建立在Python基礎(chǔ)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)_優(yōu)秀論文

1、 建立在Python基礎(chǔ)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)eXtreme DB和Berkeley Db作為兩款應(yīng)用最為廣泛的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù), 在多個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用, 如：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消費(fèi)電子、國(guó)防、航空航天、工業(yè)控制、軌道交通、能源電力、醫(yī)療設(shè)備、地理信息、汽車(chē)電子、金融實(shí)時(shí)交易、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)等, eXtremeDB在分散控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制站中得到了成功應(yīng)用。與內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)eXtreme DB不同, Berkeley Db以源代碼開(kāi)放的形式為用戶(hù)提供了支持多種語(yǔ)言的API函數(shù)供開(kāi)發(fā)者使用, 包括c、c+、c#、java等。開(kāi)發(fā)者只需要在工程中包含響應(yīng)的頭文件, 就可以和方便的調(diào)用API函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的相

2、關(guān)操作, 特別是在嵌入式系統(tǒng)中, 其應(yīng)用成本比eXtremeDB要更低。Berkeley DB可用于管理和操作測(cè)點(diǎn)信息, 縮短了開(kāi)發(fā)周期, 提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。Python語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、易讀以及可擴(kuò)展, 在國(guó)內(nèi)外逐漸得到了廣泛應(yīng)用, 其應(yīng)用庫(kù)比較豐富, 可與其它高級(jí)語(yǔ)言很容易的結(jié)合。Python目前的版本號(hào)已經(jīng)到了3.6, 本文設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)基于的版本為2.4。作為目前的主流編程語(yǔ)言, Berkeley,Db也提供了基于Python的應(yīng)用模塊bsddb。該模塊封裝了Python語(yǔ)言操作BerkeleyDb的相關(guān)函數(shù), 在Python開(kāi)發(fā)環(huán)境中導(dǎo)入bsddb就可以隨時(shí)調(diào)用BerkeleyD

3、b的相關(guān)函數(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與讀取等操作。本文基于Python語(yǔ)言, 底層通過(guò)Berkeley Db, 開(kāi)發(fā)了一套實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)庫(kù)基于客戶(hù)端/服務(wù)器模式, 服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)操作, 客戶(hù)端通過(guò)TCP/IP協(xié)議與服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊, 以向服務(wù)器發(fā)送已經(jīng)定義好的命令字的形式, 進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)、刪除等過(guò)程。1 基于Python的數(shù)據(jù)庫(kù)操作BerkeleyDB是一個(gè)開(kāi)源的文件數(shù)據(jù)庫(kù), 介于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)與內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)之間, 使用方式與內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)似, 它提供的是一系列直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的函數(shù), 而不是像關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)那樣需要網(wǎng)絡(luò)通訊、SQL解析等步驟。Berkeley DB是一個(gè)高性能的, 嵌入數(shù)據(jù)

4、庫(kù)編程庫(kù)和C語(yǔ)言、C+、Java、Perl、Python、PHP、TCL以及其他很多語(yǔ)言都有綁定。BerkeleyDB可以保存任意類(lèi)型的鍵/值對(duì), 而且可以為一個(gè)鍵保存多個(gè)數(shù)據(jù)。Berkeley,DB可以支持?jǐn)?shù)千的并發(fā)線程同時(shí)操作數(shù)據(jù)庫(kù), 支持最大256TB的數(shù)據(jù), 廣泛用于各種操作系統(tǒng), 包括大多數(shù)Unix類(lèi)操作系統(tǒng)和Windows操作系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。BerkeleyDb有和Python版本號(hào)相對(duì)應(yīng)的bsddb模塊, 需要注意的是, 選擇的bsddb模塊要和Python的版本號(hào)相一致。在安裝的時(shí)候, 該模塊會(huì)自動(dòng)識(shí)別Python的安裝目錄, 并將文件安裝該目錄下, 以便Python工程

5、的調(diào)用。Python操作Berkeley Db最基本的包含以下步驟：1) 初始化數(shù)據(jù)庫(kù)adb = db.DB()2) 打開(kāi)數(shù)據(jù)源adb.open(,)3) 插入或修改數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)adb.put(,)4) 關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)adb.close()當(dāng)然這些只是最簡(jiǎn)單的功能實(shí)現(xiàn), bsddb模塊還提供了更為復(fù)雜的API函數(shù)供Python開(kāi)發(fā)者調(diào)用。2 Python編譯平臺(tái)任何一個(gè)編程語(yǔ)言都需要一個(gè)編譯執(zhí)行環(huán)境, 目前有很多Python開(kāi)發(fā)工具, 比如vim、Sublime Text等, 本文采用Eclipse+pydev作為Python開(kāi)發(fā)工具, 利用Eclipse搭建python執(zhí)行編譯環(huán)境。Eclip

