劉智博

(中航工業(yè)空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽(yáng) 471009)

一種嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)樂(lè)觀事務(wù)處理策略

劉智博

(中航工業(yè)空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽(yáng) 471009)

在嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，計(jì)算平臺(tái)的移動(dòng)性、頻繁的斷接性以及長(zhǎng)事務(wù)等特性，使得傳統(tǒng)的事務(wù)處理模式不再適用。為了解決嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的事務(wù)處理問(wèn)題，提出了一種新的移動(dòng)事務(wù)處理模型——改進(jìn)的樂(lè)觀兩階段提交移動(dòng)事務(wù)模型(IO2PC－MT)，該模型吸納了O2PC－MT模型的設(shè)計(jì)思想，采用樂(lè)觀并發(fā)控制和兩階段提交的策略實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，IO2PC－MT提高了資源的利用率和系統(tǒng)的整體性能，為嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)移動(dòng)事務(wù)處理提供了一種切實(shí)可行的解決方案。

嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù);移動(dòng)事務(wù);移動(dòng)事務(wù)處理模型;IO2PC－MT模型

計(jì)算技術(shù)和無(wú)線通訊技術(shù)的發(fā)展與結(jié)合使得一種全新的計(jì)算模式——移動(dòng)計(jì)算模式［1］成為了現(xiàn)實(shí)，在移動(dòng)計(jì)算模式下，用戶使用移動(dòng)終端機(jī)并通過(guò)無(wú)線通信接口實(shí)現(xiàn)對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)，而不受實(shí)際物理位置變化的影響。然而由于移動(dòng)計(jì)算環(huán)境的特殊性，使得在設(shè)計(jì)嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)時(shí)需要考慮諸多傳統(tǒng)計(jì)算環(huán)境下不需要考慮的問(wèn)題，如:終端機(jī)的移動(dòng)性、頻繁斷接性、弱連接性，過(guò)區(qū)切換等問(wèn)題［2］。因此如何使服務(wù)器能夠完善地處理好移動(dòng)事務(wù)，成為嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)中一個(gè)非常重要的研究課題。

在移動(dòng)事務(wù)處理方面，人們已經(jīng)提出了許多模型［3］。在分析了現(xiàn)有的幾種典型的移動(dòng)事務(wù)處理模型特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合各種移動(dòng)事務(wù)處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，為了更好地滿足移動(dòng)用戶的需求，本文設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的樂(lè)觀兩階段提交移動(dòng)事務(wù)處理模型——IO2PC－MT(Improved O2PC－MT)模型。最后，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)IO2PC－MT模型和O2PCMT模型的性能進(jìn)行比較分析，并給出相關(guān)結(jié)論。

1 移動(dòng)事務(wù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下，移動(dòng)事務(wù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)［4］如圖1所示。在該結(jié)構(gòu)中，固定網(wǎng)絡(luò)上連接著不帶無(wú)線通信接口的固定主機(jī)(FH)、位置服務(wù)器(LS)和移動(dòng)控制中心(MCC)3類主機(jī)，其中每個(gè)MCC和FH上均連接著一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，并管理相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。位置服務(wù)器(LS)負(fù)責(zé)對(duì)MC的當(dāng)前位置及狀態(tài)進(jìn)行管理和跟蹤。FH和MCC上的各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器共同構(gòu)成一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

圖1 移動(dòng)事務(wù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2 改進(jìn)的O2PC－MT移動(dòng)事務(wù)處理模型

IO2PC－MT模型是對(duì)O2PC－MT模型的改進(jìn)，該模型吸納了O2PC－MT模型的設(shè)計(jì)思想［5］，以事務(wù)隊(duì)列機(jī)制來(lái)支持事務(wù)的移動(dòng)性，采用樂(lè)觀并發(fā)控制和兩階段提交的策略［6］實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性，同時(shí)考慮到網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性和頻繁斷接性，為了充分利用移動(dòng)終端機(jī)的資源和提高事務(wù)的可操作性，允許移動(dòng)終端機(jī)對(duì)本地緩存中的數(shù)據(jù)庫(kù)副本進(jìn)行操作，這使得移動(dòng)終端機(jī)在斷接情況下仍然可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而縮短了事務(wù)的平均等待時(shí)間。

