1 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)
通常，我們采用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索等功能。像MySQL這類(lèi)基于C／S結(jié)構(gòu)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，雖然代表著目前數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的主流，卻并不能滿(mǎn)足所有應(yīng)用場(chǎng)合的需要。很多的應(yīng)用，僅僅利用到了這些數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品的基本特性而已。有時(shí)我們需要的可能只是一個(gè)簡(jiǎn)單的基于磁盤(pán)文件的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，這樣就不必安裝龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。在某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，比如在嵌入式系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的硬件軟件資源都有限，這些數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品就明顯有一些臃腫，甚至是不可實(shí)現(xiàn)的。在這些情況下，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)就特別明顯了。
嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)通常與操作系統(tǒng)和具體應(yīng)用集成在一起，無(wú)須獨(dú)立運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，由程序直接調(diào)用相應(yīng)的API去實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存取操作。更直白地講，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)是一種具備了基本數(shù)據(jù)庫(kù)特性的數(shù)據(jù)文件。嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)與其它數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品的區(qū)別是，前者是程序驅(qū)動(dòng)式，而后者是引擎響應(yīng)式。嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)很重要的特點(diǎn)是它們的體積非常小，編譯后的產(chǎn)品也不過(guò)幾十KB，在一些移動(dòng)設(shè)備上極具競(jìng)爭(zhēng)力。
從目前嵌入式應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)必須充分體現(xiàn)系統(tǒng)的可定制性，即系統(tǒng)選擇的技術(shù)路線(xiàn)要面向具體的行業(yè)應(yīng)用，因而研究源碼開(kāi)放的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)具有特殊意義。
2 Berkeley DB和SQLite
DBkeley DB是一款健壯的、高速的工業(yè)級(jí)開(kāi)放源代碼的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。應(yīng)用它，程序員只需要調(diào)用一些簡(jiǎn)單的API就可以完成對(duì)數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)和管理。
Berkeley DB的源代碼有C和Java兩種，函數(shù)庫(kù)本身只有300KB左右，但卻能夠用來(lái)管理多達(dá)256TB的數(shù)據(jù)。Berkeley DB作為一種嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在許多方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，由于其應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)運(yùn)行在相同的進(jìn)程空間當(dāng)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)可以避免繁瑣的進(jìn)程間通信，因此耗費(fèi)在通信上的開(kāi)銷(xiāo)自然也就降低到了極低程度。其次，Berkeley DB使用簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用接口來(lái)完成所有的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，而不是在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中經(jīng)常用到的SQL語(yǔ)言，避免了對(duì)結(jié)構(gòu)化查詢(xún)語(yǔ)言進(jìn)行解析和處理所需的開(kāi)銷(xiāo)。
SQLite的源代碼是C，其源代碼完全開(kāi)放。SQLite第一個(gè)Alpha版本誕生于2000年5月。今年5月，SQLite又迎來(lái)了一個(gè)新的里程一SOLite 3。
SQLite有以下特性：支持ACID事務(wù)；零配置一無(wú)需安裝和管理配置；儲(chǔ)存在單一磁盤(pán)文件中的一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)庫(kù)文件可以在不同字節(jié)順序的機(jī)器間自由共享；支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)大小至2TB；足夠小，全部源碼大致3萬(wàn)行c代碼，250KB；比目前流行的大多數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)的操作要快；提供了對(duì)事務(wù)功能和并發(fā)處理的支持，應(yīng)用Transaction既保證了數(shù)據(jù)的完整性，也會(huì)提高運(yùn)行速度，因?yàn)槎鄺l語(yǔ)句一起提交給數(shù)據(jù)庫(kù)的速度會(huì)比一條一條的提交方式更快；獨(dú)立，沒(méi)有額外依賴(lài)。
目前，對(duì)Berkeley DB的研究開(kāi)發(fā)工作主要是美國(guó)的sleepycat公司在進(jìn)行，在國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有關(guān)于這方面的研究；而SQLite在國(guó)內(nèi)也是鮮有人問(wèn)津。
