【优秀硕士论文参考】一种嵌入式移动实时数据库管理系统缓冲区管理机制研究.docx

分类号学号学校代码密级公开律中科技火掌硕士学位论文一种嵌入式移动实时数据库管理系统缓冲区管理机制研究姓名：专业:计算机软件与理论指导教师：辩论时间：2008年5月28日摘要随着移动通信技术的快速开展和移动计算机的大量普及，由移动计算、实时应用结合传统数据库技术而形成的嵌入式移动实时数据库系统已成为数据库领域的新兴热点课题。其缓冲区管理在数据库管理系统中有着特殊的根底性地位，它也要同事务调度，并发控制策略一样充分考虑资源、时效、应用环境的限制，才能设计有力支持事务的实时性和移动性的高效的缓冲区管理算法。传统的缓冲区管理算法主要借鉴操作系统的页面管理算法如LRU,FIFO,CLOCK等,实现虽然简单但是不适合移动实时环境；另外一个研究方向就是多缓冲池的配置，实现比较困难。同时对移动数据库的研究很多都是以内存数据库为前提，也很少考虑缓冲区管理，实际上嵌入式移动数据库不一定都是内存数据库.随着半导体技术的开展，很多嵌入式移动设备都配有一定容量的外存来满足数据持久化需求。所以研究新的Emrtdbms缓冲区管理策略非常必要。结合嵌入式、移动、实时环境的特点，充分考虑播送策略，实时数据库系统事务的特征、数据特点，一套新的以提高缓冲页命中率和提高实时事务按时完成比率为目标的客户端和效劳端缓冲区管理算法：识别事务截止期的混合优先级缓冲区管理算法和识别数据特征和事务截止期的综合优先级缓冲区管理算法充分考虑了以上新特点；通过在IinUX平台下利用多进程程序设计技术设计的客、服端缓冲区管理原型系统，从缓冲区缺页率、实时事务错失率等方面进行性能评测实验，实验结果显示它与其它几种算法相比具有相对较好的综合性能。关键词：缓冲区管理，替换策略，缓存，截止期AbstractWiththefastdevelopmentofmobilecommunicationtechnologyandthelargenumberofpopularmobilecomputation,EmbeddedMobileReal-timeDatabaseSystemwhichintegratethemobilecomputation,real-timeapplicationandtraditionaldatabasetechnologybecomeafocusintheresearchofdatabase.Thebuffermanagementinthissystemisinaspecialbasicposition,whichshouldconsideraboutthelimitationofresource,timeandapplicationofenvironmentaljustlikedispatchandcontrolstrategy,thendesignaefficientbuffermanagementalgorithmwhichsupportthereal-timeandmovementofthetransaction.TraditionalbuffermanagementalgorithmsarefromtheoperatingsystemmanagementpagesalgorithmssuchasLRU,FIFO,CLOCKetc,althoughtherealizationofthesealgorithmsaresimplebuttheyarenotsuitableforreal-timemobileenvironment;anotherresearchdirectionismorebufferpoolsconfigurationandtherealizationofthealgorithmisdifficult.Atthesametimetheresearchesofmobiledatabasearealotofmemorydatabaseastheprerequisite,andrarelyconsiderthebuffermanagement;embeddedmobiledatabaseisnotnecessarilymemorydatabase.Withthedevelopmentofsemiconductortechnology,alotofembeddedmobiledevicesareequippedwithoutermemorytomeetthedemandfordatapersistence.Therefore,anewstudyEMRTDBMSbuffermanagementstrategyisnecessary.basedonembedded,mobile,real-timecharacteristicsoftheenvironmentandthinkcarefullyaboutthebroadcastingstrategy,real-timedatabasesystemtransaction,characteristicsofthedata,thenproposethatbothclientandserverbuffermanagementalgorithmswhichregardincreasingthebufferpagehitrateandimprovingreal-ti-metransactioncompletedratioontimeastheobjectiveofalgorithmsefficiency,theyarerespectivelytheintegrativeprioritywithdeadlinebuffermanagementalgorithm(IntePrio-dl)andthecompositiveprioritywithdatacharacteranddeadlinebuffermanagementalgorithm(ComPrio-dc&dl),moreoverdesignedthebuffermanagementprototypesystemofclientdbmsandserverdbmsbasedonlinux.SimulatedexperimentshowsthattheIntePrio-dandComPrio-dc&dlarebetterthansomeotherstrategiesonbufferpagesmissingandtransactionmissingrate.Keywords:buffermanagement,replacementstrategy,cache,deadline摘要IAbstractII1绪论1.I课题背景(1)1.2 