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中图分类号: 学校代码: 10055 UDC: 密级: 公开 高蕊大法 硕士学位
论文 基于Android平台的嵌入式数据库同步及优化策略研究 Synchronization and Strategy of Optimization for Embedded .Database based on Android Platform
论文作者 陶洼 指导教师 直迭担熬援 申请学位 工堂亟± . 培养单位 筮佳堂院 学科专业 让篡扭廛旦撞苤 研究方向 圆终曼信星塞全 答辩委员会主席 猩仨送 评阅人 韭这 程仁送 南开大学研究生院 二O—o年五月 lIllI t r I I fl l fl rl l l Il I Y20021 38 南开大学学位
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作者暨授权人签字: 陶 洼 20 10年5月29日 南开大学研究生学位
论文作者信息
论文题目 基于Android平台的嵌入式数据库同步及优化策略研究 姓名 陶涛 l学号I 2120070367 l答辩日期 I 2010年5月23日
论文类别 博士口学历硕士囹硕士专业学位口高校教师口同等学力硕士口院/系/所 软件学院 I专业 l 计算机应用技术联系电话 1 3752 1 204 1 6 l Email I komatao@gmail.corn通信地址(邮编):天津市河北区宜白路富宜里1.7.103备注: l是否批准为非公开
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论文作者签名: 陶洼 2010年5月29日’ 非公开学位
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论文题目 基于Android平台的嵌入式数据库同步及优化策略研究 申请密级 口限制(≤2年) 口秘密(≤10年) 口机密(≤20年) 保密期限 20 年月 日至20 年 月 日 审批表编号 批准日期 20年月 日 限制★2年(最长2年,可少于2年) 秘密★10年(最长5年,可少于5年) 机密★20年(最长10年,可少于10年) 摘要 摘要 随着电子商务及手机通讯等嵌入式移动设备的兴起,嵌入式数据库管理系统得到了越来越广泛的应用空间。
而通讯技术,软硬件技术的发展,使嵌入式应用技术的应用成为可能。
嵌入式数据库系统是嵌入式系统的一个重要方向,它已渗透到生活中的每个角落。
但是,嵌入式设备的特点,即网络条件的多样性,网络通信的非对称性,嵌入式设备的资源限制性,以及嵌入式设备的存取特性,使嵌入式数据库有了先天瓶颈。
要实现嵌入式数据库性能的提高,必须要针对以上瓶颈加以研究和优化。
论文以Android平台为背景,首先探讨了嵌入式数据库管理系统的特点,以及嵌入式数据库系统同步机制。
在此基础上重点研究分析了网络特性及存储介质特性,并基于分析结果提出了优化嵌入式系统的方案策略,使基于Android的嵌入式数据库系统达到最大限度优化。
论文以崭新的视野和方法,对嵌入式数据库系统的两个瓶颈进行了分析和优化,其中包括: 1.基于传统的数据同步算法,将Hash摘要算法应用于嵌入式数据库系统之上,对比与原始方法,使网络流通性能及Flash I/O读写性能得到显著提高。
2.分别对嵌入式数据库系统的事务策略和Flash存储体的存储特点进行了细致的研究,以全新的视野,找到两者的纽带,具体提出了基于Flash存储体的嵌入式数据库系统优化方案。
最后,该
论文把以上这两点研究成果应用于MediaServer系统之上,并和传统系统加以对比,进行了综合实验,使研究成果得到了验证。
一 关键字:Android嵌入式数据库哈希Flash存储体读写 Abstmet Abstract Wi血the development of e-commerce and embedded system like mobile phone, the embedded database management system has been more and more widely used. Moreover,the development of communication technology,hardware and software makes the utility of embedded application possible. Embedded database management system has been an important application for daily life.However,the characteristic of embedded devices,including the unstable network conditions,the non-symmetry of network tl’af|fic,restricted resources and the access features,makes the embedded database system have inherent bottleneck.To achieve the improvement of the performance of embedded system,we must try to research and optimize all of those bottlenecks. Based on Android platform,firstly,this paper discussed the characteristics of embedded database management system and its synchronization mechanism. Secondly,based on the analysis,this paper focuses on the characteristics of network and storage,and proposes the strategy of optimization for embedded system.Itensures the embedded database management system based on Android platform havethe maximum optimization. This paper analyzes and optimizes those two bottlenecks with a new vision andmethod,including, 1.Based on the traditional database synchronization algorithm,utilizing Hashdigest algorithm into embedded database system,and comparing谢tll the originalmethod,making the network and Flash I/O performance enhanced. 