嵌入式实时数据库系统的事务模型及其处理技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:经济管理出版社

作者:夏家莉

出品人:

页数:162

译者:

出版时间:2004-12

价格:20.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787802072633

丛书系列:

图书标签:

• 计算机科学
• 编程
• 嵌入式实时数据库
• 嵌入式系统
• 实时数据库
• 事务处理
• 数据一致性
• 并发控制
• 存储管理
• 容错技术
• 数据库系统
• 实时性
• 嵌入式数据库

图书简介：面向现代工业控制的实时嵌入式系统设计与优化 本书聚焦于当前快速发展的工业自动化、航空航天、医疗设备等领域对高性能、高可靠性嵌入式系统的迫切需求，深入探讨了构建高效、稳定且满足严苛时间约束的实时嵌入式系统的关键技术与实践方法。 本书不侧重于数据库事务理论的细致剖析，而是将重点放在操作系统内核、硬件资源管理、任务调度以及系统级性能调优上，为系统工程师和嵌入式软件开发者提供一套完整的、可操作的设计与优化框架。 第一部分：实时嵌入式系统基础架构与挑战 本部分旨在为读者建立坚实的理论基础和对当前挑战的深刻认识。我们将从系统架构的宏观视角出发，解析实时嵌入式系统的基本构成要素、设计哲学，并对比传统操作系统与实时操作系统的核心差异。 第一章：实时系统概述与关键特性 详细阐述了硬实时、软实时和有界软实时的区别与应用场景。重点分析了时间约束的量化指标，如最坏情况执行时间（WCET）、抖动（Jitter）和优先级反转现象。我们将剖析为什么在资源受限的嵌入式环境中，精确的时间预测能力比单纯的吞吐量更为重要。本章会涵盖经典实时系统模型，如周期任务模型（Periodic Task Model）和偶发任务模型（Sporadic Task Model）。 第二章：嵌入式硬件平台选型与资源约束 深入探讨了不同类型的嵌入式处理器（如ARM Cortex-M/R/A系列、DSP、FPGA）在实时性方面的性能特点。内容包括内存访问延迟、缓存一致性问题以及I/O通道的确定性设计。特别关注了片上总线结构（如AHB/AXI）对数据传输延迟的影响，以及如何通过硬件加速器来卸载实时关键路径上的计算负载。 第三章：实时操作系统（RTOS）内核机制 本章是构建实时系统的核心。详细讲解了RTOS内核的基本组件：任务管理、上下文切换、中断处理和时钟管理。重点分析了主流RTOS（如FreeRTOS, VxWorks, QNX等）在内核实现上的差异。深入剖析了内核的确定性设计，例如如何最小化中断延迟和系统调用开销。对于上下文切换的机制、寄存器保存与恢复流程，将提供汇编级别的分析，揭示其对系统响应速度的实际影响。 第二部分：实时任务调度与性能保证 确定性的调度是实时系统得以成功的基石。本部分致力于教授读者如何选择、实现和验证最优的调度策略，确保所有任务都能在规定时间内完成。 第四章：经典实时调度算法及其适用性 系统性地介绍并对比了固定优先级调度（如Rate Monotonic, RM）和动态优先级调度（如Earliest Deadline First, EDF）。我们将通过大量的实例分析，展示这些算法在处理周期性任务集时的可调度性分析方法（如利用率测试、响应时间分析）。此外，还将探讨混合调度（Hybrid Scheduling）在复杂系统中的应用。 第五章：优先级反转与资源同步机制 优先级反转是实时系统中一个隐蔽且危险的问题。本章深入探讨了优先级继承协议（Priority Inheritance Protocol, PIP）、优先级天花板协议（Priority Ceiling Protocol, PCP）以及先进的资源访问控制方法（如Deadline Monotonic Scheduling下的资源锁机制）。通过仿真模型，清晰展示这些机制如何有效地限制关键资源竞争对任务截止时间的影响。 第六章：最坏情况执行时间（WCET）分析 WCET分析是保证系统满足时间要求的前提。本部分将介绍静态和动态的WCET分析技术。静态分析侧重于基于程序路径分析、循环迭代次数限制和硬件模型（如流水线、分支预测）的界限推导。动态分析则侧重于在测试平台上的测量与误差校准，并讨论如何利用硬件调试工具（如JTAG/Trace）辅助精确计时。 第三部分：系统级优化、验证与可靠性增强 实时系统不仅要快，还必须可靠。本部分将关注如何从系统集成的角度提升整体性能、降低功耗，并确保系统在长期运行中的稳定性。 第七章：中断服务程序（ISR）与延迟控制 ISR的处理效率直接决定了系统的实时响应能力。本章详细讨论了ISR的设计原则，包括最小化ISR的执行时间、如何安全地将复杂逻辑迁移到非中断上下文（如软实时线程或DPC/Bottom Half）。重点分析了中断嵌套机制对系统抖动的影响，以及如何通过中断屏蔽（Disabling Interrupts）来精确控制关键代码段的执行时间。 第八章：低功耗实时管理与能效优化 在电池供电设备和物联网应用中，能效至关重要。本章探讨了实时系统中的动态电压和频率调节（DVFS）技术，并讨论了如何将DVFS策略与任务的实时性要求相结合，实现“满足截止时间前提下的最低功耗”目标。内容涵盖了休眠模式的快速唤醒机制和看门狗定时器的应用。 第九章：系统验证、测试与故障注入 构建后的实时系统必须经过严格的验证。本章介绍了用于实时系统验证的工具链，包括基于模型的测试（Model-Based Testing）和硬件在环（HIL）仿真。重点阐述了故障注入技术（Fault Injection）在暴露隐藏实时性缺陷中的作用，如何模拟硬件瞬时故障、软件错误和时序异常，从而评估系统的鲁棒性和故障恢复能力。 第十章：面向高性能的内存管理与数据访问 在嵌入式系统中，内存访问的非确定性是性能杀手之一。本章深入讨论了如何设计高效的内存布局，最小化TLB未命中。研究了内存保护单元（MPU）在隔离任务和提供基础安全隔离方面的作用，以及如何利用DMA（直接内存访问）来规避CPU在数据搬运上的开销，确保实时数据流的带宽和延迟得到保障。 本书面向具备C/C++基础和操作系统初步知识的嵌入式系统工程师、实时软件架构师以及从事工业控制、机器人、航空电子等领域的研究人员。通过对实际工程案例的深入剖析，读者将能掌握从硬件选型到软件架构设计的全流程优化技巧，构建出满足未来严苛实时性要求的下一代嵌入式系统。

