实时事务-上海交通大学.ppt

上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 实时数据库 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 新应用 传统事务处理技术无法适应很多新应用 CAD/CAM,CIMS 数据通信,电话交换,电力调度等网络管理 电子数据交换和电子商务 证券交易 交通控制 武器制导,作战指挥自动化 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 时间关键型应用 新应用的特征 要维护大量共享数据和控制数据 应用活动有很强的时间性,要求在规定的时刻和/或一定的时间内完成 所处理的数据往往是”短暂的”,即有一定的有效时间 过时则有新的数据产生,而当前的决策失效 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 DB+RTS 新应用需要将数据库和实时系统相结合 数据库支持海量数据的存储和共享,维护一致性 实时系统支持各任务与数据的定时限制 传统数据库系统旨在处理永久稳定的数据,强调维护数据的完整性和一致性,其性能目标是高吞吐量和低代价,不考虑数据操作的定时限制 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 实时数据库 实时数据库:其数据和事务都有显式定时限制 RTDB的正确性不仅依赖于事务的逻辑结果,而且依赖于该结果所产生的时间. 研究内容:数据模型,事务模型,并发控制,等等 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 RTDB与时间 数据与时间相关 数据本身就是时间数据 用户定义的时间,并非实时系统的时间 数据值随时间而变 真实时间或事件时间:数据所描述的现实对象状态发生改变的时间 事务时间:数据库中数据值发生改变的时间 实时事务有定时限制 结果产生的时间与结果本身一样重要.如截止时间 外部环境的反应时间要求,也对事务施以定时限制 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 RTDB数据的特征 数据随外部环境状态的变化而变化,其值只在一定时间内有效,固系统必须维护内外状态的一致性,以及被用来决策或推导新数据的一组数据的相互一致性. 数据对象d=(dv,dtp,devi) dv :当前值 dtp :采样时间 devi :外部有效期(现实对象状态变化的时间间隔) 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 RTDB数据的特征(续) 内部一致性: dv满足预定义的DB内部状态的一致性约束,即传统的数据完整性 外部一致性: (tc- dtp)? devi ,即dv和对应的外部现实对象的状态是一样的 tc:当前或检测时间 相互一致性: 对d,d?R,|dtp-dtp| ? Rmvi 相互一致集R: 用于决策或导出新数据的一组数据. R的相互有效期Rmvi: R中数据必须尽可能地在一个允许的公共时间期Rmvi内被采集或导出 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 RTDB事务的特征 传统事务概念和模型不适合实时事务 实时事务的标志性特征是定时性: 定时限制:事务的执行有显式的时限,如指定的开始时间和截止时间等.这要求RTDB有时间处理机制. 定时正确性:事务能按指定的时间要求正确地执行.这要求RTDB权衡定时限制和数据一致性等多方面因素,提供合适的调度及并发控制. 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 RTDB事务的特征(续) 定时性的来源 由数据一致性要求引起:如每5秒采样一次,7点启动机器人等. 现实世界施加于系统的反应时间的要求:如若温度达到1000度,则在5秒内加冷却剂到反应堆. 定时可以是绝对,相对或周期时间 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 RTDB的主要研究内容 实时数据模型及其语言 一般都使用传统数据模型,未引入时间维. 引入了时间维的时态数据模型和时态查询语言也没有提供描述事务定时限制的机制 实时事务的模型与特性 实时事务结构复杂,事务之间有多种交互行为和同步,存在结构,数据,行为,时间上的相关性以及在执行方面的依赖性. 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 RTDB的主要研究内容(续) 实时事务的处理 系统必须能控制事务的执行顺序,如让截止期更早或更紧急的事务较早执行.这需要基于截止期和紧迫度来标明事务的优先级,并按优先级进行调度 实时事务不必要求可串行化,宁可要部分正确而及时的数据,也不要绝对正确但过时的数据.这要求有新的并发控制技术. 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 RTDB的主要研究内容(续) 数据存储与缓冲区管理 磁盘I/O的时间延迟和不确定性对RTDB来说是难以接受的 内存数据库:确保事务所需数据都在内存,无需I/O 内存缓冲区管理非常重要 数据,事务的执行代码及工作数据 必要时高优先级事务可以抢占低优先级事务的缓冲区 上海交通大学计算机科学与工程系陆朝俊 RTDB的主要研究内容(续) 恢复 恢复过程可能影响活跃事务,使某些事务超截止期 RTDB的数据不一定总是持久的,也不一定总是一致的. 有的事务是不可逆