嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite的原理與應(yīng)用

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唐敏，宋杰

（安徽高校計算機學(xué)院，安徽合肥２３００３９）

２．４代碼開源

開源的代碼在產(chǎn)品的開發(fā)過程中不僅可以削減開發(fā)成本，更重要的是為后期的維護完美和穩(wěn)定運行都提供了最為徹底的解決辦法。

３ＳＱＬｉｔｅ的技術(shù)特性

ＳＱＬｉｔｅ是一個輕量級的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，具有三級模式的結(jié)構(gòu)體系，即用戶模式、規(guī)律模式和存儲模式。相對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，ＳＱＬｉｔｅ具有更好的的實時性、系統(tǒng)開銷小、底層控制能力強。ＳＱＬｉｔｅ能夠高效地利用嵌入式系統(tǒng)的有限資源，提高數(shù)據(jù)的存取速度，增加系統(tǒng)的平安性，并具有如下特點：

（１）零配置。ＳＱＬｉｔｅ在使用前不需要安裝設(shè)置，不需要進程來啟動、停止或配置，不需要管理員去創(chuàng)建新數(shù)據(jù)庫或分配用戶權(quán)限，在系統(tǒng)崩潰或失電之后自動恢復(fù)。

（２）對標(biāo)準(zhǔn)ＳＱＬ的支持。ＳＱＬｉｔｅ雖然容易，但其內(nèi)嵌的ＳＱＬ在很大程度上實現(xiàn)了ＡＮＳＩＳＱＬ９２標(biāo)準(zhǔn)。特殊是ＳＱＬｉｔｅ支持視圖，觸發(fā)器，支持嵌套ＳＱＬ；ＳＱＬｉｔｅ還具有事務(wù)處理功能，自動維護事務(wù)的完整性、原子性等特性，支持實體完整性和參照完整性，充分滿足了嵌入式應(yīng)用開發(fā)的需求。

（３）無服務(wù)器。大多數(shù)ＳＱＬ數(shù)據(jù)庫引擎是作為一個單獨的服務(wù)器進程被執(zhí)行。拜訪數(shù)據(jù)庫的程序使用某種內(nèi)部進程通信（典型的是ＴＣＰ／ＩＰ）與服務(wù)器通信，完成發(fā)送哀求到服務(wù)器和接收查詢結(jié)果的工作。ＳＱＬｉｔｅ不采納這種工作方式。使用ＳＱＬｉｔｅ時，拜訪數(shù)據(jù)庫的程序直接從磁盤上的數(shù)據(jù)庫文件讀寫。沒有中間的服務(wù)器進程。

（４）精簡性。當(dāng)尺寸優(yōu)化后，在不削減功能的狀況下，囫圇ＳＱＬｉｔｅ庫小于２２５ＫＢ。假如在編譯時去掉一些不需要的特性，庫的大小能被減小到１７０ＫＢ。ＩＢＭ發(fā)行的ＣｌｏｕｄＳｃａｐｅ數(shù)據(jù)庫引擎是２ＭＢ的罐文件，壓縮后仍比ＳＱＬｉｔｅ大１０倍；Ｆｉｒｅｆｏｘ宣稱其客戶訂制的庫惟獨３５０ＫＢ，但是不包括數(shù)據(jù)庫引擎；來自Ｓｌｅｅｐｙｃａｔ的ＢｅｒｋｅｌｅｙＤＢ庫是４５０ＫＢ，并且刪去了ＳＱＬ支持。通過比較可知：ＳＱＬｉｔｅ是十分小的。

（５）容易的拜訪。一個ＳＱＬｉｔｅ數(shù)據(jù)庫是一個單獨的一般磁盤文件，能夠被定位在路徑層次的任何地方。假如ＳＱＬｉｔｅ能讀寫磁盤文件，則它也能拜訪數(shù)據(jù)庫。大多數(shù)ＳＱＬ數(shù)據(jù)庫引擎趨向于把數(shù)據(jù)存為一個大的文件集合，通常這些文件在一個標(biāo)準(zhǔn)的定位中，惟獨數(shù)據(jù)庫引擎本身能拜訪它。

（６）可變長度的記錄。普通的ＳＱＬ數(shù)據(jù)庫引擎在表中為每一個記錄分配一個固定的磁盤空間數(shù)，ＳＱＬｉｔｅ只使用一個記錄中實際存儲信息的磁盤空間數(shù)。明顯，這會使數(shù)據(jù)庫十分小，同時，因為在磁盤上移動的信息很少，也使數(shù)據(jù)庫很快。

