发布时间 : 星期四 文章实时数据库——主要特征更新完毕开始阅读803963d3b14e852458fb57f7
实时数据库是数据库系统发展的一个分支，它适用于处理不断更新的快速变化的数据及具有时间 限制的事务处理。实时数据库技术是实时系统和数据库技术相结合的产物，研究人员希望利用数据库 技术来解决实时系统中的数据管理问题，同时利用实时技术为实时数据库提供时间驱动调度和资源分 配算法。然而，实时数据库并非是两者在概念、结构和方法上的简单集成。需要针对不同的应用需求 和应用特点，对实时数据模型、实时事务调度与资源分配策略、实时数据查询语言、实时数据通信等 大量问题作深入的理论研究。实时数据库系统的主要研究内容包括：
实 时 数 据 库 系 统
及 其 特 征
刘 云 生--卢 炎 生--李 国 徽
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---- 数 据 库 理 论 与 技 术 的 发 展 极 其 迅 速， 其 应 用 日 益 广 泛， 在 当 今 的 信 息 社 会 中， 它 几 乎 无 所 不 在。 以 关 系 型 为 代 表 的 三 大 经 典（ 层 次、 网 状、 关 系） 型 数 据 库 在 传 统 的（ 商 务 和 管 理 的 事 务 型） 应 用 领 域 获 得 了 极 大 成 功， 然 而 它 们 在 现 代 的（ 非 传 统） 工 程 和 时 间 关 键 型 应 用 面 前 却 显 得 软 弱 无 力， 面 临 着 新 的 严 峻 的 挑 战， 由 此 而 导 致 了 实 时 数 据 库（Real time Database，RTDB） 的 产 生 和 发 展。
实 时 数 据 库 的 发 展
----数 据 库 的 应 用 正 从 传 统 领 域 向 新 的 领 域 扩 展， 如CAD/CAM、CIMS； 数 据 通 信、 电 话 交 换、 电 力 调 度 等 网 络 管 理； 电 子 银 行 事 务、 电 子 数 据 交 换 与 电 子 商 务、 证 券 与 股 票 交 易； 交 通 控 制、 雷 达 跟 踪、 空 中 交 通 管 制； 武 器 制 导、 实 时 仿 真、 作 战 指 挥 自 动 化 或C3I 系 统， 等 等。 这 些 应 用 有 着 与 传 统 应 用 不 同 的 特 征， 一 方 面， 要 维 护 大 量 共 享 数 据 和 控 制 数 据； 另 一 方 面， 其 应 用 活 动（ 任 务 或 事 务） 有 很 强 的 时 间 性， 要 求 在 规 定 的 时 刻 和( 或) 一 定 的 时 间 内 完
成 其 处 理； 同 时， 所 处 理 的 数 据 也 往 往 是\短 暂\的， 即 有 一 定 的 有 效 时 间， 过 时 则 有 新 的 数 据 产 生， 而 当 前 的 决 策 或 推 导 变 成 无 效。 所 以， 这 种 应 用 对 数 据 库 和 实 时 处 理 两 者 的 功 能 及 特 性 均 有 需 求， 既 需 要 数 据 库 来 支 持 大 量 数 据 的 共 享， 维 护 其 数 据 的 一 致 性， 又 需 要 实 时 处 理 来 支 持 其 任 务（ 事 务） 与 数 据 的 定 时 限 制。
----但 是， 传 统 的 数 据 库 系 统 旨 在 处 理 永 久、 稳 定 的 数 据， 强 调 维 护 数 据 的 完 整 性、 一 致 性， 其 性 能 目 标 是 高 的 系 统 吞 吐 量 和 低 的 代 价， 而 根 本 不 考 虑 有 关 数 据 及 其 处 理 的 定 时 限 制， 所 以， 传 统 的 数 据 库 管 理 系 统（DBMS） 不 能 满 足 这 种 实 时 应 用 的 需 要。 而 传 统 的 实 时 系 统（RTS） 虽 然 支 持 任 务 的 定 时 限 制， 但 它 针 对 的 是 结 构 与 关 系 很 简 单、 稳 定 不 变 和 可 预 报 的 数 据， 不 涉 及 维 护 大 量 共 享 数 据 及 它 们 的 完 整 性 和 一 致 性， 尤 其 是 时 间 一 致 性。 因 此， 只 有 将 两 者 的 概 念、 技 术、 方 法 与 机 制\无 缝 集 成\（Seamless Integration） 的 实 时 数 据 库（RTDB） 才 能 同 时 支 持 定 时 和 一 致 性。
