文章介紹了在面向工控自動化過程的實時監控系統建設中，實時數據庫系統的設計。針對實時數據庫系統的特點，分析了實時數據庫的功能模塊、存儲結構、事務調度和并發控制等關鍵技術并給出了具體實現方法。在實現過程中采用了多媒體定時器、內存映射文件、多線程、同步對象等技術，保證了系統的穩定性和強實時性。

　　1 引言

　　現代工業的特點要求全過程的實時監控，高速的實時數據處理、長期的歷史數據存儲以及生產信息的集成與共享。要滿足上述對生產數據的處理要求僅靠大量采用集散控制系統(DCS)和關系數據庫技術并不能完全解決問題。DCS數據存儲能力有限，同時企業中異構的DCS無法進行有效的數據共享。而關系數據庫數據處理速度低，無法對生產過程數據進行及時高效的存儲。

　　為了解決上述問題，實時數據庫作為一個關鍵的支撐技術引入工業控制系統。在生產設備運行過程中，實時數據庫系統實時采集設備的運行數據，隨時掌握裝置的運行情況，并通過對生產過程的關鍵數據的實時監控分析，對出現的問題即時進行處理，使生產的運行狀態保持平穩。實時數據庫還是是連接工業生產控制系統與企業上層管理系統的橋梁，企業可以通過實時數據庫系統提供的數據平臺，為經營決策、計劃調度、先進過程控制，質量監控等分系統提供同一的數據平臺。

　　2 實時數據庫系統概念和特點

　　實時數據庫系統(RTDBS)就是其事務和數據都可以有定時特性或顯式的定時限制的數據庫系統。系統的正確性不僅依賴于邏輯結果，而且還依賴于邏輯結果產生的時間。對于實時數據庫系統，數據的一致性和執行的周期性是重要的目標，由于在實時系統中經常以固定的時間周期收集被控系統的實時數據，相應的控制系統也必須周期性地處理數據和作出響應;由于傳統的關系型數據庫在一些時限要求嚴格的場合不能滿足實時系統對數據實時性的要求，而內存直接尋址是一種具有高速的數據訪問方式，在技術上采用內存數據庫是解決這一問題的理想解決方案。

　　整個實時數據庫系統方案的設計分為駐內和留外兩個部分，駐內部分即為內存數據庫，是實時數據庫的主體，存儲形式可采用順序結構，B樹結構或多目錄搜索哈希技術(散列技術)。內存數據庫定時進行事務處理，對超過一定時間的數據從內存中清除，寫到外存數據庫中。外存數據庫即磁盤數據庫或歷史數據庫，用于歷史記錄分析，報表生成答應或相關決策等等。本系統歷史數據庫采用的是Microsoft公司的數據庫產品SQLServer。

　　3 關鍵技術研究和實現

　　3.1數據的實時采集

　　在工業控制系統中，數據采集程序的實時性和穩定性對于整個工控系統的性能起著至關重要的作用。Windos提供的定時器TImer遠達不到要求，必須使用精度更高的定時器來取代。

　　Windows系統下的多媒體定時器API函數timeSetevent和timeKillEvent就能很好的滿足實時性的要求。該多媒體定時器工作在自己的線程內，且它的線程優先級(threadprioritylevel)設定為THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL,這比絕大部分的線程優先權數值都高，相比工作在用戶界面線程內的Timer定時器來說，它不受消息機制的影響，能夠達到很高的定時精度。它的最高定時精度能夠達到1ms,能夠滿足較高實時性的要求。

　　3.2內存數據庫技術

　　內存數據庫指數據庫常駐內存及事務的數據存取只涉及內存。內存數據庫是支持實時事務的一種最佳技術，其本質特征是其“主拷貝”或“工作版本”常駐內存，活動事務只與實時內存數據庫的內存拷貝交互，顯然，它需要較大的內存量。內存數據庫可以簡記為MMDB。MMDB的“工作版本”常駐內存，在任何一個事務執行過程中沒有內外存間數據I/O。這為系統較準確估算和安排事務的運行時間、實現事務的定時限制打下了基礎，從而滿足外部事務應用對響應時間和事務吞吐率的需求。

　　3.2.1利用內存映射文件共享內存

　　共享內存是實時數據庫核心技術之一。所謂內存映射文件，即在內存中申請一塊內存空間，將一個文件與這塊空間相聯系，再進行內存映射，這樣，操作文件就有和操作內存一樣的效率，幾個進程可以通過操作該映射文件，實現進程間在內存一級的高速數據交互。當采用內存映射文件方式時，Windows對于再次使用該文件的進程不在創建新的映射文件對象而共享前一段內存映射對象，并將該對象映射成兩個地址空間，這種機制不僅有效地利用了內存，同時也實現了數據的共享。要在Windows2000下實現內存讀寫一級的數據通信效率，唯一的辦法就是使用內存映射文件。內存映射文件使用方法如下：

　　(1)創建或打開文件內核對象

　　創建或打開一個文件內核對象，總要調用CreateFileCreateFile函數：HANDLECreateFile

　　(2)創建一個文件映射內核對象。