（通信与信息系统专业论文）数据库主动技术的研究与应用.pdf

”、一 华中科技大学硕士学位论文 摘要 主动数据庠系统是具有主动语义的数据库系统，主动技术是主动数据库的关键技术 之卜c 主动技术广猢树茔制、融陇理、实日揣测等领域：隐比之步h ，主动技术 还在采屙c l i e n t s e r v 盯结构的主动数据库领殴大显身手。本文对c s 事务通信和数鼹安 缒两个领域的_ 蝴j 进行了深入蝴开氪 首先，本文对c ，s 通信过程展开研究，认为c s 通信不仅是数据库的客户机和服务 器的通信，而且是两端事务的通信，必须保证通信过程中c s 事务的一致性。作者通过 对傩通信中的邯专爹处理的分析，发珊信通道自g 冗余是破坏事和致性的主 要原因t 钔口这一点产文提出采用数据库主动技术统一a s 通信_ 渠道的篇睫疗案。并 且，根据实际应用申碰到的通信效率问题，本文提出主动数据库中子事务的优先级分配 最后，论站渤叙述了黼库主谢芰术在豫动通信系终_ c 非s i t l r 中的具体应 用，并介绍了s r b a c 模型的模拟实验记结果g p r s m 且系统分别通过了m 吡粕l a 亚 太研究中。p 和广州金鹏公司的严格测试，充分证明了本文对数据库主动技术应用研究的 正确性。， 关键i 司：黼雎动技术，硝通信，嬲安全，子事务优先级，触发器，g p r s h l r i 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a c t i v ed a l a b a s es y s t e m ( a d b s ) i sad b m sw h i c hh a sa c t i v es e m a n t i c s a c t i v e t e c h n o l o g yi sa l li m p o r t a n tt e c h n o l o g yo fa d b s n l e a c t i v et e c h n o l o g yo fa d b s i sb eu s e d t om a n yf i e l d st h a ti n c l u d ec o n t r o l ，t a u l tp r o c e s s i n g ，r e a l - t i m ee x a m i n a t i o na n ds oo n b e s i d e s s u c hf i e l d s a c t i v et e c h n o l o g ya l s oc a r lb eu s e dt 0c l i e n t s e v e rw a n s a c t i o nc o m m u n i c a t i o na n d d a t as e c u r i t yi nt h ea d b sw i t hc l i e n t s e r v e rf r a m e w o r k 1 1 l et h e s i si n v e s t i g a t e st h e a p p l i c a t i o n o fa c t i v et e c h n o l o g yi nt h o s et w of i e l d sd e e p l y f i r s t , t h et h e s i si n v e s t i g a t e dt h ep r o c e s so fc sc o m m u n i c a t i o n n et h e s i st h i n k st h a tc s c o m m u n i c a t i o ni sn o t o n l yc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nc l i e n ta n ds e r v e r , b u ta l s oc o m m u n i c a t i o n a r l l o n gt h e i rt r a n s a c t i o n s d b m sm u s t e n s u r ec o n s i s t e n c yo fc st r a n s a c t i o n si nt h ep r o c e s so f c o m m u n i c a t i o mt h i o u 