----因 此， 实 时 数 据 库 就 是 其 数 据 和 事 务 都 有 显 式 定 时 限 制 的 数 据 库， 系 统 的 正 确 性 不 仅 依 赖 于 事 务 的 逻 辑 结 果， 而 且 依 赖 于 该 逻 辑 结 果 所 产 生 的 时 间。 近 年 来，RTDB 已 发 展 为 现 代 数 据 库 研 究 的 主 要 方 向 之 一， 受 到 了 数 据 库 界 和 实 时 系 统 界 的 极 大 关 注。 然 而，RTDB 并 非 是 数 据 库 和 实 时 系 统 两 者 的 简 单 结 合， 它 需 要 对 一 系 列 的 概 念、 理 论、 技 术、 方 法 和 机 制 进 行 研 究 开 发， 如 数 据 模 型 及 其 语 言， 数 据 库 的 结 构 与 组 织； 事 务 的 模 型 与 特 性， 尤 其 是 截 止 时 间 及 其 软 硬 性； 事 务 的 优 先 级 分 派、 调 度 和 并 发 控 制 协 议 与 算 法； 数 据 和 事 务 特 性 的 语 义 及 其 与 一 致 性、 正 确 性 的 关 系， 查 询/ 事 务 处 理 算 法 与 优 化；I/O 调 度、 恢 复、 通 信 的 协 议 与 算 法， 等 等， 这 些 问 题 之 间 彼 此 高 度 相
关。
实 时 数 据 库 与 时 间
----实 时 数 据 库 系 统 在 两 方 面 与 时 间 相 关： ----1. 数 据 与 时 间 相 关
----按 照 与 之 相 关 的 时 间 的 性 质 不 同 又 可 分 为 两 类： ----数 据 本 身 就 是 时 间 即 从\时 间 域\中 取 值， 如\日 期\， 称 为\用 户 定 义 的 时 间\， 也 就 是 用 户 自 己 知 道， 而 系 统 并 不
知 道 它 是 时 间， 系 统 将 毫 无 区 别 地 把 它 像 其 他 数 据 一 样 处 理。
----数 据 的 值 随 时 间 而 变 化 数 据 库 中 的 数 据 是 对 其 所 服 务 的\现 实 世 界\中 对 象 状 态 的 描 述， 对 象 状 态 发 生 变 化 则 引 起 数 据 库 中 相 应 数 据 值 的 变 化， 因 而 与 数 据 值 变 化 相 联 的 时 间 可 以 是 现 实 对 象 状 态 的 实 际 时 间， 称 为\真 实\或\事 件\时 间（ 现 实 对 象 状 态 变 化 的 事 件 发 生 时 间）， 也 可 以 是 将 现 实 对 象 变 化 的 状 态 记 录 到 数 据 库， 即 数 据 库 中 相 应 数 据 值 变 化 的 时 间， 称 为\事 务 时 间\（ 任 何 对 数 据 库 的 操 作 都 必 须 通 过 一 个 事 务 进 行）。 实 时 数 据 的 导 出 数 据 也 是 实 时 数 据， 与 之 相 联 的 时 间 自 然 是 事 务 时 间。
----2 ． 实 时 事 务 有 定 时 限 制
----典 型 的 就 是 其\截 止 时 间\。 对 于RTDB， 其 结 果 产 生 的 时 间 与 结 果 本 身 一 样 重 要， 一 般 只 允 许 事 务 存 取\当 前 有 效\的 数 据， 事 务 必 须 维 护 数 据 库 中 数 据 的\事 件 一 致 性\。 另 外， 外 部 环 境（ 现 实 世 界） 的 反 应 时 间 要 求 也 给 事 务 施 以 定 时 限 制。 所 以，RTDB 系 统 要 提 供 维 护 有 效 性 和 事 务
及 时 性 的 设 施。
实 时 数 据 库 的 特 征
----如 上 所 述，RTDB 的 特 征 主 要 表 现 在 数 据 和 事 务 的 定 时 限 制 上， 下 面 分 别 介 绍。 ----1.RTDB 的 数 据 特 征
