嵌入式數據庫典型技術(shù)―SQLite和Berkeley

嵌入式數據庫典型技術(shù)―SQLite和Berkeley

摘要:與常見(jiàn)的數據庫相比，嵌入式數據庫具有體積小、功能齊備、可移植性、健壯性等特點(diǎn)，本文分析和比較了典型的嵌入式數據庫SQLite和BerkeleyDB。首先從體系結構、子系統間調用關(guān)系、任務(wù)執行過(guò)程等角度對SQLite和BerkeleyDB進(jìn)行了詳細分析，然后重點(diǎn)從數據類(lèi)型、存儲方式、模式、數據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(diǎn)，最后列舉了一個(gè)基于A(yíng)RM—Linux的SQLite應用實(shí)例。
關(guān)鍵詞:SQLite、BerkeleyDB、SQL、虛擬數據庫引擎（VDBE）

引言

隨著(zhù)計算機技術(shù)與其它學(xué)科間的不斷交融、滲透，數據庫應用的范圍更加深入和具體。那些僅適用于PC機，體積龐大、延時(shí)較長(cháng)的數據庫技術(shù)已不能滿(mǎn)足針對性較強的嵌入式系統開(kāi)發(fā)的需求。SOLite和Berkeley DB是目前應用較廣泛、技術(shù)較穩定的兩種嵌入式數據庫。然而，國內對嵌入式數據庫的研究起步較晚，還沒(méi)能引起更多人的關(guān)注。更多人熟悉那些基于C/S或B/S結構的關(guān)系型數據庫來(lái)實(shí)現數據的存儲、檢索等功能。然而，在嵌入式系統中，由于軟硬件資源有限，不可能安裝龐大的數據庫服務(wù)器，而用戶(hù)的需求可能由一個(gè)簡(jiǎn)單的基于磁盤(pán)文件的數據庫系統就能實(shí)現，這僅僅是利用了那些數據庫的基本特性。此時(shí)，對嵌入式數據庫的研究就顯得尤為重要了。

1嵌入式數據庫

嵌入式數據庫通常是與嵌入式操作系統及具體的應用集成在一起，無(wú)需獨立運行數據庫引擎，由程序直接調用相應的API就可實(shí)現對數據的存取操作。嵌入式系統的開(kāi)發(fā)環(huán)境決定了其數據庫的特點(diǎn)：

1、 體積適當

由于嵌入式系統自身的特點(diǎn)，對數據的存儲和程序的運行都有較強的空間限制，所以嵌入式數據庫首先應該保障的就是適當的體積。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)就是占用盡量少的ROM、RAM及CPU的資源。

2、 功能齊備

嵌入式系統開(kāi)發(fā)中，用戶(hù)需求決定了需要一個(gè)大小適中、功能齊備的數據庫來(lái)實(shí)現數據

管理，這就使得開(kāi)發(fā)人員要采用一個(gè)能夠提供完備開(kāi)發(fā)文檔且易于開(kāi)發(fā)的數據庫技術(shù)。此外，

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在嵌入式設備中，數據庫的管理對用戶(hù)來(lái)說(shuō)是透明的，這就要求此數據庫能夠自動(dòng)完成啟動(dòng)初始化、日志管理、數據壓縮、備份、數據恢復等功能；而且嵌入式設備經(jīng)常有不可預料的硬復位，這就需要此數據庫有高度的健壯性。

3、 可移植性

嵌入式系統的平臺種類(lèi)繁多，因此嵌入式數據庫應有一定的可移植性，以適用于不同的軟硬件平臺。

4、代碼開(kāi)源

開(kāi)源的代碼在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中不僅可以減少開(kāi)發(fā)成本，更重要的是為后期的維護完善和穩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(gè)小型的C庫開(kāi)發(fā)的一種強有力的嵌入式關(guān)系數據庫管理體制。雖然功能較Berkeley DB稍顯遜色，但它簡(jiǎn)單易學(xué)、速度較快，同時(shí)提供了豐富的數據庫接口，提供了對SQL92的大多數支持：支持多表和索引、事務(wù)、視圖、觸發(fā)和一系列的用戶(hù)接口及驅動(dòng)。

SQLite的體系結構大體上可以分成八個(gè)主要的子系統，如圖1所示。對數據庫進(jìn)行的各種操作都是按照此順序，逐一執行的。頂層是標記處理器（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(guò)優(yōu)化的B樹(shù)，這樣有助于運行在可調整的頁(yè)面緩沖上時(shí)，對磁盤(pán)的查找降低到最小。再往下是頁(yè)面高速緩存，它作用在OS的抽象層之上，這樣的體系結構使數據庫的可移植性變?yōu)榭赡堋?/P>

