主動數(shù)據(jù)庫(數(shù)據(jù)庫)

時間：2022-12-09 04:30:01 | 來源：信息時代

時間：2022-12-09 04:30:01 來源：信息時代

    主動數(shù)據(jù)庫 : 為改進傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的被動性而發(fā)展起來的一種既能提供被動服務,又能提供主動服務的特種數(shù)據(jù)庫。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)只能根據(jù)用戶的命令被動地提供服務,用戶給什么命令,系統(tǒng)就做什么動作,它不會根據(jù)數(shù)據(jù)庫的外部環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)的變化主動做出反應,如主動提出警告、主動報告特定事件的發(fā)生、對特定情況主動進行適當處理等。從這個意義上說,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是被動的。主動數(shù)據(jù)庫可以被定義為這樣一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),它能夠自動對數(shù)據(jù)庫內(nèi)部和外部的狀態(tài)進行監(jiān)測,在沒有用戶干預的情況下,自動的響應發(fā)生于系統(tǒng)內(nèi)部或外部的事件,主動給用戶提供信息服務或完成一定的操作,具有這樣主動功能的數(shù)據(jù)庫,被稱為主動數(shù)據(jù)庫。
許多應用需要各種主動性的服務。如設(shè)備、倉庫、生產(chǎn)過程等應用中需要實時監(jiān)控功能,在特定時刻完成特定的操作;應用軟件運行過程中產(chǎn)生例外或錯誤時應具有主動處理及自動恢復能力,以使系統(tǒng)具有一定的容錯功能; 而對人機交互接口,要求應用系統(tǒng)具有某種主動發(fā)現(xiàn)外部接收設(shè)備發(fā)來中斷信號的能力,以改善用戶界面: 還有一些智能應用系統(tǒng)要求具有自適應和學習功能,具有演繹推理功能等。
在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中,對上述應用要求的處理一般需要編寫專門的程序來實現(xiàn),如定期或不定期檢測條件是否滿足。這樣的處理是被動的,不能保證及時做出反應。此外,程序分散在各個模塊中,不利于維護和管理。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫比較,主動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能把專門編寫的這些檢測程序從分散的應用程序中集成起來,以一種統(tǒng)一的機制來實現(xiàn)各種主動需求,即把主動性功能用統(tǒng)一的方法與原有的數(shù)據(jù)庫功能結(jié)合在一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中,以支持實際應用對數(shù)據(jù)庫的主動需求功能。由于主動數(shù)據(jù)庫大大提高了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的處理能力,受到很多研究者的重視,成為20世紀80年代后期數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域研究的一個重要方向。
“主動數(shù)據(jù)庫”這一術(shù)語在20世紀80年代初被提出。但早在20世紀70年代出現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)就體現(xiàn)了主動性的特征。如70年代初公布的DBTG報告中就有對數(shù)據(jù)庫的操作能自動做出響應的命令。在70年代中后期推出的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)QBE和IBM公司研制的System R中引入了觸發(fā)器機制,用于對特定事件做出響應。對主動數(shù)據(jù)庫的大量研究工作是在80年代中后期展開的。到80年代末90年代初,已經(jīng)研制出一批有影響的主動數(shù)據(jù)庫原型系統(tǒng),如美國加州大學伯克利分校研制的POSTGRES系統(tǒng),美國計算機公司主持的研究項目HiPAC系統(tǒng),IBM公司Almaden研究中心的Starburst和Alert系統(tǒng),AT&T公司貝爾實驗室的Ode系統(tǒng)等。早期的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中,主動性主要體現(xiàn)為做一些數(shù)據(jù)的一致性和完整性檢查。近年來,在一些商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),如Oracle、DB2、Sybase、Informix等數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中,也都以觸發(fā)器、規(guī)則以及類似形式提供主動服務功能。在SQL標準(SQL3)中也新加入了觸發(fā)器的功能,以實現(xiàn)對主動功能的支持。
主動數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)是事件驅(qū)動的ECA規(guī)則,即事件-條件-動作規(guī)則被大多數(shù)主動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)接受,用來表示數(shù)據(jù)庫的主動行為。ECA規(guī)則的含義是:當某一特定事件發(fā)生時相應的規(guī)則被激活,系統(tǒng)檢查規(guī)則的條件是否成立,若條件被滿足,則執(zhí)行規(guī)則規(guī)定的動作。