曲a n a l y s i st h ep r o c e s s i n go f 邯i r a n s a c t i o n si nt h e 傩c o m m u n i c a t i o n ， w ef i n do u tt h a tt h er e d u n d a n c yo fc o m m u n i c a t i o np a t hi st h em o s ti m p o i * t a “tr e a s o nt h a t t h r e a t e n e dc s t r a n s a c t i o n s c o n s i s t e n c y a sf o l l o w i n g ，t h e t h e s i s p r o v i d e s ac s c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yt h a tb a s e da c t i v et e c h n o l o g yt 0s o l v et h i sp r o b l e m i te l i m i n a t e r e d u n d a n tc o m m u n i c a t i o np a t h i nt h ec o u r s eo ft h e i m p l e m e n t a t i o no fc 愿t r a n s a c t i o n c o m m u r t i c a f t o n , w em e e tap r o b l e ma b o u tc o m m u n i c a t i o ne f f i c i e n c y a f t e rr e 9 文ht h et h e s i s p r o v i d e sap 0 1 i c yt h a ti sp n o r i t ya s s i g n m e n ta m o n gt r i g g e r e dw a n s a g t i o n si nt h ea d b s n l e p o l i c yh a si n c r e a s e de f f i c i e n c yo f c ，st r a n s a c t i o nc o m m u n i c a t i o n s e c o n d l y , t h e t h e s i st h i n k st h a td a t as e c u r i t yi si i o to n l yi n c l u d et h es e 吼雌yo fd a m i t s e l f , b u ta l s oi n c l u d et h er e s p o n s i b i l i t yo ft h e p o s s i b l er e s u l ta b o u ta c t i v er e a c t i o n , i na l la d b st h a t h a sc sf r a m e w o r k t h e r e q u i r e m e n to f d a t as e c u r i t yi ss t r i c t e rt h a nc o n v e n t i o n a ld e m a n d a f t e r l e a r n i n gr b a c ( r o l e b a s e da c c e s sc o n t r 0 1 ) s e c u r i t ym o a e l , w e p o i n t so u tt h es h o r t a g eo fi t a b o u ti m p l e m e n t a t i o n n l et h e s i sp r o v i d e ss r b a c ( s c h e m a - r o l eb a s e da c c e s sc o n t r o l 、 s e c u r i t ym o d e l t h a tb a s e da c t i v et e c h n o l o g ya n dr b a c s r b a c p r o v i d e ss d 啪a ，a1 0 昏c a l c o n c e p