----在RTDB 中， 数 据 随 外 部 环 境 状 态 的 变 化 而 快 速 变 化， 其 值 只 在 一 定 的 时 间 内 是\流 行\的， 过 时 则 无 效 了， 故 系 统 除 了 维 护 数 据 库 内 部 状 态（ 数 据 值） 的 正 确 性、 相 容 性 外， 还 必 须 同 时 维 护 内 部 状 态 与 外 部 环 境 实 际 状 态 的 一 致 性， 以 及 数 据 用 来 决 策 或 推 导 新 数 据 时 在 时 间 上 的 相 互 一 致 性。
----RTDB 中 的 一 个 数 据 对 象d 由 三 个 分 量 组 成（dv，dtp，devi）， 它 们 分 别 为d 的 当 前 值、 采 样 时 间、 外 部 有 效 期（ 外 部 现 实 对 象 状 态 变 化 的 时 间 间 隔）， 有 效 期 即 自dtp 算 起dv 有 效 的 时 间 长 度。 对 于RTDB 中 的 每 一d， 有 内 部 一 致 性、 外 部 一 致 性 和 相 互 一 致 性 特 征。
----内 部 一 致 性 dv 满 足 预 先 定 义 的 数 据 库 内 部 状 态 的 完 整 性 和 一 致 性 限 制。 这 就 是 传 统 意 义 下 的 数 据 正 确 性。 ----外 部 一 致 性 设tc 为 当 前 或 检 测 时 间， 当 且 仅 当（tc －dtp） ≤devi， 则 说d 是 外 部 一 致 的， 即dv 和 对 应 的 外 部 现 实 对 象 的 状 态 是 一 样 的。
----相 互 一 致 性 用 来 决 策 或 导 出 新 数 据 的 一 组 相 关 数 据 称 为 一 个 相 互 一 致 集， 记 为R， 其 中 的 数 据 必 须 尽 可 能 地 在 一 个 允 许 的 公 共 时 间 期 内 被 采 取（ 或 导 出）， 这 个 公 共 时 间 期 就 称 为R 的 相 互 有 效 期， 记 为Rmvi， 对 于R 中 的 任 两 个 数 据d 和d ′, 有|dtp －d ′tp| ≤Rmvi， 则 说R 中 的 数 据 是 相 互 一 致 的。
----外 部 一 致 性 和 相 互 一 致 性 都 是 关 于 时 间 的， 故 统 称 时 间 一 致 性。 既 是 内 部 一 致 又 是 时 间 一 致 的 数 据 才 是 正 确 的。
----2. RTDB 的 事 务 特 征
----由 于 实 时 任 务 往 往 有 内 部 结 构 和 相 互 之 间 的 联 系， 传 统 的\原 子 的、 平 淡 的 数 据 库 操 作 序 列\的 事 务 概 念 及 模 型 对 实 时 事 务 不 适 合。RTDB 事 务 表 现 出 了 许 多 不 同 的 特 征， 这 里 只 给 出 其 标 识 性 特 征 定 时 性， 其 余 的 在 后 面 的 文 章\实 时 数 据 库 的 事 务 处 理\中 讨 论。
----定 时 可 以 是 绝 对、 相 对 或 周 期 时 间。 RTDB 的 定 时 性 一 方 面 由 数 据 的 时 间 一 致 性 引 起， 此 时 它 往 往 取 周 期 或 定 期 性 限 制 的 形 式， 如\每5 秒 取 样 一 次\、\∶00 启 动 机 器 人 \等； 定 时 性 的 另 一 根 源 是 对 现 实 世 界 施 加 于 系 统 的 反 应 时 间 的 要 求， 这 时 它 典 型 地 取 施 加 于 非 周 期 事 务 的 截 止 时 间 限 制 的 形 式， 如\若 温 度 达 到1000 度， 则 在5 秒 内 加 冷 却 剂 到 反 应 堆\。
----定 时 性 包 含 两 方 面 的 含 义：
----定 时 限 制 即 事 务 的 执 行 有 显 式 的 时 限， 如 指 定 的 开 始 时 间、 截 止 时 间 等， 它 要 求RTDB 必 须 有 时 间 处 理 机 制。 ----定 时 正 确 性 即 事 务 能 按 指 定 的 时 间 要 求 正 确 执 行， 它 要 求 权 衡 定 时 限 制 与 数 据 一 致 性 要 求 等 多 方 面 因 素，
提 供 合 适 的 调 度 与 并 发 控 制 算 法。
实 时 数 据 库 系 统 的 主 要 技 术