时间：2022-11-12 16:30:01 | 来源：信息时代
时间：2022-11-12 16:30:01 来源：信息时代
实时数据库 : 为了适应实时应用的要求,将数据库能力与实时处理技术集成在一起发展而成的一种数据库,亦即其事务和数据都具有实时性或显式的定时限制的数据库。在这种数据库中,系统的正确性不仅依赖于逻辑结果,而且还依赖于逻辑结果产生的时间。RTDB在实时性应用领域中是广泛而迫切需要的,其研究具有重大的科学意义与实用价值。
在现实世界中,有许多应用包含了对数据的“定时”存取和对“短暂有效”数据的处理,例如,CIMS、实时过程控制、实时数据处理系统、移动通信、电力调度与传输、网络管理,智能交通系统(ITS)、空中交通管制、雷达跟踪、目标与环境特性识别等领域,尤其是各种车载、舰载和机载控制系统、C3I系统,实时电子商务,电子金融、证券交易等应用。这些应用一方面要维护大量共享数据和控制知识;另一方面其活动有很强的时间性,要求在一定的时刻或/和一定的时间期内自外部环境采集数据、存取已获得的数据和处理新获取的数据,再及时作出响应; 同时,它们所处理的数据往往是“短暂”的,即只在一定的时间范围内有效,过时则对当前的决策毫无意义。这些应用同时需要数据库和实时处理两种技术。
传统数据库旨在处理永久性数据,主要强调维护数据的完整性、一致性,其性能目标是吞吐量和平均响应时间及系统代价,根本没有“时间”概念,不考虑与数据及其处理相关联的定时限制,不涉及事务的实时性,因而传统的商务和管理事务型数据库不能满足这种实时应用的需求。而传统的实时系统虽然支持定时限制,但它们只针对结构简单、稳定和可预报数据(或资源)的任务,不涉及大量数据的长期共享和维护共享数据的完整性、一致性。数据库与实时系统的结合导致了实时数据库的产生,它将两者完善集成在一起,同时支持数据及其处理的定时性和一致性。
自20世纪80年代中期以来,国际上对RTDB的研究越来越重视,已成为近年来数据库技术的研究热点之一,受到了数据库和实时系统两个领域里的研究者的极大关注。数据库研究工作者想利用数据库技术来解决实时系统中的数据管理问题: 实时系统工作者则为给数据库提供优先级的调度和资源分配算法所吸引。然而,RTDB并非是数据库和实时系统两者在概念、技术上的简单拼凑,其研究主要体现在下列更深的层次上:
(1) RTDB的功能特性与实时应用的语义紧密相关。通常,实时应用具有如下特征: ①结构复杂性: 任务之间有各种结构上的相互联系,如嵌套或层次、分裂和合并、通信与数据交换等。因此,必须开发具有复杂结构的事务模型。②受限性: 即存在彼此通信、执行次序、执行时间、执行定位(在分布式、移动实时系统情况下)等方面的限制。事务处理必须支持这些限制。③执行规律性: 实时任务往往是周期或非周期(不固定周期)的,但有时也有随机任务。这有利于设计事务调度策略。④实时特性:具有开始、完成、执行期等明确的时间要求,尤其是截止期。因而存在事务的紧迫度、定时限制的粒度和严格度(即硬、软性)、价值函数(价值随时间的变化情况)等特征。这些是定义和处理实时事务的基本要素。⑤合作性: 除了上述的结构联系外,任务间还有如共享数据、通信、时间上的相关性等。与传统事务处理相反,实时事务处理必须考虑并实现这些关系。⑥不可逆性: 实时应用中的许多活动是不可逆的,例如记录飞行体的位置、速度、方向的事务等。所以传统的事务还原/重起动是毫无意义的,要求新的恢复概念与技术。⑦关键性: 有的任务的按时成功完成决定着系统的成败,系统对这类事务要提供“应急处理”。“应急计划”(应急处理任务)依赖于应用语义,只能由用户提供。但调度部件必须提供“可调度性”分析、“应急计划”评价和及时调用的机构。
(2)实时数据库不同于归档数据库。传统数据库是“归档”数据库(archival database,AvDB)。虽然RTDB与AvDB都是数据库,其基本功能特性也一样,但两者在存储的数据对象及其与时间的关系和容错能力上不同:①AvDB是为归档式应用服务的,而RTDB则为即时的实时控制、操作员显示、报警监视及其他实时功能提供所需的数据及其处理,具有很强的实时性。②数据一旦被存入AvDB,就不随时间而变化,而存入RTDB的数据却与时俱进。③AvDB与外界环境无直接联系,失去它也不会立即影响对环境的实时控制。而RTDB与外界环境直接联系,失去它就立即中止了对环境的实时控制。
实际上,RTDB是在AvDB的基础之上,引入下列功能特性发展起来的: ①数据库随时而变,数据具有“正确性”(其值符合用户意图)和“及时性”(当前时间处在其“有效期”(valid interval)内)两个方面,正确而及时的数据才是有效的(valid)。②事务是扩展—或非—ACID的,即可以有内部结构、彼此“可见”、能协同而并发执行。③系统的正确性标准是数据/事务的“逻辑与时间一致性”,有时“及时性比正确性更重要”。④基于“识时”协议、“时间一致”与优先级调度的事务处理。⑤恢复不一定是(也不一定要)数据库状态的“完全复原”。
(3) RTDB有专门的问题和关键技术。主要有:实时数据库的数据模型及语言;实时数据库的存储体系与存取方法及“内存数据库”支持; 实时事务的概念、模型与特性,事务处理的正确性及其实现技术,尤其是优先级分派、调度和并发控制的协议与算法;实时查询处理及其优化算法;I/O调度与缓冲区管理、故障恢复、通信等的协议与算法; 实时数据和事务特性的语义及其与一致性、正确性的关系等。而这些又彼此相关且与应用的性质紧密联系。
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