实时数据库系统是对有明显时间限制事务的处理系统(时间限制是最后时间限制)。如果这个时间限制没有满足,事务必须退出,就称这个时间限制是硬时间限制;如果时间限制没有满足,事务不必退出,但事务处理结果的可用性降低,则称这个时间限制为软时间限制。在RTDBMS中不仅要求处理结果正确,满足数据一致性,而且还要及时处理完事务,即事务调度必须满足事务的时间限制。典型的数据库并发控制中,没有把时间限制这一项作为系统必须完成的指标,只是尽可能提高并行程度,以获得更快的平均响应时间,并且不破坏数据一致性。从实时任务调度方面讲,是为了满足时间限制,调度各独立的任务,最大限度地利用资源(如CPU的利用)。而RTDMBS中的调度实时性的提高是这两种调度机制有机结合的结果。实时任务调度应用于实时事务调度,并发控制协议用来调度事务操作以保证数据一致性。
对强截止时间和该事务需求的应用,系统必须保证事务在截止时间内完成。对这样的事务,必须使用新的数据库协议去解决资源分配和事务处理的需要。新的数据库并行调度协议要保证所有事务都能享受资源,并能处理它们的截止时间。在一些模拟实验中评价了扩展的调度协议,新的观点已被提出,在定义数据和事务的时间特性方面的研究已取得初步的进展。
一个RTDBMS通常用于随机访问的场合。因为我们不能预测多少对象被访问,事务何时出现。我们假定事务的到达是随机的,每个事务被分配优先级和开始时间戳。当事务到达系统时其初始优先级根据最后期限和事务的紧迫性而定。开始时间戳追加到初始优先级形成真正优先级。我们所指的事务优先级是指带有开始时间戳的真正优先级,因为开始时间戳是唯一的,所以每个事务的优先级也是唯一的。事务优先级在它们有同样的初始优先级时,由它们的开始时间戳来区别。
当且仅当事务提交后事务才真正写入数据库。通过使用一个根据优先级的封锁协议,活动事务的串行化顺序可以动态的调整,使得更高优先级的事务优先执行,也就是说更高优先级的事务不会被未提交的低优先级事务阻塞,而低优先级事务遇到冲突时也不会总是退出。这里的串行化顺序的调整是支持有严格时间限制的调整机制。
每个事务的执行分成三个阶段:读阶段、等待阶段和写阶段。在读阶段,一个事务从数据库中读、写数据到它的本身工作空间。完成以后,在等待阶段等待机会提交。如它提交,则切换到写阶段。在写阶段所有更新在数据库中做永久更新。一个事务处于三个阶段中的任一个,则称为活动状态。
读阶段是一个事务正常执行过程。在这个阶段,事务写操作不是对数据库中的数据对象写,而是对该数据对象存放在该事务自身工作空间中的数据副本操作,我们称这样的写为提前写,记为PWT(X)。一个事务的写请求是由事务的提前写完成的。因为每个事务有它自己的工作空间,因此并不把结果写入数据库。如果事务提前写一个数据对象,接下来对该数据对象的读操作可以从自身工作空间检索出。这一阶段的读提前写或提前写读冲突的同步控制根据基于优先级的封锁协议。在一个事务对数据对象执行读(写)操作之前,它必须首先获得对数据对象的读(写)封锁。事务T对数据对象X的读(写)封锁记为RLOCK(T,X)(WLOCK(T,X))。如果一个事务读一个数据对象是已经被它自己写过的,就可以从它自身工作空间中读该数据副本,不需获得读封锁。这个封锁协议基于一个原则,即较高优先级的事务应该在较低优先级事务前完成。RTDBMS使用一个合适的CPU调度政策,较高优先级的事务在大多数情况下于较低优先级事务之前调度提交。如果较低优先级事务在较高优先级事务前完成,它需要等待直至提交,并且较高优先级事务不会因此退出。
等待阶段允许事务等待直至提交。一旦一个事务要提交即超前计数器的值已为零,切换至写阶段并释放所有读锁。该事务被分配最后时间戳,这时的顺序为绝对顺序。
一旦一个事务处于写阶段,它被认为要提交。所有提交事务根据最后时间戳来决定串行顺序。它们的更新是数据库做永久性更改。每个操作执行以后相应锁被立即释放。
(6)存取机制
RTDBMS的存取机制包括数据存储管理和数据存取管理。
为了提高RTDBMS的存取性能通常采用内存作为系统缓冲存取介质。RTDBMS的数据文件在磁盘上以索引文件的形式存储,这部分功能由操作系统负责完成。存储系统的主要任务就是把系统缓冲区中的数据利用系统的IO操作原语写入磁盘,或将磁盘数据读入系统缓冲区。