t , a n d u s e si tt oe n c a p s u l a t ed a t aa n d p e r m i s s i o nl o g i c a l l y , a n da c h i e v e d a t a s e c u r i t y a tl a s t , t h et h e s i sd e s c r i b e st h ea p p l i c a t i o no fa c t i v et e c h n o l o g yi nt h eg h 峪- h l ri n d e t a i l w h i c hi sam o b i l ec o m m u n i c a t i o ns u b s y s t e m n 】et h e s i sa l s op r e s e n t st h er e s u l to f s i m u l a t i o na b o u ts r b a c g p r s - h l r p a s s e d t h et e s t st h a to r g a n i z e d b y m o t o r o l aa s i a - p a c i f i c i n s t i t u t ea n d g u a n g z h o uj i n p e n g i n c k e y w o r d ：d a t a b a s ea c t i v et e c h n o l 0 9 3 ，c sc o m m u n i c a t i o n d a t as e c u r i t y , t r i 罂e r e a t r a n s a c t i o n sp r i o r i t y , t r i g g e r , g p r s - h l r u 华中科技大学硕士学位论文 1 数据库主动技术概述 一孝愁着重介绍数据库主动技术基本骶，发展现状及直用前景。本章的最j 言阐述 了本文的研究内容和意义。 1 1 数据库技术发展现状 自从上个世纪6 0 年代末第个数据库系统的涎生，数据库技术历经沧桑，首先在 1 9 6 9 年，美国的m 公司开发了第个数据库系统m s 【l 】。紧接着美国数据库系统语言 仂哙( c o d a s y l ) 下属的嬲晴壬雏目( d b t g ) ，首次提出了黼定义语言( d d l ) 和数据操纵语言( d m l ) 的概念。数据库发展过程中真正的里程碑是1 9 7 0 年，efc o d a 提出了嬲关系模型团，使；| 5 ( 据库：i 队了叶崭新的发展阶段。而后，伴黼博机软 件和硬f 燃的进步，数瓣技术得到了迅猛的发展和广泛的应用。 雕睹蜘裤技术蝴人应用，制珩业x 擞麟提出了不同自蠕求，懈技术 又得到了舻步的发展，产生了燃臌瞻库模型。为了满腑撇杌构的 自嗽的需求，产生了分布式数据库5 ”；当人们把人工智能的思想和推理机制引人数据库 时，便形成了演绎数据库( 逻辑数据库，知识库) 和智能数据库翻；为了满足过程控制 系统对吲司特性的要求，实嘣懈应运面生。 随着计算机网络的发展，出现了客户栅懈( ，简称c ，s ) 模式的数 据库系统，这是种分布式处理系统。c s 模式使数据库变得更加复杂，但同时也促进 ，c s 通信、并发控制、事务同步等技术的发展。 在进入二十世纪，h 咱三f 匕后，应用系统的数据模型越来越复杂，数据约束的维护也 变得越来越困难n 为了让数据库能够自动地维护数据约束，将具有主动功能的程序集成 至燃中形成了最初胜动数瓣。随着网络的发展，主动数瓣技术钴厶了客户栅 服务器技术，允许客户柳远程访伺涝啪滑葫匣务器，并应用到其它许多系统中，如证券交 易系统、航空管理系统、移动通信系统等等。在这蝴系统中，引申出许多新兴的应 用技术擞擗主渤林舷拥确屯超越了最初的嬲雕床维护而进入到陌的境界， 使并尉蒯、c s 影争通信、剡胺全和事刎哥赚略成为主动煅库领蜘的研究 方向，本文也将在后续章节详细介绍它们的相关理论和应用。 1 华中科技大学硕士学位论文 1 2 数据库主动技术的基本概念 1 2 1 主i i 撇r t m 与主动技术 主动数据库的意义相对于传统的被动数据库。在传统数据库的基础e ，数据库系统 可以主动地检测系统感兴趣的事件，并进行条件笋0 断，如果满足激发条件则及时产生新 的剿弘。这种主谢捌事务和黼的状态的圭蛛侧毫嬲眸叠靠技术，它是主动娄瞧 库与传统数据库的主要区别。 