（７）數(shù)據(jù)類型

ＳＱＬｉｔｅ最大的特點在于其數(shù)據(jù)類型為很多據(jù)類型（ｔｙｐｅｌｅｓｓｎｅｓｓ）。這意味著可以保存任何類型的數(shù)據(jù)到所想要保存的任何表的任何列中，無論這列聲明的數(shù)據(jù)類型是什么。雖然在生成表結(jié)構(gòu)的時候，要聲明每個域的數(shù)據(jù)類型，但ＳＱＬｉｔｅ并不做任何檢查。開發(fā)人員要靠自己的程序來控制輸入與讀出數(shù)據(jù)的類型。這里有一個例外，就是當(dāng)主鍵為整型值時，假如要插入一個非整型值時會產(chǎn)生異樣。

（８）使用虛擬機在ＳＱＬｉｔｅ中使用虛擬機對于庫的進展有很大的益處。虛擬機在前端與后端之間預(yù)備了一個好的銜接。虛擬機對于它所編譯的每一個聲明使開發(fā)者看起來清晰且容易易讀的，這在調(diào)試時有協(xié)助。依靠于它的編譯，ＳＱＬｉｔｅ也有跟蹤虛擬機執(zhí)行打印執(zhí)行指令和它執(zhí)行結(jié)果的能力。

（９）牢靠性較好。ＳＱＬｉｔｅ有良好解釋的源代碼，并且有著９８％以上的測試籠罩率，有一支專業(yè)技術(shù)隊伍對系統(tǒng)舉行測試與維護工作。并且配備自立的命令行程序便利管理數(shù)據(jù)庫。

４ＳＱＬｉｔｅ的體系結(jié)構(gòu)

ＳＱＬｉｔｅ數(shù)據(jù)庫是Ｄ．ＲｉｃｈａｒｄＨｉｐｐ用Ｃ語言編寫的開源嵌入式數(shù)據(jù)庫，支持的數(shù)據(jù)庫大小為２ＴＢ，所有源代碼約３萬行。ＳＱＬｉｔｅ采納模塊化的設(shè)計，主要由４個部分組成：內(nèi)核（Ｃｏｒｅ）、ＳＱＬ編譯器（ＳＱＬＣｏｍｐｉｌｅｒ）、后端（Ｂａｃｋｅｎｄ）以及附件（Ａｃｃｅｓｓｏｒｉｅｓ）。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖１所示。

ＳＱＬｉｔｅ的接口是一些已經(jīng)編寫好的Ｃ庫，即使使用不同語言的ＡＰＩ，在底層仍然使用Ｃ庫執(zhí)行。ＳＱＬ語句通過接口進入到高效的ＳＱＬ編譯器，由標(biāo)記處理器（ｔｏｋｅｎｉｚｅｒ）分解成檸檬分析器（ｐａｒｓｅｒ）可以識別的各個標(biāo)志符，然后由分析器重新組合標(biāo)志符并調(diào)用代碼生成器（ｃｏｄｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ）生成虛擬機器碼，交由虛擬機（ｖｉｒｔｕａｌｍａｃｈｉｎｅ）去執(zhí)行，終于完成ＳＱＬ語句指定的任務(wù)。虛擬機是ＳＱＬｉｔｅ內(nèi)部結(jié)構(gòu)的核心，不僅完成與數(shù)據(jù)操作相關(guān)的所有操作，而且還是客戶和存儲之間信息舉行交換的中間單元。數(shù)據(jù)庫根據(jù)Ｂ樹（Ｂ－ｔｒｅｅ）的形式存儲在磁盤上，通過可調(diào)節(jié)的頁面緩沖（ｐａｇｅｒ）獲得對數(shù)據(jù)的迅速查找和存儲。為了便利移植，ＳＱＬｉｔｅ使用一個抽象層接口（ＯＳｉｎｔｅｒｆａｃｅ）與不同操作系統(tǒng)舉行對接。

５ＳＱＬｉｔｅ的開發(fā)技術(shù)

５．１命令行程序的使用

在ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ＳＱＬｉｔｅ．ｏｒｇ／ｄｏｗｎｌｏａｄ．ｈｔｍｌ頁中有ＰｒｅｃｏｍｐｉｌｅｄＢｉｎａｒｉｅｓＦｏｒＷｉｎｄｏｗｓ（在此我們以Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系統(tǒng)為例）這個標(biāo)題下面有ｓｑｌｉｔｅ－３＿ｘ＿ｙ．ｚｉｐ（ｘ，ｙ表示小版本號）后面的解釋為Ａｃｏｍｍａｎｄ－ｌｉｎｅｐｒｏｇｒａｍｆｏｒａｃｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｍｏｄｉｆｉｎｇｓｑｌｉｔｅｄａｔａｂａｓｅｓ。下載并解壓ｓｑｌｉｔｅ－３＿ｘ＿ｙ．ｚｉｐ文件，解壓后的文件是一個ｓｑｌｉｔｅ３．ｅｘｅ文件，將該可執(zhí)行文件放到安裝操作系統(tǒng)的名目下既可。運行ｃｍｄ命