2．1 Berkeley DB和SOLite的數(shù)據(jù)庫(kù)操作
與常用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(如MySQL和Oracle等)有所不同，在Berkeley DB中并沒(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的概念。應(yīng)用程序不需要事先同數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)建立起網(wǎng)絡(luò)連接，而是通過(guò)內(nèi)嵌在程序中的Berkeley DB函數(shù)庫(kù)來(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)的保存、查詢(xún)、修改和刪除等操作。所有與數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的操作都由函數(shù)庫(kù)負(fù)責(zé)統(tǒng)一完成，這樣無(wú)論是系統(tǒng)中的多個(gè)進(jìn)程，或者是相同進(jìn)程中的多個(gè)線(xiàn)程，都可以在同一時(shí)間調(diào)用訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的函數(shù)；而底層的數(shù)據(jù)加鎖、事務(wù)日志和存儲(chǔ)管理等都在Berkeley DB函數(shù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)。它們對(duì)應(yīng)用程序來(lái)講是完全透明的。
Berkeley DB不是關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫(kù)，不能應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的SQL語(yǔ)句對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作，對(duì)它的操作要調(diào)用專(zhuān)用的API實(shí)現(xiàn)。這些API提供了查詢(xún)、插入、刪除等功能。比如com.sleepycat.db.Db類(lèi)代表數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象。Db類(lèi)的put( )方法完成的是插入功能；get( )方法完成的是讀出數(shù)據(jù)的功能；com.sleepycat.db.Dbc是Berkeley DB的游標(biāo)類(lèi)，提供了遍歷數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的功能。
使用Berkeley DB提供的函數(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)和管理并不復(fù)雜。在大多數(shù)場(chǎng)合下，只需按照統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)用就可以完成最基本的操作，Berkeley DBEnvironment為一組數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)提供參數(shù)設(shè)置。更為重要的是，如果要應(yīng)用更高級(jí)的特性，必須要使用Environment功能，比如在要對(duì)保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)、利用其Transaction、數(shù)據(jù)加密、同步加鎖控制、錯(cuò)誤日志等功能的時(shí)候。
SQLite的SQL語(yǔ)言很大程度上實(shí)現(xiàn)了ANSI SQL92標(biāo)準(zhǔn)，特別是支持視圖、觸發(fā)器、事務(wù)，支持嵌套SQL。它通過(guò)SQL編譯器(SQL Complier)來(lái)實(shí)現(xiàn)SQL語(yǔ)言對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，支持大部分的SQL命令，如attach database、begin transaction、comment、commit transaction、copy、create index、create table、create trigger、create view、delete、detach database、drop index、drop table、drop trigger、drop view、end transaction、explain、expression、insert、On conflict clause、pragma、replace、rollback transaction、select、update。
當(dāng)然，也有一部分SQL命令SQLite并不支持。比如：不支持：Exists，雖然支持in(in是Exists的一種情況)；不支持多數(shù)據(jù)庫(kù)，如create table dbl.tablel as select*from db2．table 1；：不支持存儲(chǔ)過(guò)程；不支持Alter View／Trigger／Table：不支持Truncate， 在SQLite中Delete不帶Where字句時(shí)和Truancate的效果是一樣的；不支持Floor和Ceiling函數(shù)，還有其它許多的函數(shù)；沒(méi)有Auto Increment(自增)字段，但其實(shí)SQLite是支持Auto Increment的，即在將該字段設(shè)置為“INTEGER PRIMARY KEY”的時(shí)候；不支持If Exists等。
2．2 Berkeley DB和S0Lite與普通數(shù)據(jù)庫(kù)的差別
Berkeley DB引入了一些新的基本概念，使得數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序訪(fǎng)問(wèn)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)變得相對(duì)簡(jiǎn)單起來(lái)。
(1)關(guān)鍵字和數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字(key)和數(shù)據(jù)(data)是。Berkeley．DB用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理的基礎(chǔ)，由這兩者構(gòu)成的key／data對(duì)，組成了數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元。整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)際上就是由許多這樣的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的。通過(guò)使用這種方式，在通過(guò)API函數(shù)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，只需提供關(guān)鍵字就能夠訪(fǎng)問(wèn)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵字和數(shù)據(jù)在Berkeley DB中都是用一個(gè)名為DBT的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)來(lái)表示的。實(shí)際上兩者都可以是任意長(zhǎng)度的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。DBT的作用主要是保存相應(yīng)的內(nèi)存地址及其長(zhǎng)度，其結(jié)構(gòu)如下所示：