主动数据库系统具有以下特征： 主动语义：主动数据库中的事务具有主动性。可以通过在数据库中可以定义一 系列条件和策略，当某个事务执行过程中满足了其中个条件，数据库系统自 动按照与该条件对应的策略执行相关的操作。 非传统事务处理：主动数据库系统中的事务模型与传统数据库的事务模型不同。 主j 娥瓣中酬群滓务环别艇淑立，抛m 坏必连续。个事务自嗽行 过陧中可能撇出另个事务，而且它们之间存笛静翎 关系。 主动规则是主动数据库区别于传统数据库的主要标志。当前有两种最著名的主动规 则，吲是由h i p a c ( i - r 培h p e r f o r m a n c e a c t i v e d a t a b a s e s y s t e m ) 项目提出的事件条件 一动作( e c a ，e v e n t - c o n d i t i o n - a c t i o n ) 模i 紫；另种是由w i d o m 和其他人民出的产 生龆觏( p r o d m 五o nr u l e s ) i f , 8 o 这两种规赙盔厉理e 是致的，本丈以使用最多的 e c a 稻勒准。e c a 模式的原= 艾揣提：o ne v e n ti fc o n d i t i o nd o a d i o n 。它的裁基是 黜秘o ! 孽噼，又屿力阳翔黼洲进行坍钻，女睬满足条件，则圭i l 箭嗽自勺l 檗作。 e c a 模式中盼驸以是d 。语句利寺j 糊柞，条件电有两种：数强内容利鲥吕状态。 主动数据库模型中，除了包含普通的常规事务，还包含触发主事务( t r i g g 既- i n g t r a n s a c t i o n ) 和触发子事务( 仃i g g e l 司t r a n s a c t i o n ) 。触发主事务和触发子事务是触发和被 触发的关系。主事务和子事务之间的执行关系完全依赖于它们间的耦合模式。h i p a c 首 先提出了主事务和子事务间的三种耦合模式： 立即) 漠式( i m m e d i a t e ) ：当触发事件发生时，系统将挂起主事务转而执行子事务， 只有当子事务完成后才唤醒挂起的主事务，继续执行主事务。主事务和子事务执行的时 2 华中科技大学硕士学位论文 间关系如图2 1 所示。植蜊耦合模式下，科咦糯魄蛐中还匙蛙事务的 j 舌耋狲沂逝呈中，只要违反了刿罟约束 蝴蜮操作失败，整傅务 瓣臌t 回滚”。 满足触触发子事 整个事 发参件务缔束务提交 二j _ _ _ 亡一 非触发i 触发子事务 事务i 时间轴 图1 1 立即耦合模式下的事务触发过程及执行的时问关系 。延时模式( d e 缅 e d ) ：当触发事件发生时，系统不会挂起主事务而是继续执行主 事务，稠螃必贻宝驺锚耗后拥芰调蔚忻。主事务和羽端的呻司关系如图 1 2 所示。和立即横矗h 羊，主事务和子事务的提交电是捆绑的，其中任个失败都会引 起整个事务的“回滚”。 满足触 触发主事 整个事 非触发l 触发主事务 触发- t - 事务 事务i 时间轴 图1 2 延时耦合模式下的事务触发过程及执行的时间关系 独图：嶷式( i n d e p c n d t ) ：当触鹧佴涝洼时，主事窃触发的子事务将从主事务 中脱离出来，成为主事务的个并发事务。它们的提交溅回滚是相互独立的，互不影响。 主事务和子事务的执行关系则是由d b m s 的调度决定。 当前，数据库主动技术的具体形式按有：完整性约束和触发器。完整性约束又包 括参孵遵性肃谓词，它f 门主要用于耋时剃瓣内部的糊导鼍啦、耥正确性。 这= 列励扔阀渤提出时的应用。但是，睑旨应用的发展，越髓多的应用系绷帑要求 自己的数据库能够完成些主动功能。例如在证券交易系统中，用户希望可以自定义一 华中科技大学硕士学位论文 个 职0 ，当他关b 的股票的价格发生变化并满足他定义的规则时，系统帮他自动将股票 抛出或买进。这只是主动技术的个简单应用，其它很多领域都需要主动技术实现较为 复杂和关键的功能，比如圈： 各种实时检测和控制功能。 。意外处理和错误监测、告警和处理等功能。 x 寸数据库系统内的数据或系统运行情况的各种自动统计和审计功能。 另外，谢f 来移动通伺劫嗵售溅中发i 瑟最为迅猛的领域之一，使| | 多动通信的核 心技术之剀矧车技术得到了广泛的应用。移动通信系统对数据一致性、正确性和 完整性有很高的要求，而且还要求其数瓣参与并完成通信协议的会活过程。