一種嵌入式移動數(shù)據(jù)庫樂觀事務處理策略

劉智博

(中航工業(yè)空空導彈研究院，河南洛陽 471009)

一種嵌入式移動數(shù)據(jù)庫樂觀事務處理策略

劉智博

(中航工業(yè)空空導彈研究院，河南洛陽 471009)

在嵌入式移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，計算平臺的移動性、頻繁的斷接性以及長事務等特性，使得傳統(tǒng)的事務處理模式不再適用。為了解決嵌入式移動數(shù)據(jù)庫中的事務處理問題，提出了一種新的移動事務處理模型——改進的樂觀兩階段提交移動事務模型(IO2PC－MT)，該模型吸納了O2PC－MT模型的設(shè)計思想，采用樂觀并發(fā)控制和兩階段提交的策略實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性。模擬實驗結(jié)果表明，IO2PC－MT提高了資源的利用率和系統(tǒng)的整體性能，為嵌入式移動數(shù)據(jù)庫移動事務處理提供了一種切實可行的解決方案。

嵌入式移動數(shù)據(jù)庫;移動事務;移動事務處理模型;IO2PC－MT模型

計算技術(shù)和無線通訊技術(shù)的發(fā)展與結(jié)合使得一種全新的計算模式——移動計算模式［1］成為了現(xiàn)實，在移動計算模式下，用戶使用移動終端機并通過無線通信接口實現(xiàn)對信息網(wǎng)絡的訪問，而不受實際物理位置變化的影響。然而由于移動計算環(huán)境的特殊性，使得在設(shè)計嵌入式移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時需要考慮諸多傳統(tǒng)計算環(huán)境下不需要考慮的問題，如:終端機的移動性、頻繁斷接性、弱連接性，過區(qū)切換等問題［2］。因此如何使服務器能夠完善地處理好移動事務，成為嵌入式移動數(shù)據(jù)庫技術(shù)中一個非常重要的研究課題。

在移動事務處理方面，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事務處理模型特點的基礎(chǔ)上，綜合各種移動事務處理技術(shù)的優(yōu)點，為了更好地滿足移動用戶的需求，本文設(shè)計了一種改進的樂觀兩階段提交移動事務處理模型——IO2PC－MT(Improved O2PC－MT)模型。最后，通過模擬實驗對IO2PC－MT模型和O2PCMT模型的性能進行比較分析，并給出相關(guān)結(jié)論。

1 移動事務處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在移動計算環(huán)境下，移動事務處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)［4］如圖1所示。在該結(jié)構(gòu)中，固定網(wǎng)絡上連接著不帶無線通信接口的固定主機(FH)、位置服務器(LS)和移動控制中心(MCC)3類主機，其中每個MCC和FH上均連接著一個數(shù)據(jù)庫服務器，并管理相應的數(shù)據(jù)庫。位置服務器(LS)負責對MC的當前位置及狀態(tài)進行管理和跟蹤。FH和MCC上的各個數(shù)據(jù)庫服務器共同構(gòu)成一個分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

圖1 移動事務處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2 改進的O2PC－MT移動事務處理模型

IO2PC－MT模型是對O2PC－MT模型的改進，該模型吸納了O2PC－MT模型的設(shè)計思想［5］，以事務隊列機制來支持事務的移動性，采用樂觀并發(fā)控制和兩階段提交的策略［6］實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性，同時考慮到網(wǎng)絡的不穩(wěn)定性和頻繁斷接性，為了充分利用移動終端機的資源和提高事務的可操作性，允許移動終端機對本地緩存中的數(shù)據(jù)庫副本進行操作，這使得移動終端機在斷接情況下仍然可以訪問數(shù)據(jù)庫，從而縮短了事務的平均等待時間。

IO2PC－MT移動事務處理模型如圖2所示。為了提供對移動事務分裂的支持，并為移動用戶提供一個透明的訪問接口，在IO2PC－MT模型中引入了移動事務參與者節(jié)點(MTMP)、移動事務協(xié)調(diào)者節(jié)點(MTMC)、本地事務管理器(LTM)和移動終端機事務處理器(MCTP)等概念。其中MTMP和MTMC位于MSS上，而MCTP位于MC上。MCTP實現(xiàn)對移動事務的分裂，將移動事務分裂為在固定網(wǎng)絡中執(zhí)行的部分SMT以及在移動終端機上執(zhí)行的部分LTM。每個無線網(wǎng)絡單元中均有一個MTMP用來處理本單元內(nèi)移動主機的事務請求。

圖2 IO2PC－MT移動事務處理模型

MC負責執(zhí)行應用程序的各種計算，因為移動計算環(huán)境下網(wǎng)絡連接的可靠性較差，MC會經(jīng)常頻繁地與MTMC發(fā)生斷接。為了在斷接情況下移動終端機仍然可以進行數(shù)據(jù)讀寫操作，利用移動數(shù)據(jù)復制與緩存技術(shù)在移動終端機上保存部分數(shù)據(jù)，通常將這些數(shù)據(jù)稱之為移動子集，這些移動子集構(gòu)成一個嵌入式移動數(shù)據(jù)庫(Embedded Mobile Database，EMDB)。通常稱EMDB上的數(shù)據(jù)對象為該數(shù)據(jù)對象的暫態(tài)版本，該數(shù)據(jù)對象在主數(shù)據(jù)庫中的版本稱作其基版本。若在EMDB上有移動事務所需數(shù)據(jù)對象的暫態(tài)版本，MC將使用這個暫態(tài)版本來進行操作，隨后到MTMC上進行校驗，對移動事務進行提交。