typedef struct {
void*data；
u_int32_t size；
u_int32_t ulen；
u_int32_f dlen；
u_int32_f doff；
u_int32_f flags；
}DBT；
在使用Berkeley DB進(jìn)行數(shù)據(jù)管理時(shí)，缺省情況下是一個(gè)關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)據(jù)；但也可以將數(shù)據(jù)庫(kù)配置成一個(gè)關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)于多個(gè)數(shù)據(jù)，而鍵值和數(shù)據(jù)必須是類(lèi)com.sleepycat.db.Dbt的對(duì)象或其子類(lèi)的對(duì)象。
(2)對(duì)象句柄
在Berkeley DB函數(shù)庫(kù)定義的大多數(shù)函數(shù)都遵循同樣的調(diào)用原則：首先創(chuàng)建某個(gè)結(jié)構(gòu)，然后再調(diào)用該結(jié)構(gòu)中的某些方法。從程序設(shè)計(jì)的角度來(lái)講，這一點(diǎn)同面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則是非常類(lèi)似的，即先創(chuàng)建某個(gè)對(duì)象的一個(gè)實(shí)例，然后再調(diào)用該實(shí)例的某些方法。正因?yàn)槿绱?，．Berkeley DB引入了對(duì)象句柄的概念來(lái)表示實(shí)例化后的結(jié)構(gòu)，并且將結(jié)構(gòu)中的成員函數(shù)稱(chēng)為該句柄的方法。對(duì)象句柄的引入使得程序員能夠憑借面向?qū)ο蟮乃枷?，?lái)完成對(duì)Berkeley DB數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)和操作。
(3)錯(cuò)誤處理
對(duì)于任何一個(gè)函數(shù)庫(kù)來(lái)說(shuō)，如何對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行統(tǒng)一的處理都是需要考慮的問(wèn)題。Berkeley DB提供的所有函數(shù)都遵循同樣的錯(cuò)誤處理原則，即函數(shù)成功執(zhí)行后返回零，否則返回非零值。
對(duì)于系統(tǒng)錯(cuò)誤(如磁盤(pán)空間不足)，返回的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的值；而對(duì)于非系統(tǒng)錯(cuò)誤，返回的則是一個(gè)特定的錯(cuò)誤編碼。例如，如果在數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有與某個(gè)特定關(guān)鍵字所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，那么在通過(guò)該關(guān)鍵字檢索數(shù)據(jù)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。此時(shí)函數(shù)的返回值將是DB—NOTF0uND，表示在數(shù)據(jù)庫(kù)中并沒(méi)有所請(qǐng)求的關(guān)鍵字。所有標(biāo)準(zhǔn)的e rrn0值都大于零，而由Berkeley DB定義的特殊錯(cuò)誤編碼則都小于零。
Berkeley。DB提供了相應(yīng)的函數(shù)來(lái)獲得錯(cuò)誤代號(hào)所對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤描述。一旦有錯(cuò)誤發(fā)生，只需首先調(diào)用db_strerror( )函數(shù)來(lái)獲得錯(cuò)誤描述信息，然后再調(diào)用DB一>err()或DB->errx()就可以很輕松地輸出格式化后的錯(cuò)誤信息。
而SQLite最大的特點(diǎn)在于其數(shù)據(jù)類(lèi)型為無(wú)數(shù)據(jù)類(lèi)型(typelessness)。這意味著可以保存任何類(lèi)型的數(shù)據(jù)到所想要保存的任何表的任何列中,無(wú)論這列聲明的數(shù)據(jù)類(lèi)型是什么。雖然在生成表結(jié)構(gòu)的時(shí)候，要聲明每個(gè)域的數(shù)據(jù)類(lèi)型，但sQLite并不做任何檢查。開(kāi)發(fā)人員要靠自己的程序控制輸入與讀出數(shù)據(jù)的類(lèi)型。這里有一個(gè)例外，就是當(dāng)主鍵為整型值時(shí)，如果要插入一個(gè)非整型值時(shí)會(huì)產(chǎn)生異常。
誠(chéng)然，SQLite允許忽略數(shù)據(jù)類(lèi)型，但是，仍然建議在Create Table語(yǔ)句中指定數(shù)據(jù)類(lèi)型，因?yàn)閿?shù)據(jù)類(lèi)型有利于增強(qiáng)程序的可讀性。SQLite支持常見(jiàn)的數(shù)據(jù)類(lèi)型，如VARCHAR、NVARCHAR、TEXT、INTEGER、FLOAT、BOOLEAN、CLOB、BLOB、TIMESTAMP、NUMERIC、VARYING、CHARACTER、NATl0NAI, VARYINGCHARACTER。
另外，雖然在插入或讀出數(shù)據(jù)的時(shí)候是不區(qū)分類(lèi)型的，但在比較的時(shí)候，不同數(shù)據(jù)類(lèi)型是有區(qū)別的。比如：CREATE TABLE MyTable (a INTEGER，b TEXT)；
INSERT INT0 MyTable VALIUES(0，0)；
當(dāng)執(zhí)行查詢(xún)
SELECT count(*)FROM MyTable WHERE a==’00’;時(shí)，會(huì)返回一條記錄。因?yàn)樽侄蝍的類(lèi)型是整型，而數(shù)字00與0是相等的。而執(zhí)行查詢(xún)
SELECT count(*)FROM MyTable WHERE b==’00’：時(shí)，則不會(huì)返回記錄。因?yàn)樽侄蝏是字符類(lèi)型，字符"00"與“0”是不相等的。
