力控實(shí)時數(shù)據(jù)庫簡介
力控科技
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實(shí)時數(shù)據(jù)是監(jiān)控系統(tǒng)最基本的資源，而實(shí)時數(shù)據(jù)庫則是作為整個監(jiān)控組態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)處理和管理的核心。實(shí)時數(shù)據(jù)庫與基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的數(shù)據(jù)庫在原理、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、功能和系統(tǒng)性能方面有很大的不同。<BR> <BR> <BR> 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)旨在處理永久、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，強(qiáng)調(diào)維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性、一致性，其性能目標(biāo)是高的系統(tǒng)吞吐量和低的代價(jià)，并不考慮有關(guān)數(shù)據(jù)及其處理的定時限制，所以，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)不能滿足這種實(shí)時應(yīng)用的需要。而傳統(tǒng)的實(shí)時系統(tǒng)(RTS)雖然支持任務(wù)的定時限制，但它針對的是結(jié)構(gòu)與關(guān)系很簡單、穩(wěn)定不變和可預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)，不涉及維護(hù)大量共享數(shù)據(jù)及它們的完整性和一致性，尤其是時間一致性。<BR> <BR> <BR> 實(shí)時數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)和事務(wù)都有顯式定時限制，系統(tǒng)的正確性不僅依賴于事務(wù)的邏輯結(jié)果，而且依賴于該邏輯結(jié)果所產(chǎn)生的時間。但實(shí)時數(shù)據(jù)庫并不是數(shù)據(jù)庫技術(shù)和實(shí)時系統(tǒng)兩者的簡單結(jié)合，它在概念、理論、技術(shù)、方法和機(jī)制方面具備自身特點(diǎn)。<BR> <BR> <BR> 一、實(shí)時數(shù)據(jù)庫的特征<BR> <BR> 實(shí)時數(shù)據(jù)庫的一個基本特征就是與時間相關(guān)性。實(shí)時數(shù)據(jù)庫在兩方面與時間相關(guān)：<BR> <BR> 1. 數(shù)據(jù)與時間相關(guān)<BR> <BR> �。�1） 時間本身就是數(shù)據(jù)，即從“時間域”中取值，如“數(shù)據(jù)采集時間”；<BR> �。�2）數(shù)據(jù)的值隨時間而變化。與數(shù)據(jù)值變化相聯(lián)的時間，可以是現(xiàn)實(shí)對象狀態(tài)的實(shí)際時間，即“真實(shí)”或“事件”時間；也可以是即數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)數(shù)據(jù)值變化的時間，即“事務(wù)時間”。實(shí)時數(shù)據(jù)的導(dǎo)出數(shù)據(jù)也是實(shí)時數(shù)據(jù)，與之相聯(lián)的時間自然是事務(wù)時間。<BR> <BR> 2. 實(shí)時事務(wù)有定時限制<BR> <BR> 定時限制中比較典型的是“截止時間”。對于實(shí)時數(shù)據(jù)庫，其結(jié)果產(chǎn)生的時間與結(jié)果本身一樣重要，一般只允許事務(wù)存取“當(dāng)前有效”的數(shù)據(jù)，事務(wù)必須維護(hù)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的“事件一致性”。另外，外部環(huán)境的反應(yīng)時間要求也給事務(wù)施以定時限制。在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)隨外部環(huán)境狀態(tài)的變化而快速變化，其數(shù)值只有在一定的時間內(nèi)才是有意義的。故系統(tǒng)除了維護(hù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)部狀態(tài)的正確性、相容性外，還必須同時維護(hù)內(nèi)部狀態(tài)與外部環(huán)境實(shí)際狀態(tài)的一致性，以及數(shù)據(jù)用來決策或推導(dǎo)新數(shù)據(jù)時在時間上的相互一致性。<BR> <BR> 二、實(shí)時數(shù)據(jù)庫使用的技術(shù)<BR> <BR> 力控監(jiān)控組態(tài)軟件的實(shí)時數(shù)據(jù)庫，吸取了DCS實(shí)時數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)思想，支持并發(fā)處理，具有分布式網(wǎng)絡(luò)的功能，并在實(shí)時數(shù)據(jù)、實(shí)時事務(wù)及內(nèi)部緩存處理等方面有其自身特點(diǎn)。<BR> <BR> 1. 實(shí)時數(shù)據(jù)模型<BR> <BR> 包括：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分。<BR> <BR> （1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合。這些對象是數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的基本組成部分，一般可分為兩類，一類是與實(shí)體類型有關(guān)的對象，一類是與實(shí)體間聯(lián)系有關(guān)的對象。因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是描述這類對象類型。一個模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該是簡單的、基本的、易于被用戶理解的，而且還要有足夠強(qiáng)的表達(dá)能力。<BR> �。�2）數(shù)據(jù)操作。數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象類型的實(shí)例（值）允許操作的集合，其中包括各種操作的規(guī)則。對實(shí)時數(shù)據(jù)庫的操作主要包括數(shù)據(jù)更新和查詢兩大類。數(shù)據(jù)模型要定義這些操作的確切含義、操作規(guī)則以及實(shí)現(xiàn)的方法。<BR> 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述，數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。<BR> （3）數(shù)據(jù)的完整性約束。