實時數(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)的相關研究中，并發(fā)控制問題一直是研究的熱點問題之一。在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，一方面，事務由于結(jié)合了時間限制而變得更為復雜，系統(tǒng)既要滿足邏輯約束又要滿足時間約束。另一方面，某些應用需要系統(tǒng)能自動地監(jiān)視數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)與其變遷。當相關事件發(fā)生和條件滿足時，可以自動而適時地觸發(fā)相應的活動。因此，系統(tǒng)中存在著具有嵌套結(jié)構(gòu)的觸發(fā)事務與被觸發(fā)事務。兩種一致性要求并存及事務的結(jié)構(gòu)復雜性，增加了

2、實時數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制策略設計的難度。本文從平坦事務模型和嵌套事務模型兩方面對實時數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制問題進行了深入、系統(tǒng)的研究，為實時數(shù)據(jù)庫設計，提高系統(tǒng)的實時性能提供了重要的理論依據(jù)。
　　首先，研究了基于封鎖機制的并發(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)膶崟r并發(fā)控制方法。對沖突的數(shù)據(jù)項臨時建立三個副本，當事務成功提交后再寫入數(shù)據(jù)庫，否則預提交值寫入臨時緩沖區(qū)，當數(shù)據(jù)項成功寫入數(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阻塞問題，提高了系統(tǒng)的實時性能。
　　其次，研究了樂觀的并發(fā)控制問題。在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，有兩個關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；另一個是即將完成的事務重啟而導致過多的事務無法在時間限制內(nèi)完成。通過對事務的執(zhí)行情況進行評估，提出了事務完成度與驗證因子的概念，在驗證階段檢測驗證事務與沖突事務

4、的執(zhí)行情況，優(yōu)先提交即將完成的事務，最大限度地降低了不必要重啟的事務個數(shù)。同時，采用多版本并發(fā)控制機制，解決了傳統(tǒng)方法下無法解決的事務間發(fā)生嚴重沖突的問題。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所讀取數(shù)據(jù)版本的正確性?；诖私o出了一個實時多版本樂觀并發(fā)控制協(xié)議，經(jīng)過實驗與理論分析，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，研究了主動實時嵌套事務

5、模型的擴展問題。在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，觸發(fā)事務與被觸發(fā)事務具有層次關系；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，而不需要整個事務提交或回退。因此多采用嵌套事務模型來刻畫事務之間的各種耦合關系。但是傳統(tǒng)的嵌套事務模型在父事務夭折或系統(tǒng)失敗將導致子事務的級聯(lián)夭折。而在實時應用環(huán)境下某些子事務提交后可能無法通過進行補償回退到初始狀態(tài)。通過對嵌套事務模型進行擴展，給出了關鍵子事務的定義，允許它在其父事務提交前進行提

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

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

8、五，研究了存取具有時間限制的數(shù)據(jù)的并發(fā)控制問題。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一個重要的特征是從環(huán)境中采集具有時間限制的數(shù)據(jù)。這一過程是由傳感器事務所執(zhí)行的。傳感器事務是只讀事務，不會對數(shù)據(jù)庫的用戶事務產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)沖突。但是當存取該實時數(shù)據(jù)的事務提交之前數(shù)據(jù)變得無效，將導致得出錯誤的結(jié)果。提出了一個事務讀取實時數(shù)據(jù)的有效性檢查算法，保證了事務所讀取的實時數(shù)據(jù)的截止期要大于該事務的截止期。在此基礎上，提出了存取實時數(shù)據(jù)的樂觀并發(fā)控制方法，在事務進入驗證階