建立在Python基礎(chǔ)上的實時數(shù)據(jù)庫設(shè)計_優(yōu)秀論文

1、 建立在Python基礎(chǔ)上的實時數(shù)據(jù)庫設(shè)計eXtreme DB和Berkeley Db作為兩款應(yīng)用最為廣泛的實時數(shù)據(jù)庫, 在多個領(lǐng)域和行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用, 如：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消費電子、國防、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、汽車電子、金融實時交易、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)等, eXtremeDB在分散控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站中得到了成功應(yīng)用。與內(nèi)存數(shù)據(jù)庫eXtreme DB不同, Berkeley Db以源代碼開放的形式為用戶提供了支持多種語言的API函數(shù)供開發(fā)者使用, 包括c、c+、c#、java等。開發(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)進行數(shù)據(jù)庫的相

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點信息, 縮短了開發(fā)周期, 提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。Python語言簡潔、易讀以及可擴展, 在國內(nèi)外逐漸得到了廣泛應(yīng)用, 其應(yīng)用庫比較豐富, 可與其它高級語言很容易的結(jié)合。Python目前的版本號已經(jīng)到了3.6, 本文設(shè)計的實時數(shù)據(jù)庫基于的版本為2.4。作為目前的主流編程語言, Berkeley,Db也提供了基于Python的應(yīng)用模塊bsddb。該模塊封裝了Python語言操作BerkeleyDb的相關(guān)函數(shù), 在Python開發(fā)環(huán)境中導(dǎo)入bsddb就可以隨時調(diào)用BerkeleyD

3、b的相關(guān)函數(shù)來進行數(shù)據(jù)的存儲與讀取等操作。本文基于Python語言, 底層通過Berkeley Db, 開發(fā)了一套實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)庫基于客戶端/服務(wù)器模式, 服務(wù)器端進行數(shù)據(jù)庫的相關(guān)操作, 客戶端通過TCP/IP協(xié)議與服務(wù)器進行網(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, 進行數(shù)據(jù)庫的讀寫、刪除等過程。1 基于Python的數(shù)據(jù)庫操作BerkeleyDB是一個開源的文件數(shù)據(jù)庫, 介于關(guān)系數(shù)據(jù)庫與內(nèi)存數(shù)據(jù)庫之間, 使用方式與內(nèi)存數(shù)據(jù)庫類似, 它提供的是一系列直接訪問數(shù)據(jù)庫的函數(shù), 而不是像關(guān)系數(shù)據(jù)庫那樣需要網(wǎng)絡(luò)通訊、SQL解析等步驟。Berkeley DB是一個高性能的, 嵌入數(shù)據(jù)

4、庫編程庫和C語言、C+、Java、Perl、Python、PHP、TCL以及其他很多語言都有綁定。BerkeleyDB可以保存任意類型的鍵/值對, 而且可以為一個鍵保存多個數(shù)據(jù)。Berkeley,DB可以支持數(shù)千的并發(fā)線程同時操作數(shù)據(jù)庫, 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類操作系統(tǒng)和Windows操作系統(tǒng)以及實時操作系統(tǒng)。BerkeleyDb有和Python版本號相對應(yīng)的bsddb模塊, 需要注意的是, 選擇的bsddb模塊要和Python的版本號相一致。在安裝的時候, 該模塊會自動識別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adb = db.DB()2) 打開數(shù)據(jù)源adb.open(,)3) 插入或修改數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)adb.put(,)4) 關(guān)閉數(shù)據(jù)庫adb.close()當(dāng)然這些只是最簡單的功能實現(xiàn), bsddb模塊還提供了更為復(fù)雜的API函數(shù)供Python開發(fā)者調(diào)用。2 Python編譯平臺任何一個編程語言都需要一個編譯執(zhí)行環(huán)境, 目前有很多Python開發(fā)工具, 比如vim、Sublime Text等, 本文采用Eclipse+pydev作為Python開發(fā)工具, 利用Eclipse搭建python執(zhí)行編譯環(huán)境。Eclip

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

7、系結(jié)構(gòu), 不同的用戶可以根據(jù)需求開發(fā)出自己的工具組件, 并和原有的工具實現(xiàn)無縫的連接, 非常靈活, 極大提高了開發(fā)工具的使用效率。Eclipse要安裝好JAVA,JDK后才能運行, 如果JAVAJDK沒有安裝的話, Eclipse是啟動不起來的。下載完以后直接解壓縮使用, 不需要安裝。如果Eclipse搭建python平臺的話, 需要下載一個pydev插件, 這也是Eclipse方便的地方, 一個平臺利用插件構(gòu)建不同的開發(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 實時數(shù)據(jù)庫設(shè)計本文設(shè)計的實時數(shù)據(jù)庫屬于客戶端/服務(wù)器模式。服務(wù)器端運行了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)計好的命令字從客戶端通過TCP/IP協(xié)議和服務(wù)器通訊, 客戶端的應(yīng)用通過C+來實現(xiàn), 利用SOCKET編程可實現(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提供了專門的網(wǎng)絡(luò)通訊模塊t w i s t e d 。t w i s t e d 是一個用python語言寫的事件驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)框架, 可以用來實現(xiàn)阻塞、非阻塞, 同步、異步網(wǎng)絡(luò)訪問, 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)計的實時數(shù)據(jù)庫主要在服務(wù)器端利用的twisted的TCP/

9、UDP協(xié)議。利用python開發(fā)網(wǎng)絡(luò)程序所用的語句遠少于C+的SOCKET, 且其調(diào)試也更為簡潔、方便。以增加數(shù)據(jù)點為例, 說明本文設(shè)計的實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)包格式, 根據(jù)客戶端和服務(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)包包長進行容錯判斷, 保證了客戶端和服務(wù)器通訊的安全可靠。以查詢數(shù)據(jù)點結(jié)構(gòu)為例, 說明本文設(shè)計的實時數(shù)據(jù)庫在服務(wù)器端接收客戶端的請求后, 返回給客戶端的數(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, 由客戶器端接收數(shù)據(jù)包后, 結(jié)合數(shù)據(jù)包包長進行容錯判斷, 保證了客戶端和服務(wù)器通訊的安全可靠.4 結(jié)語本文基于Berkeley Db嵌入式實時數(shù)據(jù)庫, 利用Python提供的bsddb模塊設(shè)計了一種實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)?；诳蛻舳?服務(wù)器(C/S)模式, 客戶端采用C+語