實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制的研究.pdf

1、并發(fā)控制策略是否得當(dāng)直接影響數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，因此在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的相關(guān)研究中，并發(fā)控制問題一直是研究的熱點(diǎn)問題之一。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，一方面，事務(wù)由于結(jié)合了時(shí)間限制而變得更為復(fù)雜，系統(tǒng)既要滿足邏輯約束又要滿足時(shí)間約束。另一方面，某些應(yīng)用需要系統(tǒng)能自動地監(jiān)視數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)與其變遷。當(dāng)相關(guān)事件發(fā)生和條件滿足時(shí)，可以自動而適時(shí)地觸發(fā)相應(yīng)的活動。因此，系統(tǒng)中存在著具有嵌套結(jié)構(gòu)的觸發(fā)事務(wù)與被觸發(fā)事務(wù)。兩種一致性要求并存及事務(wù)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，增加了

2、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制策略設(shè)計(jì)的難度。本文從平坦事務(wù)模型和嵌套事務(wù)模型兩方面對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制問題進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能提供了重要的理論依據(jù)。
　　首先，研究了基于封鎖機(jī)制的并發(fā)控制問題。采用優(yōu)先權(quán)頂方法，提出了基于優(yōu)先權(quán)頂?shù)膶?shí)時(shí)并發(fā)控制方法。對沖突的數(shù)據(jù)項(xiàng)臨時(shí)建立三個(gè)副本，當(dāng)事務(wù)成功提交后再寫入數(shù)據(jù)庫，否則預(yù)提交值寫入臨時(shí)緩沖區(qū)，當(dāng)數(shù)據(jù)項(xiàng)成功寫入數(shù)據(jù)庫后刪除副本。通過優(yōu)先權(quán)頂方法解決了因封鎖

3、方法而導(dǎo)致的優(yōu)先權(quán)倒置與死鎖問題，并證明了該方法具有無死鎖與單一阻塞性質(zhì)，避免了不必要的事務(wù)阻塞問題，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。
　　其次，研究了樂觀的并發(fā)控制問題。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，有兩個(gè)關(guān)鍵問題是影響樂觀并發(fā)控制方法性能的重要因素。一是延遲的沖突檢測帶來的較高的重啟開銷；另一個(gè)是即將完成的事務(wù)重啟而導(dǎo)致過多的事務(wù)無法在時(shí)間限制內(nèi)完成。通過對事務(wù)的執(zhí)行情況進(jìn)行評估，提出了事務(wù)完成度與驗(yàn)證因子的概念，在驗(yàn)證階段檢測驗(yàn)證事務(wù)與沖突事務(wù)

4、的執(zhí)行情況，優(yōu)先提交即將完成的事務(wù)，最大限度地降低了不必要重啟的事務(wù)個(gè)數(shù)。同時(shí)，采用多版本并發(fā)控制機(jī)制，解決了傳統(tǒng)方法下無法解決的事務(wù)間發(fā)生嚴(yán)重沖突的問題。提出了連續(xù)提交、緊鄰提交的概念，并證明了通過連續(xù)提交與緊鄰提交能夠保證事務(wù)所讀取數(shù)據(jù)版本的正確性?；诖私o出了一個(gè)實(shí)時(shí)多版本樂觀并發(fā)控制協(xié)議，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)與理論分析，該方法保證了串行性要求且性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的樂觀并發(fā)控制方法及動態(tài)調(diào)整串行化順序方法。
　　第三，研究了主動實(shí)時(shí)嵌套事務(wù)

5、模型的擴(kuò)展問題。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，觸發(fā)事務(wù)與被觸發(fā)事務(wù)具有層次關(guān)系；允許同一事件觸發(fā)一組規(guī)則，且可并發(fā)執(zhí)行；允許規(guī)則執(zhí)行的模塊化提交或回退，而不需要整個(gè)事務(wù)提交或回退。因此多采用嵌套事務(wù)模型來刻畫事務(wù)之間的各種耦合關(guān)系。但是傳統(tǒng)的嵌套事務(wù)模型在父事務(wù)夭折或系統(tǒng)失敗將導(dǎo)致子事務(wù)的級聯(lián)夭折。而在實(shí)時(shí)應(yīng)用環(huán)境下某些子事務(wù)提交后可能無法通過進(jìn)行補(bǔ)償回退到初始狀態(tài)。通過對嵌套事務(wù)模型進(jìn)行擴(kuò)展，給出了關(guān)鍵子事務(wù)的定義，允許它在其父事務(wù)提交前進(jìn)行提

6、交并且釋放所占有的資源，使其它子事務(wù)可以更早的獲得所需資源。一旦關(guān)鍵子事務(wù)提交以后，不能通過完全回退或補(bǔ)償子事務(wù)來消除其對系統(tǒng)的影響，必須強(qiáng)制其父事務(wù)提交。如果關(guān)鍵子事務(wù)夭折，則祖先事務(wù)選擇相應(yīng)的替代事務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。也就是說，關(guān)鍵子事務(wù)對其父事務(wù)的提交是關(guān)鍵的。如果關(guān)鍵子事務(wù)提交后其父事務(wù)夭折或系統(tǒng)失敗則系統(tǒng)重啟后需要繼續(xù)完成。關(guān)鍵子事務(wù)的提交在其父事務(wù)提交之前就具有持久性，因此利用關(guān)鍵子事務(wù)策略可以有效避免級聯(lián)夭折問題。
　　第四

7、，研究了主動實(shí)時(shí)并發(fā)控制問題。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中存在著許多具有嵌套結(jié)構(gòu)的觸發(fā)事務(wù)與被觸發(fā)事務(wù)。提出了事務(wù)執(zhí)行步驟圖及級聯(lián)深度等概念。嵌套事務(wù)之間發(fā)生共享數(shù)據(jù)沖突時(shí)，采用樂觀并發(fā)控制方法，在驗(yàn)證過程中動態(tài)調(diào)整事務(wù)時(shí)戳區(qū)間，優(yōu)先調(diào)度完成度高且觸發(fā)更多事務(wù)的事務(wù)。在嵌套事務(wù)內(nèi)部則采用基于優(yōu)先級及關(guān)鍵性的封鎖方法，保證了關(guān)鍵子事務(wù)的執(zhí)行。通過采取這種混合的并發(fā)控制策略，提高了事務(wù)間的并發(fā)度，減少了不必要的事務(wù)重啟，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。
　　第

8、五，研究了存取具有時(shí)間限制的數(shù)據(jù)的并發(fā)控制問題。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一個(gè)重要的特征是從環(huán)境中采集具有時(shí)間限制的數(shù)據(jù)。這一過程是由傳感器事務(wù)所執(zhí)行的。傳感器事務(wù)是只讀事務(wù)，不會對數(shù)據(jù)庫的用戶事務(wù)產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)沖突。但是當(dāng)存取該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的事務(wù)提交之前數(shù)據(jù)變得無效，將導(dǎo)致得出錯(cuò)誤的結(jié)果。提出了一個(gè)事務(wù)讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的有效性檢查算法，保證了事務(wù)所讀取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的截止期要大于該事務(wù)的截止期。在此基礎(chǔ)上，提出了存取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的樂觀并發(fā)控制方法，在事務(wù)進(jìn)入驗(yàn)證階