令進入命令行窗口，輸入ｓｑｌｉｔｅ３回車，你會看到第一行：ｓｑｌｉｔｅｖｅｒｓｉｏｎ３．ｘ．ｙ；其次行：Ｅｎｔｅｒ“．ｈｅｌｐ”ｆｏｒｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ；第三行：ｓｑｌｉｔｅ＞（ＳＱＬｉｔｅ的命令提醒符）。在命令提醒符下輸入．ｈｅｌｐ回車可以查看到提供的命令及解釋?，F(xiàn)在我們以前學(xué)習(xí)的ＳＱＬ的一些常用命令就可以用了。

圖１ＳＱＬｉｔｅ３的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

５．２常用函數(shù)簡介

最新版本的ＳＱＬｉｔｅ提供的Ｃ語言接口的函數(shù)已有一百五十個但核心函數(shù)是下面介紹的幾個，利用這幾個函數(shù)就可以實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)存儲和管理。

（１）ｓｑｌｉｔｅ３＿ｏｐｅｎ（）

打開數(shù)據(jù)庫函數(shù)原型：

ｉｎｔｓｑｌｉｔｅ３＿ｏｐｅｎ（

ｃｏｎｓｔｃｈａｒ＊ｆｉｌｅｎａｍｅ，／＊Ｄａｔａｂａｓｅｆｉｌｅｎａｍｅ（ＵＴＦ－８）＊／

ｓｑｌｉｔｅ３＊＊ｐｐＤｂ／＊ＯＵＴ：ｓｑｌｉｔｅｄｂｈａｎｄｌｅ＊／

）；

ｉｎｔｓｑｌｉｔｅ３＿ｏｐｅｎ１６（

ｃｏｎｓｔｖｏｉｄ＊ｆｉｌｅｎａｍｅ，／＊Ｄａｔａｂａｓｅｆｉｌｅｎａｍｅ（ＵＴＦ－１６）＊／

ｓｑｌｉｔｅ３＊＊ｐｐＤｂ／＊ＯＵＴ：ｓｑｌｉｔｅｄｂｈａｎｄｌｅ＊／

）；

ｉｎｔｓｑｌｉｔｅ３＿ｏｐｅｎ＿ｖ２（

ｃｏｎｓｔｃｈａｒ＊ｆｉｌｅｎａｍｅ，／＊Ｄａｔａｂａｓｅｆｉｌｅｎａｍｅ（ＵＴＦ－８）＊／

ｓｑｌｉｔｅ３＊＊ｐｐＤｂ，／＊ＯＵＴ：ｓｑｌｉｔｅｄｂｈａｎｄｌｅ＊／

ｉｎｔｆｌａｇｓ，／＊Ｆｌａｇｓ＊／

ｃｏｎｓｔｃｈａｒ＊ｚＶｆｓ／＊ＮａｍｅｏｆＶＦＳｍｏｄｕｌｅｔｏｕｓｅ＊／

）；

第一個函數(shù)是打開ＵＴＦ－８格式編碼的數(shù)據(jù)庫；其次個函數(shù)是打開ＵＴＦ－１６格式編碼的數(shù)據(jù)庫；第三個函數(shù)在沒有接收額外參數(shù)說明的狀況下與第一個用法相同，這兩個額外的參數(shù)可以是下列的其中之一：ＳＱＬＩＴＥＯＰＥＮＲＥＡＤＯＮＬＹ，ＳＱＬＩＴＥＯＰＥＮＲＥＡＤ－ＷＲＩＴＥ，ＳＱＬＩＴＥＯＰＥＮＲＥＡＤＷＲＩＴＥ／ＳＱＬＩＴＥＯＰＥＮＣＲＥＡＴＥ。

ｓｑｌｉｔｅ３＿ｏｐｅｎ（）打開指定的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫文件的路徑和名稱由ｆｌｉｌｅｎａｍｅ參數(shù)確定。假如文件不存在，就創(chuàng)建這個文件。文件打開或創(chuàng)建勝利，函數(shù)返回ＳＱＬＩＴＥ＿ＯＫ，同時通過ｐｐＤｂ參數(shù)返回合法的數(shù)據(jù)庫句柄，否則函數(shù)返回相應(yīng)的異樣代碼。