6、se是一個(gè)開(kāi)放源代碼的、基于Java的可擴(kuò)展開(kāi)發(fā)平臺(tái)。就其本身而言, 它只是一個(gè)框架和一組服務(wù), 用于通過(guò)插件組件構(gòu)建開(kāi)發(fā)環(huán)境。它提供了一個(gè)用于開(kāi)發(fā)插件的框架, 使創(chuàng)建、集成和使用軟件工具更容易。Eclipse是著名的跨平臺(tái)的自由集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)。最初主要用來(lái)Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā), 通過(guò)安裝不同的插件Eclipse可以支持不同的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言, 比如C+和Python等開(kāi)發(fā)工具。Eclipse的本身只是一個(gè)框架平臺(tái), 但是眾多插件的支持使得Eclipse擁有其他功能相對(duì)固定的IDE軟件很難具有的靈活性。Eclipse是一種開(kāi)放源集成化開(kāi)發(fā)平臺(tái), 與其他開(kāi)發(fā)平臺(tái)相比, 它最大的優(yōu)點(diǎn)就是它的插件式體

7、系結(jié)構(gòu), 不同的用戶(hù)可以根據(jù)需求開(kāi)發(fā)出自己的工具組件, 并和原有的工具實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的連接, 非常靈活, 極大提高了開(kāi)發(fā)工具的使用效率。Eclipse要安裝好JAVA,JDK后才能運(yùn)行, 如果JAVAJDK沒(méi)有安裝的話, Eclipse是啟動(dòng)不起來(lái)的。下載完以后直接解壓縮使用, 不需要安裝。如果Eclipse搭建python平臺(tái)的話, 需要下載一個(gè)pydev插件, 這也是Eclipse方便的地方, 一個(gè)平臺(tái)利用插件構(gòu)建不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境。插件安裝好以后, 在Eclipse環(huán)境下, 能夠顯示如圖1所示的Pydev包字樣。3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)屬于客戶(hù)端/服務(wù)器模式。服務(wù)器端運(yùn)行了Berke

8、ley,DB相關(guān)操作, 而所有的數(shù)據(jù)命令都是按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的命令字從客戶(hù)端通過(guò)TCP/IP協(xié)議和服務(wù)器通訊, 客戶(hù)端的應(yīng)用通過(guò)C+來(lái)實(shí)現(xiàn), 利用SOCKET編程可實(shí)現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)功能。服務(wù)器端的網(wǎng)絡(luò)通訊這塊, Python提供了專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)絡(luò)通訊模塊t w i s t e d 。t w i s t e d 是一個(gè)用python語(yǔ)言寫(xiě)的事件驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)框架, 可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)阻塞、非阻塞, 同步、異步網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn), 他支持很多種協(xié)議, 包括UDP、TCP、TLS和其他應(yīng)用層協(xié)議, 比如HTTP、SMTP、NNTM、IRC、XMPP/Jabber等, 本文設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主要在服務(wù)器端利用的twisted的TCP/

9、UDP協(xié)議。利用python開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)程序所用的語(yǔ)句遠(yuǎn)少于C+的SOCKET, 且其調(diào)試也更為簡(jiǎn)潔、方便。以增加數(shù)據(jù)點(diǎn)為例, 說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)包格式, 根據(jù)客戶(hù)端和服務(wù)器端的功能碼定義, 數(shù)據(jù)頭和數(shù)據(jù)尾固定的數(shù)值, 由服務(wù)器端接收數(shù)據(jù)包后, 結(jié)合數(shù)據(jù)包包長(zhǎng)進(jìn)行容錯(cuò)判斷, 保證了客戶(hù)端和服務(wù)器通訊的安全可靠。以查詢(xún)數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)構(gòu)為例, 說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在服務(wù)器端接收客戶(hù)端的請(qǐng)求后, 返回給客戶(hù)端的數(shù)據(jù)包格式及所占字節(jié)大小。同樣數(shù)據(jù)頭和數(shù)據(jù)尾固定的數(shù)值, 由客戶(hù)器端接收數(shù)據(jù)包后, 結(jié)合數(shù)據(jù)包包長(zhǎng)進(jìn)行容錯(cuò)判斷, 保證了客戶(hù)端和服務(wù)器通訊的安全可靠.4 結(jié)語(yǔ)本文基于Berkeley Db嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù), 利用Python提供的bsddb模塊設(shè)計(jì)了一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。基于客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S)模式, 客戶(hù)端采用C+語(yǔ)