移动通信 系统通翩碉客户棚艮务器的结构，由客户机对服务器上的糊剃行匏邑和维护。通信 协议的许多会话都是由数据驱动的，数据内容或状态的变化都可能发起个会话。因此， 移动通信网中的数据库必须具备主动性，实现客户机与数擗服痨器和应用程序的通信， 随着通信领域移动通信和互联网业务的飞速发展，移动通信网和计算机网的结合成 为新的市场热点。广州金鹏集团为顺应这一市场变化趋势，与通信行业的著名企业 m 吨抛l a 公司于2 0 0 0 年3 月签署了产品合作协议，共同开发g s m 基础匕具有较高速率 数据接入的g p r s 系统，金鹏公司负责其中h l r 子系统的产品开发任务。$ 0 科技3 v 学金鹏华中通信韧贫颜堤广州金鹏集团有限公司设立在华中地区的主要技术研发靴， 具体承担 且子系统的开发。产品提供支持g 弭塔业务，容量达到1 0 0 3 0 0 万用户处 理能力的i - i l r 子系统。 本人在该谒题中担任了基于0 眦8 i 的外存数据库子系统的没汁与实现，主要包括 数据安全性、数据一致性以及触发器的设计。另外，还实现了o r a c l e g i 数据库的对外接 口，墼雕精o m c 1 弋理、；| 曲勖载、刿居侄咐财理、煅新代理、实麟争理1 弋理、 日志代理的设计与编程实现。 华中科技大学硕士学位论文 主动；| 蝴 库自从出现以来得到了广泛的应用， 倦糊对主蒯烛淳蝌撇术 主动技术的应用展开研究。数据库主动技术的出现，不仅更好地实现了数据库的数 擗一豸牲、正确性和完整性，而且应用那醪存在智能需求的= 赡。本赐憧甜乏术传 统的_ 直月j 出发，提出了基于= 主动技术的客户机朋& 绷黝豳傲术，并铴蝴艘中 碰到的黼哟骶蝴觏，葫认研究了子事务的调度策略，提出了基鞠萼钟皖 级分配的调度策略。本文叉砂主动数据库的数据安垒需求出发，提出了模式既舒耐数据 进行逻辑封装，并提出了建立在数据库主动技术上的s r b a c 模型( 基于模式_ 角色的数 掘毫全模型) 。速鲷院为蜘裤主动技术的应用开辟了镑的领域。对亍数瓣蛙动技 术在其它更为广阔的环境中的应用，具有一定的参考价直。 华中科技大学硕士学位论文 2 基于主动技术的客户机，丑艮务器事务通信 客户栅胃臣务器 t 算枇景统是当前比较流行的1 l 串分布京黝处喇，具有非常广 泛的应只j 领域。本j 斟蝴当前主流a s 通倒姝的基础已根据c s 刳觥的特 点，提出了基于数据库主动技术的c ，s 事务通信模型。 2 1a i 埔打v 盯模型 c s 作为种处理模型，其概念民纫是应用在软件结构中，其中个程序提供服务， 另个程序提供应用。这两个程序在物理匕可以是分开的，也可以是统体：可以处于 同诳辩：机系统，也可以处于不同的汁算机系统。随瞢计算机网络的发展，c 愿模黝臣 快应用到网络服务中9 1 1 1 3 1 ，比如f i p 、网络打印等。 处理模型可以分为c ，s 计算) 陵式和c ，s 分布事务处理模式。 腑再c s 计算是指“籽叫啦用分割为多傩务，尉酣骓务在客户机和劂蚓淀 f 司匍戬糟己，i 以费蔸暹l 高她塑； 嫜。：这i 直匍别谱把始的耪瑚帮款在客户机上，数 据的皆断啼储壳呦匪务器上。树罟应佣程序椭蝴燃瞄耍荆觏，壹瞻的处理 由旺可以翕觏略i 户机脚惰辎户棚砸服务 蔽间分配服务 黼过网络与客户机 相连。服务器接受客户机的数据请求，并将结果返回给客户机，客户机对数据进行处理， 在c ，s 分布事务处理模式下，事务是由客户机和服务器协同完成。客户机承担数据 的表示、传送和预处理，服务器承担数据的处理、存储和管理。客户机提供给用户的都 慰鲛懈释，窗蝴蚓鼢形式，但是在且艮务器e 存睹恻炼静防渤可能苦全不同。 因此，客户机和服务器间的事务处理分配的不同，c s 分布事务模式存在如下n 种具体 的工作模式n 1 】： 华中科技大学硕士学位论文 服务器为主的处理模式：这种模式下，事务的处理完全在服务器b 挂行，客户机 t 敝完王魈f 瞻的显示，所有劐唇盘睫的应用程序都j 扛作鲫务器e 。 o 黧机为主的处理馘：客户机为主即是事务的处理( 包括黼处理) 按是在 。客户机上完成，而服务器只是完成数据的存储与管理数据的完整性和一致性。 。皇堡盘坚! 虞式：整个事务的处理是由客户机和服务器共同合作完成，数据的处理 同样是分布完成的。 。一 擘模墼御黼式处理鲤，通常客户机翮月网络互相连接。要保 翌鬯，竺蝥、证网络的靛、可靠、高速和昧准化。煳1 0 1 4 】中提到了以苄；兰 要的c s 通信方式： 。一 。