RTDMBS的数据存取管理包括记录在数据文件中的存储结构、记录编址以及主关键字的存取路径结构。记录的存储采用指针法,在记录的首部用若干指针来实现域的区分。
(7)恢复机制
计算机系统总不可避免地会出现种种故障,如发生死锁、硬件出现故障、操作员失误或者人为破坏等,这些故障轻则影响数据库中数据的正确性,重则使数据库中全部或部分数据丢失。因此数据库管理系统应该具有数据库的恢复功能。恢复机制是否行之有效也是数据库系统性能的一个重要指标。RTDBMS的恢复机制采用两种方法:一种是根据备份记录来恢复;另一种是结合日志管理来进行恢复。
实时数据库的维护操作设有权限控制表,用密码控制操作员的权限,使数据的录入、修改和删除不能随意操作,以此来保证数据的安全。同时不断备份数据,当发生故障造成系统停止运行时,实时数据库重新启动、安装后,能迅速恢复到故障前的状态,使损失减至最小,满足可靠性要求。
(8)日志管理
日志管理是所有的数据库管理系统不可缺少的一部分,并且也是数据库管理系统进行系统恢复的有力工具。RTDBMS将用户登录后的所有操作都写入日志文件以便于系统恢复,日志文件作为数据的一部分存入用户数据库。
(9)安全机制
数据库的安全性是指保护数据库以防止不合法的使用所造成的数据泄露、更改或破坏。系统安全保护措施是否有效是数据库系统的主要性能指标之一。通常数据库管理系统提供了三级保密措施:注册保密、访问级别保密和数据保密。
在未来的研究工作中为提高实时数据库管理系统的性能以下的一些工作将成为研究的核心问题。依赖实时事务和具有指定时间特性并用精确方式定义的时态数据库模型技术的发展,必须清晰地指定数据存储的有效性和定时限制。
依赖有关具有时间特性事务的研究方法学的发展,给出一个应用时间特性和设置时间需求的断言表示,目标是有关断言时间的指定。依赖基于调度协议和并发控制协议的时间驱动优先级策略的发展,需要一个动态方式集成管理资源以及实现强制优先的具有定时限制的复杂事务的执行。操作系统和数据管理要求高度集成和协作并具有很快的可预测能力,因为一个数据库系统必须操作在有效的操作系统中,正确的执行和数据库的时间特性分配依赖于操作系统的服务。
在实时数据管理协议中,人工智能和主动数据库技术的集成为定时限制处理提供了有关推理的方法,这些方法要适应系统特征的动态变化情况。
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对强截止时间和该事务需求的应用,系统必须保证事务在截止时间内完成。对这样的事务,必须使用新的数据库协议去解决资源分配和事务处理的需要。新的数据库并行调度协议要保证所有事务都能享受资源,并能处理它们的截止时间。在一些模拟实验中评价了扩展的调度协议,新的观点已被提出,在定义数据和事务的时间特性方面的研究已取得初步的进展。
一个RTDBMS通常用于随机访问的场合。因为我们不能预测多少对象被访问,事务何时出现。我们假定事务的到达是随机的,每个事务被分配优先级和开始时间戳。当事务到达系统时其初始优先级根据最后期限和事务的紧迫性而定。开始时间戳追加到初始优先级形成真正优先级。我们所指的事务优先级是指带有开始时间戳的真正优先级,因为开始时间戳是唯一的,所以每个事务的优先级也是唯一的。事务优先级在它们有同样的初始优先级时,由它们的开始时间戳来区别。
当且仅当事务提交后事务才真正写入数据库。通过使用一个根据优先级的封锁协议,活动事务的串行化顺序可以动态的调整,使得更高优先级的事务优先执行,也就是说更高优先级的事务不会被未提交的低优先级事务阻塞,而低优先级事务遇到冲突时也不会总是退出。这里的串行化顺序的调整是支持有严格时间限制的调整机制。
每个事务的执行分成三个阶段:读阶段、等待阶段和写阶段。在读阶段,一个事务从数据库中读、写数据到它的本身工作空间。完成以后,在等待阶段等待机会提交。如它提交,则切换到写阶段。在写阶段所有更新在数据库中做永久更新。一个事务处于三个阶段中的任一个,则称为活动状态。
