高级数据库技术-第4章 实时数据库课件.ppt

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1、第4章实时数据库技术4.1实时应用的数据处理随着计算机应用技术的发展，实时系统处理的数据信息量越来越大，对数据处理的功能要求也越来越高。这些应用有着与传统应用不同的特征，主要表现在两个方面：一方面，要维护大量共享数据和控制知识；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；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

2、的系统吞吐量和低的代价，并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”(SeamlessIntegration)的实时数据库才能同时支持定时和一致性。4.2实时数据库简介4.2.1实时数据库系统定义实时数据库技术是实时系统和数据库技术相结合的产物。概括地讲，实时数据库(RealTimeDatabas

3、e，RTDB)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。但是，必须注意的是：实时数据库并非实时系统和数据库技术在概念、结构和方法上的简单集成。它在概念、理论、技术、方法和机制方面具备自身特点。如：数据和数据库的结构与组织；数据处理的优先级控制、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；数据查询/事务处理算法与优化；I/O调度、恢复和通信的协议与算法等，这些问题之间彼此高度相关。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

4、时数据通信等大量问题作深入的理论研究。4.2.2实时系统的主要特性实时应用系统主要特性包括及时性、可预测性和可靠性等。1.及时性实时系统所产生的结果在时间上有着严格的要求，只有符合时间约束的结果才是正确的。在实时系统中，每个任务都有一个截止期，截止期内完成任务所得到的结果才是正确的结果。具体应用实现时必须落实到实时任务（事务）的各项定时特性：事务的松缓度、截止期的粒度和严格性（事务软、硬性）、优先顺序限制、起点到终点的定时限制、价值函数的形状（任务价值随时间的变化情况）等。这些都是定义和处理实时事务以及实现实时数据库系统的基本因素。2.可预测性实时系统的行为必须在一定的时间限

5、度内，而这个限度是可以从系统的定义获得的。这意味着系统对来自于外部输入的反应必须全部是可预测的，就算在最坏的条件下，系统也必须严格遵守时间约束。因此，在出现过载时，系统必须要能以一种可预测的方式来降低它的性能级别。这就要求事先知道任务（事务）的最坏情况执行时间及所需的数据与资源，并要求这种最坏情况的预测与实际的的差别尽可能小。3.可靠性实时系统的可靠性主要是系统的正确性，即系统所产生的结果不仅在值上是正确的，而且在时间上也是正确的。4.结构复杂性实时任务（事务）往往具有各种结构上的相互联系，无结构的、原子和隔离的传统事务模型不完全适用，而实时系统有时要求嵌套或层次结构事务，有

6、时要求分裂和合并、通信与数据交换等，因此必须研究适应实时系统要求的具有复杂结构的事务模型。5.分布规律性实时任务（事务）通常是按一定周期执行的，但也有非周期或随机的，还有一些是长寿（循环或无终止事务）的。为了实现有效调度，必须事先知道各种任务（事务）的类型及其到达的分布规律。长寿事务和周期事务的实现比较容易，而非周期和随机事务则很困难。处理时可以将一个非周期事务的两次执行间的最小间隔时间视作其周期，从而将其当作周期事务来调度；而对于随机事务就只能由系统动态地进行处理。6.不可逆性实时应用中有很多活动是不可逆的，如过程控制的器件加工、物料投放等活动，记录飞行体的位置、速度、方向

7、的事务等，它们都是不可逆的。还原或重启动对于不可逆事务是毫无意义的，因此必须为实时事务的恢复开发新的概念、技术和方法。7.替代性当实时系统认定某个任务不能按时完成时，可以调用其它活动进行替代或补偿，这称为实时系统的应急计划，它可以提供虽非最佳但可用的结果。如何确定应急计划以及应急计划的选择评估及实施都是实时系统应该考虑的部分。4.2.3实时数据库与传统数据库传统数据库的事务具有ACID（Atomaicity,Consistency,Isolation,Durability）特征，其特点如下：1．强调一致