2.Researching the commit strategies of embedded database system and thememory storage characteristics of Flash I/0 respectively,the paper fmds out therelationship between them,on which this paper proposes the optimizations ofembedded database system based in detail. Finally,the paper utilizes these tow achievements on the MediaServer system.Compared with the traditional system,it is verified by the achievements. Key Words:Android,Embedded,Database,Hash,Flash storage I/0 11 目录 目录摘要……………………………………………………………………..I目录…………………………………………………………………………………III第一章绪论……………………………………………………………………..1 第一节课题的背景………………………………………………………………l 第二节课题的来源………………………………………………………………2 第三节研究现状分析…………………………………………………………..4 第四节
论文的研究内容和研究成果……………………………………………5 第五节
论文的结构……………………………………………………………..7第二章基于无线网络的嵌入式数据库系统的背景知识………………8 第一节嵌入式数据库产生……………………………………………………..8 第二节嵌入式环境的特点………………………………………………………8 第三节移动复制技术……………………………………………………………9 第四节事务的相关概念……………………………………………………….10 第五节HASH函数……………………………………………………………。
12 第六节FLASH存储体的基本概念…………………………………………….1 3 第七节小结…………………………………………………………………….14第三章基于HASH的嵌入式数据库更新……………………………….1 5 第一节传统系统模型…………………………………………………………15 第二节基于HASH的数据同步系统模型……………………………………..17 3.2.1系统模型………………………………………………………………………17 3.2.2与传统模式的对比……………………………………………………………18 第三节HAsh的应用……………………………………………………………19 3.3.1 Hash的应用……………………………………………………………………19 3.3.2碰撞分析………………………………………………………………………2l 第四节改进后的系统分析……………………………………………………..22 3.4.1网络流量对比分析…………………………………………………………….22 III 目录 3.4.2存储体I/O读写率对比分析………………………………………………….25 第五节冲突解决………………………………………………………………一26 第六节小结………………………………………………………………………….27第四章基于FLASH存储体特点的COMMIT策略………………….29 第一节COMMIT策略优化理论……………………………………………….30 4.1.1 Commit时机优化………………………………………………………………30 4.1.2 Page、Node与Sector的关系…………………………………………………3l 第二节COMMXT策略的优化应用……………………………………………36 第三节小结……………………………………………………………………..36第五章系统的实现和测试…………………………………………………..38 第一节系统测试环境………………………………………………………….38 第二节系统的实现…………………………………………………………….39 5.2.1基于Hash的数据库同步系统实现……………………………………………39 5.2.2基于Flash存储体的Commit策略优化实现…………………………………41 第三节基于HASH算法的性能测试………………………………………….42 第四节COMMIT优化策略的性能测试………………………………………..44 5.3.1 Commit次数优化…………………………………………………………….“ 5.3.2 Node Size优化……………………………………………………………………………………。
45 第五节综合测试………………………………………………………………。
46 第六节小节……………………………………………………………………47第六章总结与展望…………………………………………………………。
48参考文献………………………………………………………………………50致谢…………………………………………………………………………….52个人简历以及在学期间发表
论文……………………………………….53 IV 第~章绪论 第一章绪论 第一节课题的背景 随着科技发展,以及人类社会的进步使人们对电子产品的依赖越来越高。
互联网的不断延伸,已经渗透到了社会的每一个角落,任何可以获得网络并且传播信息的地方都已经可以人们工作、娱乐的场所。
