胡德森（广东工业大学华立学院，广州增城，511325）



嵌入式实时数据库系统的研究

胡德森
（广东工业大学华立学院，广州增城，511325）

摘要：随着网络通信技术和各种硬件设施的发展，嵌入式数据库的应用对网络终端用户显得尤为的重要。对于嵌入式数据库的研究与开发也成为业界人士争相参与的研究领域，并引起了广泛的共鸣。本文分析了嵌入式数据库的体系结构、数据模型及其特点，并探讨了嵌入式数据库实时技术的相关内容，以及未来发展的方向。

关键词：嵌入式数据库；体系结构；数据模型；发展趋势

近年来，网络设备的更新与发展非常迅速，伴随着微电子技术与存储技术的发展，嵌入式数据库的相关技术也在不断地快速成长。在嵌入式系统内部，其数据处理规模不断扩大，而且大规模的数据如何处理的难度将越来越突出。程序开发人员只能借鉴运用于企业的处理数据库的相关技术，而且已拓展到实体工业界、军事领域、高科技行业。从嵌入式系统本身的特点来看，如果某些技术已显过时，将不能满足日新月异的时代需求，新的方法将在嵌入式数据库系统应用领域不断得到创新发展。

1 嵌入式实时数据库的体系结构

嵌入式系统从本质上来看，是一个“内存数据库”系统，不仅是程序管理的内存缓冲，而且在系统中可供一个或多个实时任务进程共同享用。该数据库可以嵌入在某个已在运行的软件系统中，成其不可分割的一部分。它的主要功能是数据的存取及删除等操作，但已成为主体数据库不可或缺的补充。

1.1 嵌入式数据库系统从用途上大体上可分为自用型和商用型两大类。

1.1.1 自用型嵌入式数据库系统是本单位的开发人员针对现有系统自行开发的一套数据库系统，它只是嵌入到现用软件系统中，作为现用程序的一个补充部分，不能独立运行，当今各行业内部由本部门自行开发的数据库基本属于此类。

1.1.2 商用性嵌入式数据库系统是专业开发人员根据客户的要求，开发出满足一定特定要求的系统，并将它嵌入到已有的系统中，可独立于现有的应用体系，如eXtreme等嵌入数据库，这种数据库建立在系统的内存，根据需要，用户可调用某些接口函数，并建立新的API，从而对系统数据库进行管理。

1.2 嵌入式实时数据库系统具有特定的体系结构，它由三级模式构成：即用户模式、逻辑模式和存储模式，并且嵌入式数据库系统还要包含曾经使用过的数据库管理系统DBMS；此外，还要将接口函数提供给用户，并由DBMS对数据库进行一些配置操作，包括对系统中内存的记录节点进行增减等配置操作。

1.3 一个合格的嵌入式数据库，在构建时应包含如下功能：数据存取、数据恢复、实时事务管理、数据安全控制等。并根据系统中的实时操作系统，嵌入相应的自适应平台，使数据模型、物理结构趋于合理，将系统中本来比较紧张的资源，提高其利用率，并优化其数据保护、交换及查询等算法，使系统的实时性、可靠性、可预知性都控制在一定范围内，实现任务进程的优先分派和任务进程调度。

2 嵌入式实时数据库系统的数据模型

嵌入式数据库系统除了具有体系结构之外，还要有相应的数据模型，它不仅规定了访问数据的操作方式，还决定了系统程序的运行性能和可靠性。

2.1 嵌入式数据库的模型结构一般采用关系模型，实现数据存储可利用二维关系表来实现，而数据查询可利用索引访问。它的建立依赖严格的数学逻辑基础，在结构上比较简单，但存在不足：它所耗费的内存开销较大，必须及时优化，这就给开发增加了难度。

2.2 有的嵌入式数据库的结构采用网状模型，它是用指针来显示数据间的连接关系，优势在于节约大量的存储空间，因为它利用冗余数据和索引文件，使数据独立性和共享性也有所提高，因而运行高效，数据操作速度快捷。不足之处在于：这种模型结构复杂，致使其数据库的结构变得非常大，从而会影响到系统的实时性能。

2.3 如果在系统开销方面进行比较，网状模型要小于关系模型，原因是它节省了索引操作时间。程序员要合理选择数据库模型，可采用网状加关系或层次加关系的混合模式，取双方之所长，如RDM（Raima Database Management）嵌入式实时数据库即采用此种模式，结合了两者的优点，从而避免了输入输出操作周期所导致的资源浪费。

3 嵌入式数据库的基本特性

在网络技术的软件环境下所使用的分布式数据库一般都为嵌入式数据库，其中典型的代表有Empress数据库。它是一种集网络通信、分布式计算等学科于一身的数据库技术。可用网络设备为载体，内存的占用较少，运行速度快，效率高。其在模型上可以是层次、网状、关系数据库，操作系统的资源条件对它影响较大。嵌入式数据库系统的特点如下：

3.1 实时嵌入性

一个嵌入式数据库，必须在第一时间得到系统的资源，并对系统的请求迅速做出响应，实时性是它必须具备的特质，在各个网络计算机终端之间，或不同的作业进程之间，它要求用API通信接口对数据进行操作，因此嵌入数据库的运用涉及到很多的软件和硬件。如开发人员可以将Empress数据库嵌入到程序中，成为该软件的一部分，且在客户体验时是“透明”的，即不受什么影响，数据库维护也是通过嵌入式的数据引擎技术自动完成的。

3.2 可移植性

当嵌入式数据库与其他数据库之间进行数据通信时，信息共享是一个重要保证。一般嵌入式数据库系统在不同的应用领域中，面对的数据平台和操作系统不同，其它应用软件也不尽相同，硬件环境也各有差异。这就需要嵌入式数据库系统必须具有一定的可移植性，以便适应各种不同的软、硬件环境。

