支持移动实时事务处理的检验点算法与更新分发协议研究

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随着移动通信技术的迅速发展,移动计算已经成为一种常见的计算模式。在移动计算环境下,移动实时应用所访问的数据和应用本身都有定时约束,因而同时具有移动应用和实时应用的特点。为了支持移动实时应用,需要对事务处理、数据分发、故障恢复、数据复制和缓存及查询处理等分布式实时数据库中的传统问题进行新的研究。移动实时事务处理是移动实时应用中的一个核心问题。  移动计算环境的新特性如带宽有限性、频繁断接性、能量有限性、移动性等使得其系统模型十分复杂。首先从移动主机的计算能力、数据库的分布情况、数据分发的方式、事务执行的位置四个方面对移动实时应用的系统模型进行了详细的分类,基于该分类,给出了一个一般的移动实时数据库的体系结构,为后续研究奠定了基础。  移动计算环境的多样性与实时应用的复杂性相交汇,使得传统实时事务模型和正确性准则很难精确刻画移动实时应用的语义要求。基于对两类移动实时应用例子的详细分析,通过扩展经历模型形式定义了移动合作实时事务模型、消息经历正确性准则;针对数据广播环境下的移动实时只读事务处理定义了数据陈旧度这一新性能指标。  移动计算环境的特性约束使得移动实时事务本质上是长事务。移动计算环境的不可靠性和锁冲突、读不一致数据等都会导致移动实时事务重启,而事务重启对具有定时约束的移动实时事务来说非常不利。为避免重启事务损失的工作量,采用基于检验点的事务执行模型来处理移动实时事务。在一类移动实时应用中,不同移动主机上的移动实时事务通过通信来交换信息而形成合作关系,当其中某个移动实时事务记检验点时,其它相关的事务也应记检验点以保证消息经历正确性。现有的检验点方法不适合移动合作实时事务处理的需要,为此提出了一种并行检验点算法,在事务间进行正常消息传输时,利用一点额外的带宽传送事务间的检验点依赖信息。当一个事务发起全局检验点时,它利用掌握的检验点依赖信息并行通知相关事务。该算法降低了标识树的深度从而减少了检验点标识时间。理论上证明了该算法是一致的最小事务检验点算法,并对算法性能进行了定量分析。  当数据广播用于发送不断更新的数据时称之为更新分发。移动主机上的实时只读事务要求从数据广播中读取一致且流行的数据,同时还有截止期约束。现有更新分发协议没有考虑数据流行性和事务截止期问题,为此设计了混合前向多版本数据广播协议,该协议通过缩短一致性间隔、立即广播更新和按需广播提高了数据流行性。利用新设计的基于B+树的索引结构,使移动实时只读事务可精确地确定何时发送数据请求,提高了上行带宽的利用率且减轻了服务器端负荷。证明了该协议在保证事务一致性的同时,提高了系统中数据的流行性。  对所提出算法和协议设计并实现了模拟实验,实验结果表明提出的检验点算法和更新分发协议较现有的方法有更好的性能,更适合于支持移动实时事务处理。
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