（２）ｓｑｌｉｔｅ３＿ｃｌｏｓｅ（）

關(guān)閉數(shù)據(jù)庫函數(shù)原型：ｉｎｔｓｑｌｉｔｅ３＿ｃｌｏｓｅ（ｓｑｌｉｔｅ３＊ｄｂ）；

ｓｑｌｉｔｅ３＿ｃｌｏｓｅ（）關(guān)閉已經(jīng)打開的數(shù)據(jù)庫。ｄｂ參數(shù)傳遞的是被關(guān)閉數(shù)據(jù)庫的句柄。ｓｑｌｉｔｅ３＿ｃｌｏｓｅ（）和ｓｑｌｉｔｅ３＿ｏｐｅｎ（）是成對使用的，值得注重的是，當(dāng)ｓｑｌｉｔｅ３＿ｏｐｅｎ（）打開數(shù)據(jù)庫失敗，ｐｐＤｂ指針參數(shù)返回一個無效的數(shù)據(jù)庫句柄時，仍然需要調(diào)用ｓｑｌｉｔｅ３＿ｃｌｏｓｅ（），有效地釋放指針參數(shù)占用的資源。關(guān)閉已打開的數(shù)據(jù)庫，勝利返回ＳＱＬＩＴＥ？＿ＯＫ，失敗返回ＳＱＬＩＴＥ＿ＥＲＲＯＲ，假如數(shù)據(jù)庫還沒有完成操作，將返回ＳＱＬＩＴＥ＿ＢＵＳＹ。

（３）ｓｑｌｉｔｅ３＿ｅｘｅｃ（）

執(zhí)行數(shù)據(jù)庫函數(shù)原型：

ｉｎｔｓｑｌｉｔｅ３＿ｅｘｅｃ（

ｓｑｌｉｔｅ３＊，／＊Ａｎｏｐｅｎｄａｔａｂａｓｅ＊／

ｃｏｎｓｔｃｈａｒ＊ｓｑｌ，／＊ＳＱＬｔｏｂｅｅｖａｌｕｔｅｄ＊／

ｉｎｔ（＊ｃａｌｌｂａｃｋ）（ｖｏｉｄ＊，ｉｎｔ，ｃｈａｒ＊＊，ｃｈａｒ＊＊），／＊Ｃａｌｌｂａｃｋｆｕｎｃｔｉｏｎ＊／

ｖｏｉｄ＊，／＊１ｓｔａｒｇｕｍｅｎｔｔｏｃａｌｌｂａｃｋ＊／

ｃｈａｒ＊＊ｅｒｒｍｓｇ／＊Ｅｒｒｏｒｍｓｇｗｒｉｔｔｅｎｈｅｒｅ＊／

）；

這就是執(zhí)行一條ｓｑｌ語句的函數(shù)。第一個參數(shù)不再說了，是前面ｏｐｅｎ函數(shù)得到的指針，是關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其次個參數(shù)ｃｏｎｓｔｃｈａｒ＊ｓｑｌ是一條ｓｑｌ語句，以＼０結(jié)尾。第三個參數(shù)是回調(diào)，當(dāng)這條語句執(zhí)行之后，ＳＱＬｉｔｅ３會去調(diào)用你提供的這個函數(shù)。第四個參數(shù)ｖｏｉｄ＊是你所提供的指針，你可以傳遞任何一個指針參數(shù)到這里，這個參數(shù)終于會傳到回調(diào)函數(shù)里面，假如不需要傳遞指針給回調(diào)函數(shù)，可以填ＮＵＬＬ。第五個參數(shù)ｃｈａｒ＊＊ｅｒｒｍｓｇ是錯誤信息。注重是指針的指針。ＳＱＬｉｔｅ３里面有無數(shù)固定的錯誤信息。執(zhí)行ｓｑｌｉｔｅ３＿ｅｘｅｃ之后，執(zhí)行失敗時可以查閱這個指針（直接ｐｒｉｎｔｆ（“％ｓ＼ｎ”，ｅｒｒｍｓｇ））得到一串字符串信息，這串信息告知你錯在什么地方。ｓｑｌｉｔｅ３＿ｅｘｅｃ函數(shù)通過修改你傳入的指針的指針，把你提供的指針指向錯誤提醒信息，這樣ｓｑｌｉｔｅ３＿ｅｘｅｃ函數(shù)外面就可以通過這個ｃｈａｒ＊得到詳細錯誤提醒。