約束的定義進(jìn)一步給出了關(guān)于數(shù)據(jù)模型的動態(tài)特性的描述和限定。如果僅僅限定對特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)執(zhí)行特定的操作，那么仍有可能破壞數(shù)據(jù)的正確性。為此，常常把那些具有普遍性的問題歸納起來，形成一組通用的約束規(guī)則，只允許在滿足規(guī)則的條件下對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新、保存歷史數(shù)據(jù)，這就排除了破壞數(shù)據(jù)正確性操作的可能性。<BR> <BR> 在上述三方面內(nèi)容中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是表達(dá)實(shí)時數(shù)據(jù)庫模型的最重要方面。<BR> <BR> 2. 實(shí)時事務(wù)的模型與特性<BR> 傳統(tǒng)的事務(wù)模型不適用于實(shí)時數(shù)據(jù)的處理。在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，采用復(fù)雜事務(wù)模型，即嵌套、分裂/合并、合作、通信等事務(wù)模型。實(shí)時事務(wù)間有多種交互行動和同步，存在結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)、行為、時間上的相關(guān)性，以及在執(zhí)行方面的相互依賴性。<BR> <BR> 3. 實(shí)時事務(wù)的處理<BR> 實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的事務(wù)有多種定時限制，其中最典型的是事務(wù)截止期要求，即能控制事務(wù)的執(zhí)行順序。所以，需要根據(jù)截止期和緊迫度來標(biāo)明事務(wù)的優(yōu)先級，然后按優(yōu)先級進(jìn)行事務(wù)調(diào)度。另一方面，對于實(shí)時數(shù)據(jù)庫事務(wù)，傳統(tǒng)的可串行化并發(fā)控制不太適合實(shí)時事務(wù)處理特點(diǎn)，實(shí)時事務(wù)處理中允許“放松的可串行化”或“暫緩可串行化”并發(fā)控制。<BR> <BR> <BR> 4. 數(shù)據(jù)存儲與緩沖區(qū)管理<BR> 傳統(tǒng)的磁盤數(shù)據(jù)庫的操作是受I/O限制的，其I/O的時間延遲及其不確定性對實(shí)時事務(wù)是難以接受的。因此，實(shí)時數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)存儲的一個主要問題就是如何消除這種延遲及其不確定性。這需要底層的“內(nèi)存數(shù)據(jù)庫”支持，因而內(nèi)存緩沖區(qū)的管理就顯得更為重要。管理目標(biāo)是高優(yōu)先級事務(wù)的執(zhí)行不應(yīng)受I/O操作問題而受到阻礙，并要解決以下問題：<BR> <BR> <BR> (1) 保證事務(wù)執(zhí)行時，只存取“內(nèi)存數(shù)據(jù)庫”，即其所需數(shù)據(jù)均在內(nèi)存；<BR> (2) 如何給事務(wù)及時分配所需緩沖區(qū)；<BR> (3) 必要時，如何讓高優(yōu)先級事務(wù)搶占低優(yōu)先級事務(wù)的緩沖區(qū)。<BR> <BR> 5．分布式支持<BR> <BR> 力控實(shí)時數(shù)據(jù)庫，即是實(shí)時的，又是分布式的。它負(fù)責(zé)整個應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、數(shù)據(jù)服務(wù)請求處理、與過程的雙向數(shù)據(jù)通訊等任務(wù)，并支持各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。<BR> <BR> 三、實(shí)時數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用<BR> <BR> 實(shí)時數(shù)據(jù)庫無縫地集成了數(shù)據(jù)庫與定時性，兼顧了常規(guī)數(shù)據(jù)庫處理能力和實(shí)時處理技術(shù)需求；集成了實(shí)時數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控組態(tài)軟件，適應(yīng)多種工程或過程及時間關(guān)鍵型的應(yīng)用，在自動化建設(shè)、信息高速公路及信息產(chǎn)業(yè)的建設(shè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。<BR> 利用實(shí)時數(shù)據(jù)庫可以完成以下應(yīng)用： <BR> <BR> 1. 記錄實(shí)時過程的歷史數(shù)據(jù)，用于過程存檔、歷史數(shù)據(jù)查詢、事故分析、系統(tǒng)建模等。<BR> <BR> 2. 連接各種類型的自控設(shè)備，配以監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控。 <BR> <BR> 3. 通過數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)通訊功能構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)。 <BR> <BR> 4. 運(yùn)行在控制系統(tǒng)的上位機(jī)中，在數(shù)據(jù)庫上運(yùn)行先進(jìn)控制軟件、優(yōu)化控制軟件和其它用戶應(yīng)用程序，在客戶機(jī)上運(yùn)行各種界面監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的先進(jìn)控制或優(yōu)化控制的目標(biāo)。 <BR> <BR> 5. 連接多種控制系統(tǒng)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車間級、分廠級及總廠級實(shí)時數(shù)據(jù)綜合利用和管理。 <BR> <BR> 6. 配合關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，構(gòu)建生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)及其它管控一體化系統(tǒng)。 <BR> <BR> 7. 通過數(shù)據(jù)的Web功能，利用Internet/Intranet資源，在瀏覽器上訪問生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。 <BR> <BR> 8. 完全的開放功能，以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為平臺進(jìn)行再次開發(fā)。
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力控科技
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張平
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