时间：2022-12-09 04:30:01 | 来源：信息时代
时间：2022-12-09 04:30:01 来源：信息时代
主动数据库 : 为改进传统数据库的被动性而发展起来的一种既能提供被动服务,又能提供主动服务的特种数据库。传统的数据库管理系统只能根据用户的命令被动地提供服务,用户给什么命令,系统就做什么动作,它不会根据数据库的外部环境或内部状态的变化主动做出反应,如主动提出警告、主动报告特定事件的发生、对特定情况主动进行适当处理等。从这个意义上说,传统的数据库管理系统是被动的。主动数据库可以被定义为这样一个数据库系统,它能够自动对数据库内部和外部的状态进行监测,在没有用户干预的情况下,自动的响应发生于系统内部或外部的事件,主动给用户提供信息服务或完成一定的操作,具有这样主动功能的数据库,被称为主动数据库。
许多应用需要各种主动性的服务。如设备、仓库、生产过程等应用中需要实时监控功能,在特定时刻完成特定的操作;应用软件运行过程中产生例外或错误时应具有主动处理及自动恢复能力,以使系统具有一定的容错功能; 而对人机交互接口,要求应用系统具有某种主动发现外部接收设备发来中断信号的能力,以改善用户界面: 还有一些智能应用系统要求具有自适应和学习功能,具有演绎推理功能等。
在传统数据库系统中,对上述应用要求的处理一般需要编写专门的程序来实现,如定期或不定期检测条件是否满足。这样的处理是被动的,不能保证及时做出反应。此外,程序分散在各个模块中,不利于维护和管理。与传统数据库比较,主动数据库系统能把专门编写的这些检测程序从分散的应用程序中集成起来,以一种统一的机制来实现各种主动需求,即把主动性功能用统一的方法与原有的数据库功能结合在一个数据库系统中,以支持实际应用对数据库的主动需求功能。由于主动数据库大大提高了数据库系统的处理能力,受到很多研究者的重视,成为20世纪80年代后期数据库领域研究的一个重要方向。
“主动数据库”这一术语在20世纪80年代初被提出。但早在20世纪70年代出现的数据库管理系统就体现了主动性的特征。如70年代初公布的DBTG报告中就有对数据库的操作能自动做出响应的命令。在70年代中后期推出的关系数据库管理系统QBE和IBM公司研制的System R中引入了触发器机制,用于对特定事件做出响应。对主动数据库的大量研究工作是在80年代中后期展开的。到80年代末90年代初,已经研制出一批有影响的主动数据库原型系统,如美国加州大学伯克利分校研制的POSTGRES系统,美国计算机公司主持的研究项目HiPAC系统,IBM公司Almaden研究中心的Starburst和Alert系统,AT&T公司贝尔实验室的Ode系统等。早期的数据库管理系统中,主动性主要体现为做一些数据的一致性和完整性检查。近年来,在一些商用数据库管理系统,如Oracle、DB2、Sybase、Informix等数据库系统中,也都以触发器、规则以及类似形式提供主动服务功能。在SQL标准(SQL3)中也新加入了触发器的功能,以实现对主动功能的支持。
主动数据库的关键技术是事件驱动的ECA规则,即事件-条件-动作规则被大多数主动数据库系统接受,用来表示数据库的主动行为。ECA规则的含义是:当某一特定事件发生时相应的规则被激活,系统检查规则的条件是否成立,若条件被满足,则执行规则规定的动作。
对主动数据库的研究主要围绕ECA主动规则展开,研究的主要问题包括事件的表示和监测,ECA规则的表示、管理和执行,加入ECA规则后的系统结构、系统实现模式和方法等。近年来,对主动数据库的研究在理论和实现上已经取得了很大成效,涉及的主要概念和技术有:
(1)知识模型:主动数据库管理系统中描述、存储和管理ECA规则的模型。ECA规则的事件、条件和动作构成了知识模型的基本成分。在ECA规则的描述中,事件分为原子事件和复合事件,其中原子事件有数据库操作事件、时钟事件、用户定义的事件、异常事件、外部事件等;条件为数据库谓词、限定谓词、数据库查询和应用过程等;动作为数据库查询操作和修改操作、其他数据库命令、应用程序等。
(2)执行模型: 表示ECA规则的处理、执行方式,包括规则的处理粒度、耦合模式、触发方式、规则执行顺序及错误处理等。
(3)条件评估:条件评估是影响规则处理效率的关键技术,需要有效的算法对条件进行求值。目前已有的减少条件评估代价的方法有多种,如多重条件同时求值算法、增量评估算法等。
(4)事务模型:表示事务的执行模式。传统数据库中的事务为平面事务(flat transaction)。而在主动数据库中,规则处理必须与用户事务同步进行,必须给规则提供事务管理功能。由于ECA规则的条件和动作具有多种不同的耦合模式,一条规则的执行又可能触发新的规则,使得主动数据库中的事务形成了嵌套结构,称为嵌套事务模型。
(5)规则分析:规则的两个重要特性是可终止性(termination)和合流性(confluence),称为规则行为特性。在设计规则时,如何确定被触发的多条规则的执行是可终止的以及多条规则按照不同顺序执行的结果是一致的,是规则分析的主要内容。
(6)系统结构:主动数据库是被动数据库功能的扩展,被动数据库管理系统和主动功能之间的耦合程度是区别不同系统结构的一个重要方面。主要的系统结构有三种: 分层结构、集成结构和编译型结构。分层结构又称为松散耦合结构,所有的主动功能都在被动数据库系统的上层实现; 集成结构又称为紧耦合结构,所有主动功能模块作为整个数据库管理系统的一部分嵌入在DBMS中; 编译型结构是指应用过程或数据库操作被编译时系统自动进行修改,使其包含主动数据库规则的效应。
(7)规则优化:规则优化是提高规则执行效率的关键技术,如何将规则分析结果与查询优化技术相结合以支持有效的规则集的优化是规则优化研究的一个问题。
在过去的十多年里,对主动数据库的研究在理论和实现上已经取得了很大成效,一些基本的概念已经形成,许多商业数据库产品已经支持有限的主动规则机制,并提出把主动服务功能作为其系统的重要发展方向。主动性功能在许多领域得到应用,如金融投资管理、医疗保险管理、自动制造、交通管理、网络管理、信息系统管理、设备监控、故障报警等领域。但对主动数据库的研究和应用还存在许多问题没有得到很好的解决,其中之一是主动规则的分析和设计。由于规则的行为难以预测,特别是在规则数目很大的时候,规则之间的相互作用会变得很复杂而难以管理。虽然已经有一些规则分析和调试工具,但也是在有限的环境和条件下进行的。另外一个问题是系统性能,由于规则执行需要评估规则条件和执行规则的动作,在性能优化的时候就必须考虑规则与事务之间的相互作用。事件检测、规则执行等都会影响主动数据库系统的性能。尽管这样,但主动性功能已被用于商业处理,这将表明在未来的数据库管理系统中将会提供更多、更复杂的主动性服务功能。而随着这些商品化系统的广泛应用,数据库的主动性功能将在各种应用中发挥越来越大的作用。
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