3.3 分割裁剪性

嵌入式数据库的分割裁剪性，体现在它可提高系统运作效率，节省内存空间。因为不同的嵌入式数据库所对应的数据库系统千差万别，为了应对不同的系统功能，尽量节省有限的系统资源，嵌入式数据库必须可供裁剪分割，这样才能够根据不同的系统嵌入相应的数据库功能，以发挥系统整体功效。

3.4 可扩展性

由于客户的硬件、软件的平台不尽相同，单一进程的系统功能已不能满足社会应用的需要，要想实现嵌入式数据库在不同的数据平台上运行，必须实现支持多进程，随着嵌入式数据库代码量的不断增加，所支持的功能和数量也随之增加，如数据库Empress能够支持众多的平台运行。

3.5 安全可靠性

嵌入式数据库的应用越来越广泛，虽然它只包含了大型数据库的部分功能，其数据表、数据记录等方面的数量和大小的控制也变得越来越复杂，其功能已从传统的添加、删除等操作发展成为对多维数据、智能控制等进行操作，而这些环节都离不开安全因素，只有数据库本身安全了，才能显示嵌入式数据库的辅助功能的重要性，否则，非但起不到正面的功效，还会因其危险性殃及主体数据库。

4 嵌入式数据库的现状

随着网络通信技术的快速发展，嵌入式数据库的应用也越来越广泛。但在应用场合上，嵌入式数据库与系统的组件及标准不尽相同，对于嵌入式数据库来说，在应用中会遇到很多特殊化问题。有的用户系统已十分成熟，组件也很完善，但嵌入式数据库只能实现客户大部分需求，而剩下的一小部分的功能需求，只能由供应商和客户之间协商解决。

4.1 在国内，嵌入式数据库系统已随互联网的普及而快速发展，它的安全性问题颇受业界重视，很多问题虽已解决，但随着网络环境日趋复杂，以及计算机的软、硬件不断更新，对嵌入式数据库的安全性要求也越来越高，因为这关乎用户信息安全问题。目前，我国网络消费特别是跨境电商的快速发展，用户关心个人隐私信息的安全，因此，要在市场竞争中站稳脚跟，就必须解决数据安全性问题。

4.2 在国际上，嵌入式数据库的研究历史经历了相当长的时期，在20世纪70年代，西方国家就开始了数据库安全性的研究，而微软等世界一流的互联网企业对数据访问进行强行控制，以保障其数据库的安全。此外，一些商用型数据库如Empress嵌入数据库，具备很好的实时性和嵌入性特征，并支持多个不同的平台，在国外的工业、医疗甚至军事领域都有广泛用，它能够进行高速的数据采集，并进行及时反馈。在一些核电站监控装置、化学工厂监控装置、汽车引擎监控装置等领域扮演重要角色，程序开发人员严格按照客户要求的技术指标来特化引擎级构件。

5 嵌入式数据库的发展趋势

5.1 网络通信与移动终端一体化。随着现代电商及微商的发展，特别是跨境电商已成为中国及至全球用户竞相追逐的消费模式，这必然带动网络中各种软件与硬件快速发展。与之相应的嵌入式实时数据库需较快提升，对网络中各种海量信息进行存储与加工，以适应未来网络中软、硬件实时快速通信需要。

5.2 可移植与扩展性更强。嵌入式数据库产品历经换代，已可支持多种操作系统，未来要考虑的是能移植到更多的软硬件平台。有的实时嵌入式数据库运行效率不高，甚至影响CPU的速度，因此，将嵌入式数据库做成具有更好的可移植性和可扩展性，以便能适用于绝大多数的系统平台，具有一定的通用性，这可大大地提高开发效率。

5.3 安全性与可靠性更强。为了使数据库之间实现信息共享，在保证数据使用安全的前提下，提供相应的安全对策，以保护数据不受外来的恶意破坏。随着其功能越来越多，已从传统的数据输入输出操作向对音频、视频数据的操作发展，必须提高其可靠性才行。

5.4 普适性与智能化并举。由于数据库加工的数据量不断增加，导致数据库的管理与维护的难度也随之提高。这就要求嵌入式数据库对各种各样的软件及硬件环境皆具有适应性，即可通过一定的预测机制，根据系统中环境情况和自身特点，主动地调整相应功能，以适应新的软硬件环境。这种智能化的嵌入式数据库必将成为未来数据库的发展趋势。

6 结语

在当今以互联网为平台的大数据时代，嵌入式数据库可使网络通信与移动终端一体化，使传统数据库管理功能进一步提升与完善；它的可移植性与智能化，可为软件开发提供高效的直通平台；它的安全性与可靠性，对于网上电商及至微商的发展，提供了更好的安全性保障。嵌入式数据库正在不断向着更高技术发展，为未来数据库的发展提供方向。

参考文献

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［2］王金华，李允俊；嵌入式数据库系统的研究 ［J］；科技与企业；2012年03期

［3］陈亚峰，李瑞歌；嵌入式数据库及其应用研究.民营科技，2011（10）

［4］史恒亮，嵌入式数据库的近况和发展趋势.计算机系统应用，2010，2（19）

Research on embedded real time database system

Hu Desen
（HOLLEY college， Guangdong University of Technology，Zengcheng，Guangzhou，511325）

Abstract：With the development of network communication technology and the development of all kinds of hardware facilities，the application of embedded database is very important to network terminal users. The research and development of embedded database has become the research field of the industry，which has attracted a wide range of resonance.This paper analyzes the embedded database system structure，data model and its characteristics，and discusses the embedded database real-time technology related content，as well as the direction of future development.

Keywords：embedded database；architecture；data model；development trend