IO2PC－MT移動(dòng)事務(wù)處理模型如圖2所示。為了提供對(duì)移動(dòng)事務(wù)分裂的支持，并為移動(dòng)用戶提供一個(gè)透明的訪問(wèn)接口，在IO2PC－MT模型中引入了移動(dòng)事務(wù)參與者節(jié)點(diǎn)(MTMP)、移動(dòng)事務(wù)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)(MTMC)、本地事務(wù)管理器(LTM)和移動(dòng)終端機(jī)事務(wù)處理器(MCTP)等概念。其中MTMP和MTMC位于MSS上，而MCTP位于MC上。MCTP實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)事務(wù)的分裂，將移動(dòng)事務(wù)分裂為在固定網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行的部分SMT以及在移動(dòng)終端機(jī)上執(zhí)行的部分LTM。每個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元中均有一個(gè)MTMP用來(lái)處理本單元內(nèi)移動(dòng)主機(jī)的事務(wù)請(qǐng)求。

圖2 IO2PC－MT移動(dòng)事務(wù)處理模型

MC負(fù)責(zé)執(zhí)行應(yīng)用程序的各種計(jì)算，因?yàn)橐苿?dòng)計(jì)算環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性較差，MC會(huì)經(jīng)常頻繁地與MTMC發(fā)生斷接。為了在斷接情況下移動(dòng)終端機(jī)仍然可以進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作，利用移動(dòng)數(shù)據(jù)復(fù)制與緩存技術(shù)在移動(dòng)終端機(jī)上保存部分?jǐn)?shù)據(jù)，通常將這些數(shù)據(jù)稱之為移動(dòng)子集，這些移動(dòng)子集構(gòu)成一個(gè)嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)(Embedded Mobile Database，EMDB)。通常稱EMDB上的數(shù)據(jù)對(duì)象為該數(shù)據(jù)對(duì)象的暫態(tài)版本，該數(shù)據(jù)對(duì)象在主數(shù)據(jù)庫(kù)中的版本稱作其基版本。若在EMDB上有移動(dòng)事務(wù)所需數(shù)據(jù)對(duì)象的暫態(tài)版本，MC將使用這個(gè)暫態(tài)版本來(lái)進(jìn)行操作，隨后到MTMC上進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)移動(dòng)事務(wù)進(jìn)行提交。

MSS管理整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)空間的一個(gè)子集，并且與中央數(shù)據(jù)庫(kù)相連，負(fù)責(zé)收集MC發(fā)送的數(shù)據(jù)讀寫請(qǐng)求，同時(shí)把任務(wù)分解為多個(gè)子事務(wù)發(fā)送到相應(yīng)節(jié)點(diǎn)來(lái)執(zhí)行，并負(fù)責(zé)事務(wù)的并發(fā)控制、提交以及系統(tǒng)日志的維護(hù)。

MC上的MCTP接收應(yīng)用程序的指令，并獲取計(jì)算所需的數(shù)據(jù)項(xiàng)列表。若網(wǎng)絡(luò)連接情況良好，則將數(shù)據(jù)請(qǐng)求發(fā)送給MSS。若在網(wǎng)絡(luò)斷接的情況下，就將數(shù)據(jù)請(qǐng)求發(fā)送給本地EMDB，從而獲取計(jì)算處理所需的相關(guān)數(shù)據(jù)。計(jì)算、修改數(shù)據(jù)項(xiàng)的中間結(jié)果均保存在本地EMDB中。當(dāng)計(jì)算結(jié)束時(shí)，MCTP將應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)的讀寫操作組成事務(wù)隊(duì)列，然后發(fā)送到MTMC上進(jìn)行校驗(yàn)，同時(shí)將返回的校驗(yàn)結(jié)果發(fā)送給LTM。

3 IO2PC－MT模型事務(wù)處理

MC上的各種應(yīng)用程序的讀寫操作被組織成移動(dòng)事務(wù)，由MC上的MCTP進(jìn)行計(jì)算處理。為提交已經(jīng)執(zhí)行完畢的移動(dòng)事務(wù)，MC上的MCTP將準(zhǔn)備全局提交的事務(wù)發(fā)給MSS，系統(tǒng)根據(jù)合適的移動(dòng)策略選擇一個(gè)MSS作為MTMC，然后根據(jù)該移動(dòng)事務(wù)的讀寫數(shù)據(jù)結(jié)果集合，在所涉及到的MTMP上進(jìn)行兩階段提交，MTMC根據(jù)返回的提交結(jié)果，通知MC上的應(yīng)用程序來(lái)判斷該事務(wù)是否能夠成功提交。對(duì)于成功提交的事務(wù)，將保證它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新持久化。