人们越来越需要随时随地地进行信息交流,如上网、聊天、及办公。
而笨重的台式计算机是无论如何也不能满足用户的需求的,甚至是笔记本电脑,也不能完全满足人们的需求。
人们要求一种信息的课携带性与实时性。
因此更加小巧便携的嵌入式系统便成为首选,成为了一种广泛的社会需求。
这种嵌入式系统的应用随处可见,人们可以通过掌上PDA得到实时的股市状况并可以实时对股票进行操作;地质勘探人员可以通过嵌入式设备快捷方便地进行数据采集、存储、处理,并能及时地把信息传送回去;销售人员,可以简便地获得客户的订单并反馈回公司总部……这类的应用简直不胜枚举。
而这类嵌入式应用都有一个共同的特点,那就是都应用了嵌入式数据库管理系统。
由于受到网络条件以及嵌入式设备资源得多方面因素,嵌入式设备通常不能和服务器网络保持实时连接。
绝大部分嵌入式设备是离线工作的。
这样,当要满足用户的离线请求时,目前通常采用的是数据同步技术。
即,本地数据库是远程数据库的一个数据副本。
一方面本地存储体内部存在着一个数据库,这个数据库面向设备的持有者,而另一方面,远程服务器上也存在数据库,这个数据库面向所有连接到本服务器上所有的终端用户。
本地嵌入式设备进行数据更新时,不仅要更新本地嵌入式设备存储体内的数据库,同时也要通知远程服务器,并使服务器内的数据库经行更新,这样才能保持数据的一致性。
而当本地嵌入式设备要进行数据查询时,它要发送请求给远程数据库,得到最新的数据信息,并更新到本地数据库。
由于嵌入式数据设备的特点,它不能实时和网络经行连接,而且网络状况也是不停地在变化。
如果在网络连接的情况下,尽快的尽安全地更新本地数据库,便成为了一个问题。
同时,嵌入式系统的存储体也为比磁盘存储体速度慢很多的Flash存储体。
因此,这就要求在一定的硬件条件下,能够最大化限度的 第一章绪论 对数据库管理系统进行优化。
第二节课题的来源 Android是Google开发的基于Linux平台的开源手机操作系统。
它包括操 作系统、用户界面和应用程序——移动电话工作所需的全部软件,而且不存 在任何以往阻碍移动产业创新的专有权障碍,号称是首个为移动终端打造的真 正开放和完整的移动软件。
它采用了软件堆层(Software stack,又名软件叠层) 的架构,主要分为三部分:低层以Linux核心工作为基础,只提供基本功能, 其他的应用软件则由各公司自行开发,以java作为编写程式的一部分。
另外, 为了推广此技术,Google和其它几十个手机公司建立了开放手机联盟(Open Handset Alliance)。
Android平台的研发队伍阵容强大,包括摩托罗拉、Google、HTC(宏达电)、PHILIPS、T-Mobile、高通、魅族、三星、LG以及中 国移动在内的34家企业,都将基于该平台开发手机的新型业务,应用之间的通用性和互联性将在最大程度上得到保持。
“开放手机联盟”表示,Android平台可 以促使移动设备的创新,让用户体验到最优越的移动服务,同时,开发商也将得到一个新的开放级别,更方便的进行协同合作,从而保障新型移动设备的研发速度。
34家企业的加盟,也将大大降低新型手机设备的研发成本,完全整合的“全移动功能性产品”成为“开放手机联盟”的最终目标。
Packet Video公司正是这34家公司之一。
在日本PacketVideo实习的过程中,Android刚刚起步,现如今它已经如火如荼地不断发展。
Android已经被被越来越多的OEM厂商用作手机操作系统平台,并推出它们的产品,SHARP,Sony Ericsson(Rachacl),Dell(Mini5),HTC(Hero)的产品陆续上市,并不断扩大市场份额,足以说明Android在不久的将来必将成为即Symbian、iPhone、W’mMobile之后的又一主流手机操作系统。
本篇
论文课题来源于,公司把DLNA(DIGITAL LⅣING NETWORKALLIANCE)技术运用到Android手机操作系统之上的产品MediaServer(由于保密协议,该
论文中所有涉及该项目名的地方都用MediaServer作为化名)。
众所周知,DLNA技术是由索尼、英特尔、微软等发起成立、旨在解决个人PC,消费电器,移动设备在内的无线网络和有线网络的互联互通,使得数字媒 2 第一章绪论 体和内容服务的无限制的共享和增长成为可能。
因为有线设备系统大多是服务器或台式电脑,设备的局限性不是系统设计 的瓶颈。
所以该
论文只涉及基于无线设备间的Android G1嵌入式设备上的数 据库管理系统。
本系统的体系架构可如图1.1所示。
系统中存在一个数据库服务器,数据 库中存储着在同一网络下的所有设备,包括有线和无线,嵌入式和非嵌入式设 备上所有的媒体文件的相关信息。
而处于同一网络下的嵌入式设备中(Android GI)的本地存储器上也存在着数据库的一个副本。
它存储着在它网络下的所有 设备的多媒体文件的记录。
当任何一个设备发出数据请求时,如遍历所有同一 网络下的所有媒体文件,它首先通过无线网络向服务器数据库发出请求,当数 据库数据库数据库收到请求后,会根据请求,把查询结果通过无线网络返回该 设备。
如果在该网络下的某一个设备新增了或删除了某一个媒体文件,那么该 设备会向数据库服务器发出更新指令。
这样就保证了在该网络下,所有设备访 问数据的一致性。
DB Server Wireless 、、 / 氛 \ J/L— PDA PDA Phone TV 图1.1系统体系结构 另外在图1.2中详细描述了该系统下的软件分布管理。
在用户提出查询请求时,MediaServer中的数据库管理系统会向服务器的DB Server发起请求。
数 3 第一章绪论 据库服务器存在一个可信数据库,而在嵌入式设备的存储体(Flash)上,存在 着该数据库的一个副本,在网络不可用状态下,即离线状态,该嵌入式设备可 以暂时使用该数据库进行查询,而本地数据库同时还负责着存储本地存储体上 的媒体文件的基本信息。
该设备上的数据库管理系统负责着向DB Server发起 查询,并同时负责更新自己本地存储体上的数据库副本,简单的来说,就是把 本地的数据库副本和远程服务器数据库进行同步操作。
而嵌入式设备与DB Server是通过无线网络通讯的,通讯条件受一定限制。
本地存储体是Flash存储 体,有其自己的一些硬件特点。
这篇
论文就是以这个项目为背景,在这个项目 之上对其嵌入式数据库系统进行了分析、研究、应用和优化。
图1.2系统组件分布 第三节研究现状分析 当前嵌入式数据库的一个重要课题就是移动结点的事务管理。
在目前.