MSS管理整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)空間的一個子集，并且與中央數(shù)據(jù)庫相連，負責收集MC發(fā)送的數(shù)據(jù)讀寫請求，同時把任務分解為多個子事務發(fā)送到相應節(jié)點來執(zhí)行，并負責事務的并發(fā)控制、提交以及系統(tǒng)日志的維護。

MC上的MCTP接收應用程序的指令，并獲取計算所需的數(shù)據(jù)項列表。若網(wǎng)絡連接情況良好，則將數(shù)據(jù)請求發(fā)送給MSS。若在網(wǎng)絡斷接的情況下，就將數(shù)據(jù)請求發(fā)送給本地EMDB，從而獲取計算處理所需的相關(guān)數(shù)據(jù)。計算、修改數(shù)據(jù)項的中間結(jié)果均保存在本地EMDB中。當計算結(jié)束時，MCTP將應用程序?qū)?shù)據(jù)的讀寫操作組成事務隊列，然后發(fā)送到MTMC上進行校驗，同時將返回的校驗結(jié)果發(fā)送給LTM。

3 IO2PC－MT模型事務處理

MC上的各種應用程序的讀寫操作被組織成移動事務，由MC上的MCTP進行計算處理。為提交已經(jīng)執(zhí)行完畢的移動事務，MC上的MCTP將準備全局提交的事務發(fā)給MSS，系統(tǒng)根據(jù)合適的移動策略選擇一個MSS作為MTMC，然后根據(jù)該移動事務的讀寫數(shù)據(jù)結(jié)果集合，在所涉及到的MTMP上進行兩階段提交，MTMC根據(jù)返回的提交結(jié)果，通知MC上的應用程序來判斷該事務是否能夠成功提交。對于成功提交的事務，將保證它對數(shù)據(jù)庫的更新持久化。

IO2PC－MT模型將整個移動事務的執(zhí)行過程分為3個階段:

a.本地計算。執(zhí)行過程主要發(fā)生在MC上，MC負責讀取所需數(shù)據(jù)項，然后在本地計算，并對數(shù)據(jù)進行修改，再將數(shù)據(jù)存放在本地緩存數(shù)據(jù)庫中。

b.沖突校驗。執(zhí)行過程主要發(fā)生在固定網(wǎng)絡上的各個MSS上，主要是對移動事務進行沖突檢測，判斷是否可以在本地通過可串行化檢測。

c.更新數(shù)據(jù)。對于通過沖突校驗階段的事務進行數(shù)據(jù)項的更新持久化，并將處理信息回饋給MC，同時對MC緩存數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行更新。

4 性能分析

4.1 實驗說明

為了分析與比較IO2PC－MT模型和O2PCMT模型在移動計算環(huán)境下的性能，本文以嵌入式移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)King Base Lite為基礎(chǔ)，通過模擬實驗的方法進行了詳細實驗，模擬實驗程序通過Visual C++6.0實現(xiàn)，整個實驗系統(tǒng)的主要參數(shù)見表1。

表1 模擬實驗中的主要參數(shù)

4.2 實驗結(jié)果分析

通過模擬實驗可選擇移動事務日志數(shù)據(jù)量，以及事務平均等待時間兩項主要指標，來對IO2PCMT模型和O2PC－MT模型的性能進行比較分析。事務日志數(shù)據(jù)量比較如圖3所示，事務平均等待時間比較如圖4所示。

圖3 事務日志數(shù)據(jù)量比較圖

圖4 事務平均等待時間比較圖

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

5 結(jié)束語

本文基于O2PC－MT模型設(shè)計了一種改進的樂觀兩階段提交移動事務處理模型(IO2PCMT)。該模型提供了對移動事務的長事務特性的有效與靈活的支持。此外，該模型還提供了對交互式事務及隨意移動性的支持。實驗結(jié)果表明，與O2PC－MT模型相比，IO2PC－MT模型有效地減小了移動終端機的存儲空間，大大縮短了事務平均等待時間，提高了資源利用效率和系統(tǒng)效率，為移動事務處理提供了一種切實可行的解決方案。但研究中仍存在著一些不足，例如事務撤銷率偏高，如何保持較低的事務撤銷率，還需要更進一步的研究。

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

［2］Barbara D.Mobile computing and databases——a survey［J］.IEEE Trans on Knowledge and Data Engineering，1999，11(1):108－117.

［3］丁治明，孟小峰，王珊.移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)樂觀事務處理策略［J］.計算機研究與發(fā)展，2002，39(10):1380 －1387.

［4］劉鐵銘，張有為.嵌入式移動數(shù)據(jù)庫應用研究［J］.計算機學報，2006，22(2):88 －90.

［5］楊進才，劉云生.移動事務的數(shù)據(jù)收集與存儲［J］.計算機工程與應用，2004(8):25 －27.

［6］王珊，丁治明，張孝.移動數(shù)據(jù)庫及應用［J］.計算機應用，2000，20(9):1 －8.

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，河南洛陽人，中航工業(yè)空空導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。