說明：通常，ｓｑｌｉｔｅ３＿ｃａｌｌｂａｃｋ和它后面的ｖｏｉｄ＊這兩個位置都可以填ＮＵＬＬ。填ＮＵＬＬ表示你不需要回調(diào)。比如你做ｉｎｓｅｒｔ操作，做ｄｅｌｅｔｅ操作，就沒有須要使用回調(diào)。而當(dāng)你做ｓｅｌｅｃｔ時，就要使用回調(diào)，由于ＳＱＬｉｔｅ３把數(shù)據(jù)查出來，得通過回調(diào)告知你查出了什么數(shù)據(jù)。

（４）出錯處理函數(shù)

ｉｎｔｓｑｌｉｔｅ３＿ｅｒｒｃｏｄｅ（ｓｑｌｉｔｅ３＊ｄｂ）；

ｃｏｎｓｔｃｈａｒ＊ｓｑｌｉｔｅ３＿ｅｒｒｍｓｇ（ｓｑｌｉｔｅ３＊）；

ｃｏｎｓｔｖｏｉｄ＊ｓｑｌｉｔｅ３＿ｅｒｒｍｓｇ１６（ｓｑｌｉｔｅ３＊）；

出錯處理函數(shù)有上面的三個函數(shù)。第一個函數(shù)返回錯誤代碼；其次個函數(shù)獵取最近一次操作錯誤信息，對應(yīng)的是ＵＴＦ－８編碼格式；第三個函數(shù)獵取最近一次操作錯誤信息，對應(yīng)的是ＵＴＦ－１６編碼格式。

６ＳＱＬｉｔｅ在ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ平臺上的實現(xiàn)

ＳＱＬｉｔｅ嵌入式數(shù)據(jù)庫提供了以源碼發(fā)布的方式，要在眾多的硬件平臺舉行移植，可以按照不同平臺對源碼舉行交錯編譯來實現(xiàn)。編譯主要有以下幾個步驟：

（１）用“ｅｃｈｏＰＡＴＨ”命令查看ＰＡＴＨ中是否已經(jīng)包含交錯編譯工具ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ｇｃｃ。

（２）到ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｑｌｉｔｅ．ｏｒｇ／下載最新的源代碼包（本文使用的是３．５．４版）ｓｑｌｉｔｅ－３．５．４．ｔａｒ．ｇｚ使用ｔａｒ命令舉行解壓，解壓完成后，進入ｓｑｌｉｔｅ－３．５．４名目下可以看到源代碼和它的一些補充文件。

（３）為了在ＡＲＭ９－ｌｉｎｕｘ下能正常運行ＳＱＬｉｔｅ，需要對相關(guān)的文件作一些修改。將根名目下的Ｍａｋｅｆｉｌｅ．Ｌｉｎｕｘ－ｇｃｃ拷貝并重命名為Ｍａｋｅｆｉｌｅ并使用ｖｉｍ對文件舉行相應(yīng)的修改：找到ＴＯＰ＝．．／ｓｑｌｉｔｅ修改為：ＴＯＰ＝．；ＴＣＣ＝ｇｃｃ－Ｏ６修改為：ＴＣＣ＝ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ｇｃｃ－Ｏ６；ＡＲ＝ａｒｃｒ修改為：ＡＲ＝ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ａｒｃｒ；ＲＡＮＬＩＢ＝ｒａｎｌｉｂ修改為：ＲＡＮＬＩＢ＝ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ｒａｎｌｉｂ；ＭＫＳＨＬＩＢ＝ｇｃｃ－ｓｈａｒｅｄ修改為：ＭＫＳＨＬＩＢ＝ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ｇｃｃ－ｓｈａｒｅｄ。解釋掉下面的行＃ＴＣＬ＿ＦＬＡＧＳ＝－Ｉ／ｈｏｍｅ／ｄｒｈ／ｔｃｌｔｋ／８．４ｌｉｎｕｘ

＃ＬＩＢＴＣＬ＝／ｈｏｍｅ／ｄｒｈ／ｔｃｌｔｋ／８．４ｌｉｎｕｘ／ｌｉｂｔｃｌ８．４ｇ．ａ－ｌｍ－ｌｄｌ

ＴＬＩＢＳ＝將其修改為：ＴＬＩＢＳ＝－ｌｄｌ

（４）修改ｍａｉｎ．ｍｋ文件，把ｓｅｌｅｃｔ．ｏｔａｂｌｅ．ｏ（ＴＣＬＯＢＪ）ｔｏｋｅｎｉｚｅ．ｏｔｒｉｇｇｅ