該體系結構的核心是虛擬數據庫引擎（VDBE）。VDBE完成與數據操作相關(guān)的全部任務(wù)，并且是客戶(hù)和存儲之間信息交換的中間單元。從各個(gè)角度分析，它都是SQLite的核心。當SQL語(yǔ)句被分析后，VDBE便開(kāi)始工作。代碼生成器將分析樹(shù)翻譯成一個(gè)袖珍程序，隨后這些袖珍程序又被組合成VDBE的虛擬機器語(yǔ)言表示的一系列指令。如此反復，VDBE執行每條指令，最終完成SQL語(yǔ)句指定的查詢(xún)要求。

SQLite有以下特性：支持ACID事務(wù)、零配置―無(wú)需安裝和管理配置、存儲在單一磁盤(pán)文件中的一個(gè)完整的數據庫、數據庫文件可以在不同字節順序的機器間自由共享、支持數據庫大小至2TB、足夠小、全部源碼大致3萬(wàn)行C代碼，250KB、比目前流行的大多數據庫運行速度快，提供了對事務(wù)功能和并發(fā)處理的支持、應用Transaction既保證了數據的完整性，也會(huì )提高運行速度，因為多條語(yǔ)句一起提交給數據庫的速度會(huì )比逐一提交的方式更快、獨立、沒(méi)有額外依賴(lài)。

3 Berkeley DB

Berkeley DB是由sleepycat software開(kāi)發(fā)的輕量級嵌入式數據庫，它不僅適用于嵌入式系統，而且可以直接連接到應用程序內部，和應用程序運行在同一地址空間。傳統的數據庫一般作為獨立服務(wù)器工作，而B(niǎo)erkeley DB是軟件開(kāi)發(fā)庫，開(kāi)發(fā)者將它嵌入到應用程序中，應用程序本身就是一個(gè)服務(wù)器，而只是利用嵌入式數據庫開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現定制的數據庫邏輯，避免了與應用服務(wù)器進(jìn)程間通信的開(kāi)銷(xiāo)，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。

一般而言，Berkeley DB數據庫系統可以大致分為五個(gè)子系統，如圖2所示。

1、 存取管理子系統（Access Methods）

該子系統為創(chuàng )建和訪(fǎng)問(wèn)數據庫文件提供基本的支持。在沒(méi)有事務(wù)管理的情況下，該子系統中的模塊可單獨使用，為應用程序提供快速高效的數據存取服務(wù)。

2、 內存池管理子系統（Memory Pool）

該子系統就是Berkeley DB所使用的通用共享內存緩沖區，該子系統可以被應用程序單獨使用。

3、 事務(wù)子系統（Transaction）

該子系統為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)子系統適用于對需要事務(wù)保證的數據進(jìn)行修改的場(chǎng)合。

4、 鎖子系統（Locking）

該子系統提供進(jìn)程之間以及進(jìn)程內部的并發(fā)管理機制，為系統提供多用戶(hù)讀取和單用戶(hù)修改同一對象的共享控制。該子系統可以被應用程序單獨使用。

5、 日志子系統（Logging）

該子系統采用的是先寫(xiě)日志的策略，支持事務(wù)子系統進(jìn)行數據恢復，保證數據一致性。

4、SQLite與Berkeley DB的異同

通過(guò)上面的一些介紹，也許會(huì )對SQLite和Berkeley DB有了一定的了解。從目前的趨勢看，這兩款嵌入式數據庫有著(zhù)旺盛的生命力，較好的應用領(lǐng)域及發(fā)展空間。筆者翻閱了大量的資料，從各個(gè)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)系數據庫

是否支持SQL

開(kāi)發(fā)語(yǔ)言

數據類(lèi)型

存儲方式

存儲模式

數據庫引擎

適用系統

錯誤處理

加密功能

是否免費

難易程度

是

是

C語(yǔ)言

無(wú)

轉換成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(yǔ)言

無(wú)

原樣存儲

Btree、Hash、Queue和Recno

無(wú)

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

較詳細

強

部分

較難

通過(guò)此表我們可以較為直觀(guān)地看到，SQLite和Berkeley DB在數據庫類(lèi)型、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、存儲方式、模式等方面有著(zhù)較大的差異。下面筆者就對其中某些重要方面進(jìn)行相對詳細的論述：

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