IO2PC－MT模型將整個(gè)移動(dòng)事務(wù)的執(zhí)行過(guò)程分為3個(gè)階段:

a.本地計(jì)算。執(zhí)行過(guò)程主要發(fā)生在MC上，MC負(fù)責(zé)讀取所需數(shù)據(jù)項(xiàng)，然后在本地計(jì)算，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，再將數(shù)據(jù)存放在本地緩存數(shù)據(jù)庫(kù)中。

b.沖突校驗(yàn)。執(zhí)行過(guò)程主要發(fā)生在固定網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)MSS上，主要是對(duì)移動(dòng)事務(wù)進(jìn)行沖突檢測(cè)，判斷是否可以在本地通過(guò)可串行化檢測(cè)。

c.更新數(shù)據(jù)。對(duì)于通過(guò)沖突校驗(yàn)階段的事務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)項(xiàng)的更新持久化，并將處理信息回饋給MC，同時(shí)對(duì)MC緩存數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。

4 性能分析

4.1 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

為了分析與比較IO2PC－MT模型和O2PCMT模型在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下的性能，本文以嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)King Base Lite為基礎(chǔ)，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了詳細(xì)實(shí)驗(yàn)，模擬實(shí)驗(yàn)程序通過(guò)Visual C++6.0實(shí)現(xiàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 模擬實(shí)驗(yàn)中的主要參數(shù)

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)可選擇移動(dòng)事務(wù)日志數(shù)據(jù)量，以及事務(wù)平均等待時(shí)間兩項(xiàng)主要指標(biāo)，來(lái)對(duì)IO2PCMT模型和O2PC－MT模型的性能進(jìn)行比較分析。事務(wù)日志數(shù)據(jù)量比較如圖3所示，事務(wù)平均等待時(shí)間比較如圖4所示。

圖3 事務(wù)日志數(shù)據(jù)量比較圖

圖4 事務(wù)平均等待時(shí)間比較圖

由圖3、圖4可以看出，從總體上講，隨著斷接時(shí)間的增加，相比于O2PC－MT模型，IO2PC－MT模型的日志數(shù)據(jù)量大大減少，并且事務(wù)平均等待時(shí)間也大大縮短，所以IO2PC－MT模型能夠提供較好的總體性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于O2PC－MT模型設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的樂(lè)觀兩階段提交移動(dòng)事務(wù)處理模型(IO2PCMT)。該模型提供了對(duì)移動(dòng)事務(wù)的長(zhǎng)事務(wù)特性的有效與靈活的支持。此外，該模型還提供了對(duì)交互式事務(wù)及隨意移動(dòng)性的支持。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與O2PC－MT模型相比，IO2PC－MT模型有效地減小了移動(dòng)終端機(jī)的存儲(chǔ)空間，大大縮短了事務(wù)平均等待時(shí)間，提高了資源利用效率和系統(tǒng)效率，為移動(dòng)事務(wù)處理提供了一種切實(shí)可行的解決方案。但研究中仍存在著一些不足，例如事務(wù)撤銷率偏高，如何保持較低的事務(wù)撤銷率，還需要更進(jìn)一步的研究。

［1］孟小峰，丁治明.移動(dòng)數(shù)據(jù)管理概念與技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2000:21－30.

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A Optimistic Transaction Processing In Embedded Mobile Database

LIU Zhibo
(AVIC Airborne Missile Academy，Henan Luoyang，471009，China)

In embedded mobile database systems，new features such as mobility，disconnection and long－lived transactions make traditional transaction processing schemes no longer suited.To solve this problem，it proposes a new mobile transaction model(IO2PC－MT)based on O2PC－MT.The model incorporates the design idea of the O2PC －MT model，adopts the strategy of optimistic concurrency control and the two－stage committing to achieve the consistency of data.The simulation experiment results show that the IO2PC－MT model improves resource utilization and the whole performance of system，this model provides a good solution for the mobile transaction processing technology of embedded mobile database.

Embedded Mobile Database;Mobile Transaction;Mobile Transaction Processing Model;IO2PCMT Model

TP311

A

2095－509X(2013)05－0032－03

10.3969/j.issn.2095 －509X.2013.05.008

2012－12－25

劉智博(1983—)，男，河南洛陽(yáng)人，中航工業(yè)空空導(dǎo)彈研究院助理工程師，主要從事生產(chǎn)管理信息化方面的研究工作。