2.3 Betkeley DB和SQLite數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式比較
Berkeley DB對(duì)任何存入的數(shù)據(jù)都是按原樣直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)文件中去，無(wú)論其是二進(jìn)制數(shù)據(jù)還是A S C I I或Unicode等編碼的文本。Berkeley DB提供了四種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的模式：Btree、Hash、Queue和Recno。在打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候，要指定一種存儲(chǔ)模式。比如，上例中open( )方法中的參數(shù)Db．DB_BTREE就是指定以Btree模式打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)。
SQLite只提供了Btree存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的模式。對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，SQLite不能直接保存，但可以先將二進(jìn)制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ASCII編碼，然后再保存。Base64．編碼機(jī)制是最常見(jiàn)的把二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ASCII編碼的手段。在SQLite的C語(yǔ)言代碼encode.c中，提供了Base64編碼的功能。
Btree模式是以排序的二叉樹(shù)的方式存儲(chǔ)的，Hash是以線(xiàn)性哈希表的方式存儲(chǔ)。Queue用邏輯記錄號(hào)作為鍵值，以定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)為記錄值。Recno方式也以邏輯記錄號(hào)作為鍵值，但可以保存定長(zhǎng)或變長(zhǎng)的記錄值。這里提到的邏輯記錄號(hào)有兩種，即可變的和固定的?？勺冞壿嬘涗浱?hào)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)記錄的增加與刪除作相應(yīng)的變化。Queue模式下，邏輯記錄號(hào)只能是固定方式。Recno模式則可通過(guò)配置來(lái)選擇是采用哪種類(lèi)型的記錄號(hào)作為鍵值。Btree模式也可以通過(guò)設(shè)置，將可變的邏輯記錄號(hào)作為鍵值。
這幾種存儲(chǔ)模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)鍵值不想用邏輯記錄號(hào)時(shí)，Btree或Hash是必須的選擇。Btree方式比較適合連續(xù)的順序讀取。比如，當(dāng)鍵值是時(shí)間值，如果經(jīng)常有從某一時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始連續(xù)讀取后繼的記錄的操作，Btree是一種很好的選擇。對(duì)隨機(jī)的跳躍式讀取，Hash模式則更為恰當(dāng)。Queue和Recno都以記錄號(hào)為鍵值，但前者適合先進(jìn)先出的讀取方式。Recno則通常是存取變長(zhǎng)文本記錄的理想存儲(chǔ)模式。
2．4 Berkeley DB和S0Lite適用的系統(tǒng)
Berkeley DB為許多編程語(yǔ)言提供了實(shí)用的API接口，包括C、C++、Java、：Perl、Tcl、Python和PHP等。它適用平臺(tái)UNIX／POSIX systems、win32以及嵌入式操作系統(tǒng)WinCE、VxWorks等。
通過(guò)Wrapper，SQLite實(shí)現(xiàn)了與其它語(yǔ)言的連接。所謂Wrapper即對(duì)SQLite提供的接口進(jìn)行封裝，使其它語(yǔ)言可以訪(fǎng)問(wèn)，使用SQLite
。SQLite本身提供C和Tcl的接口，世界各地的程序員還提供了各種語(yǔ)言的SQLite的接口封裝， 如Python、C++、Java、.Net等幾乎所有流行的語(yǔ)言基本都有。sQLite提供一個(gè)抽象的操作系統(tǒng)接口層，來(lái)保證其在POSIX 與 Win32系統(tǒng)之間的兼容性。
2.5 其它方面
Berkeley DB沒(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的概念，使用簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用接口來(lái)完成所有的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，不使用SQL語(yǔ)言；接口簡(jiǎn)明實(shí)用，避免了對(duì)結(jié)構(gòu)化查詢(xún)語(yǔ)言進(jìn)行解析和處理所需的開(kāi)銷(xiāo)，提高了執(zhí)行速度；速度極快，可靠性高，但學(xué)習(xí)起來(lái)有一定難度。SQLite則簡(jiǎn)單易用，速度也很快，但功能卻較Berkeley略有遜色，比如加密功能、二進(jìn)制數(shù)據(jù)的處理等。
Berkeley DB雖然是開(kāi)源的產(chǎn)品，但對(duì)某些條件下的商業(yè)性應(yīng)用，卻不是免費(fèi)的，而且價(jià)格頗為昂貴。這些商業(yè)條件包括排除了開(kāi)源的情況，不發(fā)放分布版本的情況等。SQLite是源代碼完全的開(kāi)放，可以免費(fèi)用于任何用途，包括商業(yè)目的。
結(jié)語(yǔ)
隨著人們對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)處理和管理需求的不斷提高，與各種智能設(shè)備緊密結(jié)合的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已經(jīng)得到了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、民用部門(mén)等各方面的廣泛重視。嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)將會(huì)使得人們希望隨時(shí)隨地存取任意思數(shù)據(jù)信息的愿望成為現(xiàn)實(shí)，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)將無(wú)處不在。開(kāi)源的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)Berkeley DB和SQLite，內(nèi)核微小，有能夠充分適應(yīng)硬件的能力，能很好地適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)的需要。在具體的嵌入式應(yīng)用中可以根據(jù)具體情況選擇應(yīng)用。
