嵌入数据库索引机制及特点研究
时间：2021-04-09 07:53:35 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要：对最近几年国际及国内在嵌入式数据库索引机制的主要研究成果进行回顾与总结。
关键词：嵌入式数据库；索引机制
中图分类号：TP3
文献标识码：A
文章编号：1671-7597(2011)0120103-01
1 嵌入式数据库概述
1.1 嵌入式数据库的定义。数据库技术是应数据管理任务的需要而产生的。60年代后期，随着计算机技术从科学计算向数据处理的扩展，数据库系统应运而生。数据库系统的出现使信息系统的重心发生了转移，从以加工数据的程序为中心转向以数据共享为核心。而当今的数据库系统向两极化的方向发展，高端的超大型数据库系统(VLDB)解决复杂数据如视频音频数据，多媒体数据，军事领域的数据的处理问题，满足海量数据的存储和访问，它们将运行在下一代巨型主机服务器上，特点是大，强，快；而低端的精小型数据库系统将解决个性化数据的存储和处理问题，它们将嵌入各种电子设备和移动设备中，特点是小，灵，易。后者亦称为嵌入式数据库系统。一般来说，嵌入式数据库系统可以从体系结构方面来定义：嵌入式数据库系统是指支持移动计算或某种特定计算模式的数据库管理系统，它通常与操作系统和具体应用集成在一起，运行在智能型嵌入式设备或移动设备上。嵌入式数据库技术涉及数据库，分布式计算以及移动通讯等多个学科领域，已成为当今数据库技术的一个新的研究方向。嵌入式数据库与传统数据库系统相比具有移动性、频繁的断接性、网络条件的多样性、系统安全性和可靠性较差等特点，使得传统的分布式数据库技术不能有效地支持嵌入式数据库，而必须对它进行进一步的改进和扩充。
1.2 嵌入式数据库的特点。嵌入式数据库系统的设计目的[2]，是在最小的干涉和最小的系统影响下进行数据存储和恢复。由于在实际应用中常常需要嵌入式数据库系统对外部环境做出实时反应，这就要求我们的嵌入式数据库具有实时性，同时要保证数据库系统具有高的成功率从而具备高的可靠性，除此之外，嵌入式数据库还应该具备一定的主动性，能捕获特殊事件并做出相应反应。这使得嵌入式数据库集成了实时数据库系统、内存数据库系统和主动数据库系统的处理技术。嵌入式数据库系统具有以下几个主要特性：1)复制性。嵌入式数据库一般采用某种数据复制模式(上载、下载或混合方式)，与服务器数据库进行映射，满足人们在任意地点、任意时刻访问任意数据的需求。2)事务处理。嵌入式数据库系统中的事务处理在前端可以简单化，但在整个应用系统中可能需要结合移动计算环境的特征进行事务处理控制。3)安全性。许多应用领域的嵌入式设备是系统中数据管理或处理的关键设备，因此嵌入式设备上的数据库系统对存取权限的控制较严格。同时，许多嵌入式设各具有较高的移动性、便携性和非固定的工作环境，也带来潜在的不安全因素。同时某些数据的个人隐私性又很高，因此在防止碰撞、磁场干扰、遗失、盗窃等对个人数据安全的威胁上需要提供充分的安全性保证。4)实时性。如果系统所嵌入的某种移动设备支持实时应用，则嵌入式数据库系统还要考虑实时处理的要求。这是因为设备的移动性，如果应用请求的处理时间过长，任务就可能在执行完成后得到无效的逻辑结果，或有效性大大降低。因此，处理的及时性和正确性同等重要。5)主动性。传统的数据库系统是“被动的”，因为仅当用户或者应用程序“要他动时，他才动”，他只能对现存信息进行处理，而主动数据库能够主动监视当前信息，推断当前还不存在的、未来的状态的出现，一旦这些状态出现能启动相应的活动。
1.3 嵌入式数据库和企业级数据库的比较
现在常用嵌入式数据库的领域是汽车电子和信息家电等领域。嵌入式数据库软件同企业级数据库软件(如IBM公司的DB2、Microbest公司的SQLServer、Oracle公司的Oracle Database)等相比，有以下不同点：
1)内核足够小，可嵌入于应用程序和处理能力受限的硬件环境；2)性能高，比企业级数据库速度要快，实时性要求高；3)成本低，可嵌入手机、车载导航等批量生产的系统里；4)可裁减，能够根据实际需要增加或者减少必要功能模块；5)嵌入性，能够嵌入到软件系统或者硬件系统。对终端用户来说是透明的，他们在使用时意识不到嵌入式数据库的存在，能够免维护。
2 嵌入数据库索引机制及特点
2.1 什么是索引机制。索引是关系数据库的存取路径。在网状和层次数据库中，存取路径是用数据之间的联系来表示的，因此己与数据结合并固定下来。关系数据库中，存取路径和数据是分离的，对用户是隐蔽的。存取路径可以动态建立、删除。存取路径的物理组织通常采用B树类文件结构和HASH文件结构。在一个关系上可以建立若干个索引。有的系统支持组合属性索引，即在两个或两个以上属性上建立索引。索引可以由用户用CREATEINDEX语句建立，用DELETEINDEX删除。在执行查询时EDBMS查询优化模块也会根据优化策略自动地建立索引，以提高查询效率。由此可见，关系数据库中存取路径的建立是十分灵活的。在嵌入式数据库中，工作版本常驻主存，数据的文件形式组织不是重点，但在主存中，仍然需要构建快速的存取路径才能取得高的存取效率；而且，在数据从外存调入主存时，文件型索引将加快这一过程。
2.2 基于嵌入式数据库的索引机制的特点。当前，嵌入式数据库己成为国内外的研究热点。针对嵌入式数据库内存资源有限，通常用于实时环境的特点，所选择的索引机制应在尽量减少内存空间耗用量的同时提高数据操作的速度。为达到快速操作的目的，嵌入式数据库通常采用主存数据库技术。而现有的主存数据库索引机制不能同时满足时空两方面要求，不适用于嵌入式环境下的数据库系统。
嵌入式数据库通常用于实时数据采集，军事领域，航天系统等对事务的执行时间有严格要求的环境中，事务调度的正确性依赖于高效的处理和预测能力。基于FLASH的数据存储技术导致延迟时间无法预测，不能满足对数据快速存取的要求，因此在嵌入式实时系统中采用基于主存的存储策略是一种明智的选择。随着计算机应用的发展，所需要的数据量己远远超过了主存容量的增加，因而，大量文件必须存储在辅助存储器中。为了减少查找、插入和删除中访问盘的次数，需要选择适当方法表示树，使树结构本身适合于辅存文件的查找、插入和删除运算。下面介绍了嵌入式数据库中几种经典的索引机制。
参考文献：
[1]冯玉才，数据库系统基础，武汉：华中理工大学出版社，1993.
[2]徐正权、颜爱萍，B+Tree的改进算法在可复用构件库中的应用，数据库与信息处理，2006，10(5)：72-74.
[3]邓小善，SOL Server数据库索引设计的研究中国科技信息，2006，(22).
[4]乐晓波、吴晓红，一种提高B一树存贮利用率的有效算法，微电子学与计算机，1994.
[5]金树东、冯玉才、孙小薇，多维索引hB-树的改进方法-hB气树，软件学报1998，9(3)