读阶段是一个事务正常执行过程。在这个阶段,事务写操作不是对数据库中的数据对象写,而是对该数据对象存放在该事务自身工作空间中的数据副本操作,我们称这样的写为提前写,记为PWT(X)。一个事务的写请求是由事务的提前写完成的。因为每个事务有它自己的工作空间,因此并不把结果写入数据库。如果事务提前写一个数据对象,接下来对该数据对象的读操作可以从自身工作空间检索出。这一阶段的读提前写或提前写读冲突的同步控制根据基于优先级的封锁协议。在一个事务对数据对象执行读(写)操作之前,它必须首先获得对数据对象的读(写)封锁。事务T对数据对象X的读(写)封锁记为RLOCK(T,X)(WLOCK(T,X))。如果一个事务读一个数据对象是已经被它自己写过的,就可以从它自身工作空间中读该数据副本,不需获得读封锁。这个封锁协议基于一个原则,即较高优先级的事务应该在较低优先级事务前完成。RTDBMS使用一个合适的CPU调度政策,较高优先级的事务在大多数情况下于较低优先级事务之前调度提交。如果较低优先级事务在较高优先级事务前完成,它需要等待直至提交,并且较高优先级事务不会因此退出。
等待阶段允许事务等待直至提交。一旦一个事务要提交即超前计数器的值已为零,切换至写阶段并释放所有读锁。该事务被分配最后时间戳,这时的顺序为绝对顺序。
一旦一个事务处于写阶段,它被认为要提交。所有提交事务根据最后时间戳来决定串行顺序。它们的更新是数据库做永久性更改。每个操作执行以后相应锁被立即释放。
(6)存取机制
RTDBMS的存取机制包括数据存储管理和数据存取管理。
为了提高RTDBMS的存取性能通常采用内存作为系统缓冲存取介质。RTDBMS的数据文件在磁盘上以索引文件的形式存储,这部分功能由操作系统负责完成。存储系统的主要任务就是把系统缓冲区中的数据利用系统的IO操作原语写入磁盘,或将磁盘数据读入系统缓冲区。
RTDMBS的数据存取管理包括记录在数据文件中的存储结构、记录编址以及主关键字的存取路径结构。记录的存储采用指针法,在记录的首部用若干指针来实现域的区分。
(7)恢复机制
计算机系统总不可避免地会出现种种故障,如发生死锁、硬件出现故障、操作员失误或者人为破坏等,这些故障轻则影响数据库中数据的正确性,重则使数据库中全部或部分数据丢失。因此数据库管理系统应该具有数据库的恢复功能。恢复机制是否行之有效也是数据库系统性能的一个重要指标。RTDBMS的恢复机制采用两种方法:一种是根据备份记录来恢复;另一种是结合日志管理来进行恢复。
实时数据库的维护操作设有权限控制表,用密码控制操作员的权限,使数据的录入、修改和删除不能随意操作,以此来保证数据的安全。同时不断备份数据,当发生故障造成系统停止运行时,实时数据库重新启动、安装后,能迅速恢复到故障前的状态,使损失减至最小,满足可靠性要求。
(8)日志管理
日志管理是所有的数据库管理系统不可缺少的一部分,并且也是数据库管理系统进行系统恢复的有力工具。RTDBMS将用户登录后的所有操作都写入日志文件以便于系统恢复,日志文件作为数据的一部分存入用户数据库。
(9)安全机制
数据库的安全性是指保护数据库以防止不合法的使用所造成的数据泄露、更改或破坏。系统安全保护措施是否有效是数据库系统的主要性能指标之一。通常数据库管理系统提供了三级保密措施:注册保密、访问级别保密和数据保密。
在未来的研究工作中为提高实时数据库管理系统的性能以下的一些工作将成为研究的核心问题。依赖实时事务和具有指定时间特性并用精确方式定义的时态数据库模型技术的发展,必须清晰地指定数据存储的有效性和定时限制。
依赖有关具有时间特性事务的研究方法学的发展,给出一个应用时间特性和设置时间需求的断言表示,目标是有关断言时间的指定。依赖基于调度协议和并发控制协议的时间驱动优先级策略的发展,需要一个动态方式集成管理资源以及实现强制优先的具有定时限制的复杂事务的执行。操作系统和数据管理要求高度集成和协作并具有很快的可预测能力,因为一个数据库系统必须操作在有效的操作系统中,正确的执行和数据库的时间特性分配依赖于操作系统的服务。
在实时数据管理协议中,人工智能和主动数据库技术的集成为定时限制处理提供了有关推理的方法,这些方法要适应系统特征的动态变化情况。