嵌入式移动实时数据库概况(1)1.3 嵌入式移动实时数据库管理系统(5)1.4 数据库管理系统缓冲区(8)1.5 本文组织(9)2数据库缓冲区管理的根本策略和方法2.1 数据库管理系统缓冲区管理器的工作原理及主要任务(11)2.2 数据库缓冲区分配方法(14)传统数据库管理系统缓冲区替换算法(16)2.4 实时数据库管理系统缓冲区替换算法(20)2.5 本章小结(22)3一种嵌入式移动实时数据库管理系统缓冲区管理机制3.1 引言与根本假设(24)播送模型(24)3.3 EMRTDBMS客户端(EMRTDBMSCIient)缓冲区管理(26)3.4 EMRTDBMS效劳器端(EMRTDBMSSerVer)缓冲区管理(41)预刷新策略的应用(46)算法性能理论分析(47)本章小结(48)4系统实现与性能评价4.1缓冲区管理原型系统(49)系统性能评价(52)4.3本章小结(55)5总结与展望工作总结(58)5.2展望(58)致谢(60)参考文献(61)1绪论1.1 课题背景数据库系统作为一种重要的计算机科学开展至今已有几十年历史，随着嵌入式系统的广泛应用及嵌入式实时操作系统的不断普及和移动通信技术的快速开展，嵌入式移动实时环境下的数据管理问题成为系统中的重要环节，由移动计算、实时应用以及嵌入式环境结合传统数据库技术而形成的嵌入式移动实时数据库，现己成为数据库系统领域的新兴热点课题。由于嵌入式移动实时环境的特性，与传统数据库管理系统相比，它可以支持更多新的应用：数字化信息效劳，公共信息发布，用户通过无线便携设备了解新闻、股票、天气等资讯信息，并及时做出决策；军事作战，每个士兵或作战设备都作为独立的系统单元，实时处理战场信息并与效劳器进行交互，效劳器综合各单元的移动信息指挥整个战场行动；移动电子商务，随着用户所处地点的改变，数据库查询将总是显示最新有效的适宜商务信息，满足商务用户对位置相关和异地操作的特殊要求。本课题组的目标便是开发出一个嵌入式移动实时环境下的数据库管理系统，能够高效的管理移动端数据库和效劳器端的数据库。1.2 嵌入式移动实时数据库概况嵌入式系统嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为根底，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、本钱、体积、能耗等有严格要求的专用计算机系统，它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统及用户应用软件等几个局部组成。随着集成电路技术、计算技术、软件工程技术等的日趋成熟和完善，嵌入式系统正深入社会生活各个领域。嵌入式硬件受本钱和体系功耗限制，微处理器一般只有存储器、I/O控制和少量逻辑电路，在嵌入式操作系统上运行的软件要充分考虑这些硬件的性能问题，做相应的特殊优化和设计，以充分利用嵌入式系统资源，提高嵌入式设备的应用效率。移动计算环境计算环境先后经历了集中式计算、分布式计算、网络计算以及移动计算等多种模式，目前受到广泛关注的移动计算技术的迅猛开展，使得各类无线计算设备在没有固定物理连接的情况下也能准确及时地把数据传输到中央信息系统并与之交互，分担全系统的计算压力，使信息能够被位于任何地点的计算设备共享。由于移动计算环境的复杂性，其系统通常采用移动结点和固定结点混合分布的结构。移动设备经无线通道通过移动效劳基站和固定网络相连，可在基站覆盖的一定区域内自由正常使用，整个区域被划分成许多小的单元，各个单元由特定的移动效劳基站管理，基站作为固定结点以高速有线网络互联。与传统分布式系统不同，移动计算环境作为一个动态的分布式系统具有如下新的特点：(1)移动性；(2)频繁断接性；(3)网络条件多样性；(4)网络通信非对称性；(5)移动设备电源支持时间有限；(6)移动网络可靠性低；(7)系统规模可伸缩。实时数据库实时数据库系统(Real-TimeDataBaseSystemzRTDBS)是事务可以具有定时特性或显式定时限制的数据库系统。系统的正确性不仅依赖于逻辑结果，而且依赖于该逻辑结果产生的时间。RTDB并非是数据库和实时系统两者的简单结合，它需要对一系列的概念、理论、技术、方法和机制进行研究开发，如数据模型极其语言，数据库的结构与组织;事务的模型与特性，尤其是截止时间及其类型;事务的优先级分派、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，查询/事务处理算法与优化；I/O调度、恢复、通信的协议，缓冲区调度算法等等，这些问题之间彼此高度相关且与应用的类型紧密相联。实时数据库的主要特性主要表现在数据特征和事务特征上。1 RTDB的数据特征在RTDB中，数据随外部环境状态的变化而快速变化，其值只在一定的时间内是“流行的，过时那么无效了，故系统除了维护数据库内部状态（数据值）的正确性、相容性外，还必须同时维护内部状态与外部环境实际状态的一致性，以及数据用来决策或推导新数据时在时间上的相互一致性。定义1.1RTDB中的一个数据对象D可定义