèi)存數(shù)據(jù)庫”支持; 實(shí)時(shí)事務(wù)的概念、模型與特性,事務(wù)處理的正確性及其實(shí)現(xiàn)技術(shù),尤其是優(yōu)先級(jí)分派、調(diào)度和并發(fā)控制的協(xié)議與算法;實(shí)時(shí)查詢處理及其優(yōu)化算法;I/O調(diào)度與緩沖區(qū)管理、故障恢復(fù)、通信等的協(xié)議與算法; 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和事務(wù)特性的語義及其與一致性、正確性的關(guān)系等。而這些又彼此相關(guān)且與應(yīng)用的性質(zhì)緊密聯(lián)系。

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