對主動數(shù)據(jù)庫的研究主要圍繞ECA主動規(guī)則展開,研究的主要問題包括事件的表示和監(jiān)測,ECA規(guī)則的表示、管理和執(zhí)行,加入ECA規(guī)則后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)實現(xiàn)模式和方法等。近年來,對主動數(shù)據(jù)庫的研究在理論和實現(xiàn)上已經(jīng)取得了很大成效,涉及的主要概念和技術(shù)有:
(1)知識模型:主動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中描述、存儲和管理ECA規(guī)則的模型。ECA規(guī)則的事件、條件和動作構(gòu)成了知識模型的基本成分。在ECA規(guī)則的描述中,事件分為原子事件和復合事件,其中原子事件有數(shù)據(jù)庫操作事件、時鐘事件、用戶定義的事件、異常事件、外部事件等;條件為數(shù)據(jù)庫謂詞、限定謂詞、數(shù)據(jù)庫查詢和應用過程等;動作為數(shù)據(jù)庫查詢操作和修改操作、其他數(shù)據(jù)庫命令、應用程序等。
(2)執(zhí)行模型: 表示ECA規(guī)則的處理、執(zhí)行方式,包括規(guī)則的處理粒度、耦合模式、觸發(fā)方式、規(guī)則執(zhí)行順序及錯誤處理等。
(3)條件評估:條件評估是影響規(guī)則處理效率的關(guān)鍵技術(shù),需要有效的算法對條件進行求值。目前已有的減少條件評估代價的方法有多種,如多重條件同時求值算法、增量評估算法等。
(4)事務模型:表示事務的執(zhí)行模式。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的事務為平面事務(flat transaction)。而在主動數(shù)據(jù)庫中,規(guī)則處理必須與用戶事務同步進行,必須給規(guī)則提供事務管理功能。由于ECA規(guī)則的條件和動作具有多種不同的耦合模式,一條規(guī)則的執(zhí)行又可能觸發(fā)新的規(guī)則,使得主動數(shù)據(jù)庫中的事務形成了嵌套結(jié)構(gòu),稱為嵌套事務模型。
(5)規(guī)則分析:規(guī)則的兩個重要特性是可終止性(termination)和合流性(confluence),稱為規(guī)則行為特性。在設(shè)計規(guī)則時,如何確定被觸發(fā)的多條規(guī)則的執(zhí)行是可終止的以及多條規(guī)則按照不同順序執(zhí)行的結(jié)果是一致的,是規(guī)則分析的主要內(nèi)容。
(6)系統(tǒng)結(jié)構(gòu):主動數(shù)據(jù)庫是被動數(shù)據(jù)庫功能的擴展,被動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和主動功能之間的耦合程度是區(qū)別不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個重要方面。主要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有三種: 分層結(jié)構(gòu)、集成結(jié)構(gòu)和編譯型結(jié)構(gòu)。分層結(jié)構(gòu)又稱為松散耦合結(jié)構(gòu),所有的主動功能都在被動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的上層實現(xiàn); 集成結(jié)構(gòu)又稱為緊耦合結(jié)構(gòu),所有主動功能模塊作為整個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的一部分嵌入在DBMS中; 編譯型結(jié)構(gòu)是指應用過程或數(shù)據(jù)庫操作被編譯時系統(tǒng)自動進行修改,使其包含主動數(shù)據(jù)庫規(guī)則的效應。
(7)規(guī)則優(yōu)化:規(guī)則優(yōu)化是提高規(guī)則執(zhí)行效率的關(guān)鍵技術(shù),如何將規(guī)則分析結(jié)果與查詢優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合以支持有效的規(guī)則集的優(yōu)化是規(guī)則優(yōu)化研究的一個問題。
在過去的十多年里,對主動數(shù)據(jù)庫的研究在理論和實現(xiàn)上已經(jīng)取得了很大成效,一些基本的概念已經(jīng)形成,許多商業(yè)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品已經(jīng)支持有限的主動規(guī)則機制,并提出把主動服務功能作為其系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。主動性功能在許多領(lǐng)域得到應用,如金融投資管理、醫(yī)療保險管理、自動制造、交通管理、網(wǎng)絡管理、信息系統(tǒng)管理、設(shè)備監(jiān)控、故障報警等領(lǐng)域。但對主動數(shù)據(jù)庫的研究和應用還存在許多問題沒有得到很好的解決,其中之一是主動規(guī)則的分析和設(shè)計。由于規(guī)則的行為難以預測,特別是在規(guī)則數(shù)目很大的時候,規(guī)則之間的相互作用會變得很復雜而難以管理。雖然已經(jīng)有一些規(guī)則分析和調(diào)試工具,但也是在有限的環(huán)境和條件下進行的。另外一個問題是系統(tǒng)性能,由于規(guī)則執(zhí)行需要評估規(guī)則條件和執(zhí)行規(guī)則的動作,在性能優(yōu)化的時候就必須考慮規(guī)則與事務之間的相互作用。事件檢測、規(guī)則執(zhí)行等都會影響主動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能。盡管這樣,但主動性功能已被用于商業(yè)處理,這將表明在未來的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中將會提供更多、更復雜的主動性服務功能。而隨著這些商品化系統(tǒng)的廣泛應用,數(shù)據(jù)庫的主動性功能將在各種應用中發(fā)揮越來越大的作用。