开源嵌入式数据库Berkeley DB(1)

像MySQL这类基于C/S结构的关系型数据库系统虽然代表着目前数据库应用的主流，但却并不能满足所有应用场合的需要。有时我们需要的可能只是一个简单的基于磁盘文件的数据库系统。这样不仅可以避免安装庞大的数据库服务器，而且还可以简化数据库应用程序的设计。Berkeley DB正是基于这样的思想提出来的。 

Berkeley DB简介 

Berkeley DB是一个开放源代码的内嵌式数据库管理系统，能够为应用程序提供高性能的数据管理服务。应用它程序员只需要调用一些简单的API就可以完成对数据的访问和管理。与常用的数据库管理系统（如MySQL和Oracle等）有所不同，在Berkeley DB中并没有数据库服务器的概念。应用程序不需要事先同数据库服务建立起网络连接，而是通过内嵌在程序中的Berkeley DB函数库来完成对数据的保存、查询、修改和删除等操作。 

Berkeley DB为许多编程语言提供了实用的API接口，包括C、C++、Java、Perl、Tcl、Python和PHP等。所有同数据库相关的操作都由Berkeley DB函数库负责统一完成。这样无论是系统中的多个进程，或者是相同进程中的多个线程，都可以在同一时间调用访问数据库的函数。而底层的数据加锁、事务日志和存储管理等都在Berkeley DB函数库中实现。它们对应用程序来讲是完全透明的。俗话说：“麻雀虽小五脏俱全。”Berkeley DB函数库本身虽然只有300KB左右，但却能够用来管理多达256TB的数据，并且在许多方面的性能还能够同商业级的数据库系统相抗衡。就拿对数据的并发操作来说，Berkeley DB能够很轻松地应付几千个用户同时访问同一个数据库的情况。此外，如果想在资源受限的嵌入式系统上进行数据库管理，Berkeley DB可能就是惟一正确的选择了。 

Berkeley DB作为一种嵌入式数据库系统在许多方面有着独特的优势。首先，由于其应用程序和数据库管理系统运行在相同的进程空间当中，进行数据操作时可以避免繁琐的进程间通信，因此耗费在通信上的开销自然也就降低到了极低程度。其次，Berkeley DB使用简单的函数调用接口来完成所有的数据库操作，而不是在数据库系统中经常用到的SQL语言。这样就避免了对结构化查询语言进行解析和处理所需的开销。 

基本概念 

Berkeley DB简化了数据库的操作模式，同时引入了一些新的基本概念，从而使得访问和管理数据库变得相对简单起来。在使用Berkeley DB提供的函数库编写数据库应用程序之前，有必要先了解以下这些基本概念。 

关键字和数据 

关键字（Key）和数据（Data）是Berkeley DB用来进行数据库管理的基础，由这两者构成的Key/Data对（见表1）组成了数据库中的一个基本结构单元，而整个数据库实际上就是由许多这样的结构单元所构成的。通过使用这种方式，开发人员在使用Berkeley DB提供的API来访问数据库时，只需提供关键字就能够访问到相应的数据。 

Key Data  
sport football 
Fruit orange 
Drink beer 


表1 Key/Data对 

如果想将第一行中的“sport”和“football”保存到Berkeley DB数据库中，可以调用Berkeley DB函数库提供的数据保存接口。此时“sport”和“football”将分别当成关键字和数据来看待。之后如果需要从数据库中检索出该数据，可以用“sport”作为关键字进行查询。此时Berkeley DB提供的接口函数会返回与之对应的数据“football”。 

关键字和数据在Berkeley DB中都是用一个名为DBT的简单结构来表示的。实际上两者都可以是任意长度的二进制数据，而DBT的作用主要是保存相应的内存地址及其长度，其结构如下所示： 

typedef struct {
  void *data;
  u_int32_t size;
  u_int32_t ulen;
  u_int32_t dlen;
  u_int32_t doff;
  u_int32_t flags;
} DBT;
 


在使用Berkeley DB进行数据管理时，缺省情况下是一个关键字对应于一个数据，但事实上也可以将数据库配置成一个关键字对应于多个数据。 

对象句柄 

在Berkeley DB函数库定义的大多数函数都遵循同样的调用原则：首先创建某个结构，然后再调用该结构中的某些方法。从程序设计的角度来讲，这一点同面向对象的设计原则是非常类似的，即先创建某个对象的一个实例，然后再调用该实例的某些方法。正因如此，Berkeley DB引入了对象句柄的概念来表示实例化后的结构，并且将结构中的成员函数称为该句柄的方法。 

对象句柄的引入使得程序员能够完全凭借面向对象的思想，来完成对Berkeley DB数据库的访问和操作，即使当前使用的是像C这样的结构化语言。例如，对于打开数据库的操作来说，可以调用DB的对象句柄所提供的open函数，其原型如下所示： 

int DB->open(DB *db, DB_TXN *txnid, const char *file, 
const char *database, DBTYPE type, u_int32_t flags, int mode);
 


错误处理 

对于任何一个函数库来说，如何对错误进行统一的处理都是需要考虑的问题。Berkeley DB提供的所有函数都遵循同样的错误处理原则，即函数成功执行后返回零，否则的话则返回非零值。 

对于系统错误（如磁盘空间不足和访问权限不够等），返回的是一个标准的值;而对于非系统错误，返回的则是一个特定的错误编码。例如，如果在数据库中没有与某个特定关键字所对应的数据，那么在通过该关键字检索数据时就会出现错误。此时函数的返回值将是DB_NOTFOUND，表示所请求的关键字并没有在数据库中出现。所有标准的errno值都是大于零的，而由Berkeley DB定义的特殊错误编码则都是小于零的。 

要求程序员记住所有的错误代号既不现实也没有什么实际意义，因为Berkeley DB提供了相应的函数来获得错误代号所对应的错误描述。一旦有错误发生，只需首先调用db_strerror()函数来获得错误描述信息，然后再调用DB->err()或DB->errx()就可以很轻松地输出格式化后的错误信息。