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从一名架构师的角度来看，我更看重的是系统设计层面的权衡艺术。这本书的价值，或许就体现在它如何指导我们**选择或设计合适的事务处理架构**。面对不同的嵌入式硬件平台——从资源极度受限的微控制器到高性能的多核嵌入式SoC——实现同一套事务模型所需的开销是天壤之别。我期待看到书中能提供一个**对比分析框架**，比如将基于锁的并发控制与基于时间戳的并发控制在不同负载下的**资源消耗曲线**进行量化比较。此外，鉴于现代系统越来越倾向于利用多核并行性，书中对**多核环境下的内存一致性模型**在实时事务中的应用必然会有深入探讨。我希望它能清晰阐述如何利用硬件内存屏障和原子操作来保障事务的内部完整性，同时避免引入不必要的同步延迟。这本书不应该只是介绍“是什么”，更重要的是教我们“为什么选择A而不是B”的设计哲学。

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这本书的标题本身就暗示了其面向的读者群体具有较高的专业背景，这使得作者在内容组织上可以采取更**抽象和前沿**的表达方式。我非常期待它能超越传统的数据库课程内容，触及一些**新兴的研究热点**。例如，随着AI和机器学习越来越多地部署在边缘侧，实时数据库如何支持**增量学习和模型更新的事务性**？这涉及到非结构化数据处理和复杂推理过程的原子性封装。此外，嵌入式系统越来越多地采用**确定性网络协议**（如TSN）。书中是否能结合这些硬件和网络特性，提出一种**面向确定性网络的事务提交协议**？这种将数据库理论与最新通信技术深度融合的视角，才能真正体现出这本书在当前技术浪潮中的领先地位。如果它能为我们描绘出未来几十年嵌入式实时数据管理的发展蓝图，那么它就是一本极具前瞻性的巨著。

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翻阅目录（虽然我还没看），我能想象到这本书的论述风格会是非常**逻辑严密且层层递进**的。对于事务模型的研究，它不可能绕开经典的关系型数据库理论，但关键在于它如何将这些经典理论“移植”并“改造”到嵌入式实时这个特定领域。我好奇作者如何处理**时间约束与逻辑依赖**之间的冲突。例如，在某些严格实时系统中，事务的完成时间比其结果的正确性更优先（软实时 vs. 硬实时）。书中是否会详细构建一个**基于时间窗口或优先级继承的调度算法**，用于管理相互冲突的实时事务？我更希望看到的是对**分布式嵌入式实时数据库**的探讨，毕竟现代物联网和边缘计算架构大多是分布式的。如果书中能够引入一些关于**跨节点的时间同步机制**（如PTP）如何融入到分布式事务的二阶段提交（2PC）或三阶段提交（3PC）流程中，这将极大地拓宽读者的视野，使其摆脱单一节点的局限性。

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这本书的书名透露出一种对“硬核”技术问题的执着探索。我个人非常关注嵌入式系统，特别是那些对响应时间和可靠性有苛刻要求的领域，比如航空航天或工业控制。因此，我对书中关于**持久性机制与容错设计**的部分抱有极高期待。实时数据库的特殊性在于，即便是极短的停顿也可能是灾难性的。我猜想作者必然会深入探讨诸如**预写日志（WAL）的优化、非易失性存储（NVS）的利用策略**，以及如何在资源受限的硬件平台上高效地实现事务的原子性和持久性保证。此外，实时性要求往往意味着需要对操作系统和硬件中断进行更精细的调度和管理。我希望书中能有一章专门论述**内核级优化和上下文切换开销的最小化技术**，这对于实际部署中系统的抖动（Jitter）控制至关重要。如果能提供一些关于**定制化内核模块**的实践指南，那这本书的价值将不可估量，它将不仅仅是理论的集合，更是一本实战宝典。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的印象，那种深邃的蓝色调和简洁的排版，让人一眼就能感受到其专业性和严谨性。虽然我还没有深入阅读内文，但仅从装帧和书名来看，它无疑瞄准了一个技术深度极高的领域。我猜测这本书在**理论框架的构建**上一定会下足功夫。比如，它很可能会详尽阐述当前几种主流实时数据库系统（RTDBMS）在处理并发控制和数据一致性时所面临的根本性挑战，特别是如何在高吞吐量和严格时间约束下保证ACID特性的妥协与权衡。我期待看到作者能够清晰地剖析不同事务隔离级别在实时环境下的性能表现差异，或许会引入一些全新的、专门为嵌入式场景优化的**时间敏感型事务模型**。阅读此类著作的读者往往是寻求前沿解决方案的工程师或高级研究人员，因此，期望书中能提供大量基于实际案例的**性能基准测试结果和系统架构剖析**，而不仅仅是停留在纯粹的数学推导层面。希望它能成为一本既有深厚理论底蕴，又能指导工程实践的宝贵参考书。

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