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实时事务并发控制算法优化

王永炎  
【摘要】: 实时数据库系统处理具有时间约束的实时事务,其性能指标是错失截止期的事务所占的比率,即错失率。错失率越低,系统性能越好。实时事务按照截止期和价值确定的优先级进行调度,而传统数据库中的并发控制并没有考虑优先级。近年来很多研究人员致力于设计适合实时数据库系统的并发控制算法。实时事务并发控制算法不但需要保证数据库的一致性,同时还要尽量满足实时事务的截止期来降低系统的错失率。然而,现有的实时事务并发控制算法依然存在浪费的重启、浪费的等待、浪费的执行和不必要的重启等问题。针对这些资源浪费问题,本文着重研究了实时事务并发控制算法的优化问题。本文的主要工作体现在: 1、提出了牺牲重启事务策略来减少浪费的执行。该方法能够提高实时数据库系统在负载较高时的性能。在系统负载较高时,牺牲重启事务策略能够让更有可能满足截止期的未重启过的事务优先执行,提高实时事务满足截止期的机会。模拟实验结果表明,基于牺牲重启事务策略的OCC-CLRTP算法能够有效地减少浪费的执行,降低系统的错失率。 2、提出了动态调整执行顺序方法来避免不必要的重启,减少重启事务的个数,降低系统错失率。动态调整执行顺序方法能够动态地调整串行化顺序和读写顺序来寻找可串行化的调度,有效地避免不必要的重启。 3、提出了基于提交范围(CommitSpace)的OCC-CS算法来实现动态调整执行顺序方法,并对OCC-CS算法进行了复杂度分析。限制半提交事务缓冲区大小方法可以减少OCC-CS算法额外消耗的系统内存,而且不会影响系统的性能。根据半提交选择法的不同,OCC-CS算法被分为CS-LEFT、CS-RIGHT、CS-ALT和CS-LRC算法。模拟实验结果表明,CS-ALT算法能够比基于动态调整串行化顺序方法的OCC-DATI算法更有效地避免不必要的重启,减少重启个数,提高实时数据库系统的性能。 4、还提出了结合牺牲重启事务策略和动态调整执行顺序方法的CS-ALT-CLRTP算法来进一步提高实时数据库系统的性能。该算法不但能够减少系统负载较高时浪费的执行,同时还能够有效地避免不必要的重启,因此能够更大限度地降低系统的错失率,改进实时数据库系统的性能。模拟实验结果表明,CS-ALT-CLRTP算法能够在所有系统负载下表现出最好的性能。 5、设计并开发了一个具有很好的可扩展性和可配置性的实时数据库测试平台来分析和比较实时事务并发控制算法的性能。论文详细介绍了实时数据库测试平台的系统框架,重点描述了系统中的实时事务并发控制的框架和实现,并且深入论述了如何在基本框架下实现牺牲重启事务策略和动态调整执行顺序方法。


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