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

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

摘要:與常見的數(shù)據(jù)庫相比，嵌入式數(shù)據(jù)庫具有體積小、功能齊備、可移植性、健壯性等特點，本文分析和比較了典型的嵌入式數(shù)據(jù)庫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)行過程等角度對SQLite和BerkeleyDB進(jìn)行了詳細(xì)分析，然后重點從數(shù)據(jù)類型、存儲方式、模式、數(shù)據(jù)庫引擎和錯誤處理及加密功能等方面討論了SQLite和BerkeleyDB的異同點，最后列舉了一個基于ARM—Linux的SQLite應(yīng)用實例。
關(guān)鍵詞:SQLite、BerkeleyDB、SQL、虛擬數(shù)據(jù)庫引擎（VDBE）

引言

隨著計算機(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、延時較長的數(shù)據(jù)庫技術(shù)已不能滿足針對性較強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)開發(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。然而，國內(nèi)對嵌入式數(shù)據(jù)庫的研究起步較晚，還沒能引起更多人的關(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)庫來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、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)庫服務(wù)器，而用戶的需求可能由一個簡單的基于磁盤文件的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)就能實現(xiàn)，這僅僅是利用了那些數(shù)據(jù)庫的基本特性。此時，對嵌入式數(shù)據(jù)庫的研究就顯得尤為重要了。

1嵌入式數(shù)據(jù)庫

嵌入式數(shù)據(jù)庫通常是與嵌入式操作系統(tǒng)及具體的應(yīng)用集成在一起，無需獨立運行數(shù)據(jù)庫引擎，由程序直接調(diào)用相應(yīng)的API就可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存取操作。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境決定了其數(shù)據(jù)庫的特點：

1、 體積適當(dāng)

由于嵌入式系統(tǒng)自身的特點，對數(shù)據(jù)的存儲和程序的運行都有較強(qiáng)的空間限制，所以嵌入式數(shù)據(jù)庫首先應(yīng)該保障的就是適當(dāng)?shù)捏w積。進(jìn)一步來說就是占用盡量少的ROM、RAM及CPU的資源。

2、 功能齊備

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，用戶需求決定了需要一個大小適中、功能齊備的數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)數(shù)據(jù)

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

國家863項目2002AA714023，研究生精品課程資助05531451

在嵌入式設(shè)備中，數(shù)據(jù)庫的管理對用戶來說是透明的，這就要求此數(shù)據(jù)庫能夠自動完成啟動初始化、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)庫有高度的健壯性。

3、 可移植性

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

4、代碼開源

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

2 SQLite

SQLite是D.理查德.希普用一個小型的C庫開發(fā)的一種強(qiáng)有力的嵌入式關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理體制。雖然功能較Berkeley DB稍顯遜色，但它簡單易學(xué)、速度較快，同時提供了豐富的數(shù)據(jù)庫接口，提供了對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。

SQLite的體系結(jié)構(gòu)大體上可以分成八個主要的子系統(tǒng)，如圖1所示。對數(shù)據(jù)庫進(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)過優(yōu)化的B樹，這樣有助于運行在可調(diào)整的頁面緩沖上時，對磁盤的查找降低到最小。再往下是頁面高速緩存，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)，并且是客戶和存儲之間信息交換的中間單元。從各個角度分析，它都是SQLite的核心。當(dāng)SQL語句被分析后，VDBE便開始工作。代碼生成器將分析樹翻譯成一個袖珍程序，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語句指定的查詢要求。

SQLite有以下特性：支持ACID事務(wù)、零配置―無需安裝和管理配置、存儲在單一磁盤文件中的一個完整的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫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)庫大小至2TB、足夠小、全部源碼大致3萬行C代碼，250KB、比目前流行的大多數(shù)據(jù)庫運行速度快，提供了對事務(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，也會提高運行速度，因為多條語句一起提交給數(shù)據(jù)庫的速度會比逐一提交的方式更快、獨立、沒有額外依賴。

3 Berkeley DB

Berkeley DB是由sleepycat software開發(fā)的輕量級嵌入式數(shù)據(jù)庫，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)用程序運行在同一地址空間。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫一般作為獨立服務(wù)器工作，而Berkeley DB是軟件開發(fā)庫，開發(fā)者將它嵌入到應(yīng)用程序中，應(yīng)用程序本身就是一個服務(wù)器，而只是利用嵌入式數(shù)據(jù)庫開發(fā)來實現(xiàn)定制的數(shù)據(jù)庫邏輯，避免了與應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)程間通信的開銷，因此Berkeley DB具有較高的運行效率，適用于資源受限的嵌入式系統(tǒng)。

一般而言，Berkeley DB數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以大致分為五個子系統(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)建和訪問數(shù)據(jù)庫文件提供基本的支持。在沒有事務(wù)管理的情況下，該子系統(tǒng)中的模塊可單獨使用，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)適用于對需要事務(wù)保證的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的場合。

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象的共享控制。該子系統(tǒng)可以被應(yīng)用程序單獨使用。

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

通過上面的一些介紹，也許會對SQLite和Berkeley DB有了一定的了解。從目前的趨勢看，這兩款嵌入式數(shù)據(jù)庫有著旺盛的生命力，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，從各個角度，對它們的異同進(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

SQLite

Berkeley DB

是否為關(guān)系數(shù)據(jù)庫

是否支持SQL

開發(fā)語言

數(shù)據(jù)類型

存儲方式

存儲模式

數(shù)據(jù)庫引擎

適用系統(tǒng)

錯誤處理

加密功能

是否免費

難易程度

是

是

C語言

無

轉(zhuǎn)換成ASCII碼

Btree

虛擬

從ARM/Linux到SPARC/Solaris多種硬件平臺

較少

弱

全部

較易

否

否

C、Java語言

無

原樣存儲

Btree、Hash、Queue和Recno

無

UNIX/POSIX systems、Win32及嵌入式系統(tǒng)WinCE、VxWorks等

較詳細(xì)

強(qiáng)

部分

較難

通過此表我們可以較為直觀地看到，SQLite和Berkeley DB在數(shù)據(jù)庫類型、開發(fā)語言、存儲方式、模式等方面有著較大的差異。下面筆者就對其中某些重要方面進(jìn)行相對詳細(xì)的論述：

下一頁

【嵌入式數(shù)據(jù)庫典型技術(shù)―SQLite和Berkeley】相關(guān)文章：

嵌入式數(shù)據(jù)庫發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢研究12-05

.NET技術(shù)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用研究11-14

淺談嵌入式Modem的通信技術(shù)03-18

應(yīng)用Ｏｒａｃｌｅ數(shù)據(jù)庫監(jiān)控維護(hù)技術(shù)，維護(hù)數(shù)據(jù)庫安全03-03

嵌入式Linux技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展動向03-19

嵌入式系統(tǒng)中的內(nèi)存壓縮技術(shù)03-18

嵌入式Linux的MiniGUI研究和移植03-18

主流空間數(shù)據(jù)庫引擎技術(shù)分析和優(yōu)化方法研究03-12

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的模糊查詢技術(shù)03-03