跫瓣系统中，客户杌和嬲m s 月黼蝴的通信不是简单的c s 通信，而是客 户机的事务和服务器的事务的通信。 7 华中科技大学硕士学位论文 在采用c s 模型的数据库系统中，( 粥之间除了要传递麦魄外，经常还要传递客户 秽泼出嘣拎。而且，嬲睥系统的应用范围也越来越广泛，很多千奇况下卜系统的且匪 铺坏仅仅只是卟d b m s 月民务器，迓赢姚的日艮务揣龌。这对c s 通信嘲昧进_ 提高，不仅要耻客户机和d b m s 通信，而且还要同应用服务器迸图西信。移亏掘信的 数据库系统即是这洋，它的c 愿通信不仅是维护c 侣两端数据的_ 致性，而目还要负责 发起通信协议所要求的会话过程。 客户机和服务器间的事务通信，包括客户机与d b m s 和应用且懒的通信，具 体包括c 愿间s q l 语句交互、数据传递、消息发送等。前面提到的三种c 搭通信方式都 不胄皖蝴，因而通常咆瞄提采用s q l 姬和s o c k 歧通f 翔结厶舰亨i 模现c s 间的事务通信。使本来应该属于同个事务的操作分为两个独立的事务，将威胁至嘲据 的j 【性。最理想的方式就是将c s 间事务通信统一到同们百信渠道，数据盼致性 由数据库服务器完全涎泣捌螬鞋护，从而避免多个任务的并行执行影响数据的致性。另 外，采用上i 搠评申独立自勺i i 雏茄可能会造成日寸序e 蝴昆舌l 。襁多动通f 言系统中，i 蓖常 要求客户机i 麟螂鞠在麟瞰据库中蝴：进_ 步通知拥进程以发趣们百信 会话。如图2 1 所示的场景中，事务a 1 、a 2 、b 1 和b 2 街嗡匕枢独立，但a l 和 b l 必须在a 2 和b 2 之前执行。事务a 2 本应在事务a 1 的结果基础e 执行，似唠潞 b 1 榔a 2 搠讼撇，则事务a 2 就联e 事务b l 雠操e 扶行，糊姻的 客户机b 客户机a a 1a 2 + 时间轴 图2 1 c y s 事务时序混乱示意图 出现上图中的情形，主要是因为是采用s q ls 鳓r f c 相结合的c 拇通信方式， 其中的s q l 交互和r i 是相互独立的，造成通信渠道的冗余莉陂坏c 俗事务的致性。 如嗣拗鳓e _ 通黼，消| i 粜i 酎黼自g 冗余，就可以保证c s 事务的a c i d , 属性。从 统刮撇的思想出发，我们提出了基于主动技术的c s 事务通信模型，将r 陀融合 唧 华中科技大学硕士学位论文 犁? 出交 中，实现通信渠道的统一。利用数据库的触发器实现r f c 过程，而触发器 墨喜s q l 姬中的s q l 语句点火的，则两种通信斌磁的结合杠起。这不仅 黼通偷拭的优点，而且还保证了黼的一黜啪c s 事务的一致性。 2 3 2 c s 事务通信模型 根据2 3 1 提出的解决方法，利用c s 的s q l 交互和数据库主动技术实现了c 尽 粤粤煦姬、耋瞻传递和消息麟。在该c s 事务通信粑中，傩两端的事务是 统一的，隶属于同个事务空间。因此，系统可以保证数据和c s 事务的一致性。 目粤，嬲眸主璇眯晦弑之一撇器，是董i 眭茜库的一椭倦蛾，由 里昱预查定义。触发器存储过程的调用只能通过s q l 语句，所以这种c 侣通信模型中鬲 黔酷的。就，由轳徽出s q l 衲，黻捌d 啪。骺，谳 彗竖户机的s q l，并执行。执行s q l i 驹耀中点火预艉义的触发器，再由 黻器的翟醇僻占d b m s 嘞酾事务和系缴拥避；隍i 百_ f 言，粥碱棚擞据操作。整个 型糊蛩娃同廿事务中完成的，使c s 问s q l 语句姬、数据传递和消息麟结合 的史加紧密。 这种基亍划麟主渤妹的c s i 吾信，使c _ j s 间到捐儡孺勋口透明。而且，不 论是客户机直接修改数据，还是向应用进程发送消息而伴随的数据更新，都是在同个 事务中完成。这样可以降低数据致性维护的复杂度。因为同d b m s 的s q l 交互和同 璺望进程自q 通信属于同个事务，可以很好地保证c s 事务的致性、独立性和持续性 憷潞黼谳蝴龇辨姝懒蝴例黼 徽3j；!烷粹黝 懒舭蹴瞅一一 一一一一一一 姚一一一一 蝴|耄：黜勰昵蝴 一一一一一一 华中科技大学硕士学位论文 3 主动数据库子事务调度 当我们将数据库主动技术引入c l i e n t s e r v e r 事务通信中，方便灵活地实现了客户机 与服务暑g 端d 卧悠和应用系统的事务通信，但同时出现另个问题通信效率的问 题。因为；黝裤系统的子事务吞l 蝴鲑畿影响c s 事熟禹信的效率，所以女晌提高子事 务的吞l 趟酰獬决c s 通1 镦鳓关键。如果果用普主豆的f 调度策略，势蝴系 统的子事务吞吐量，因此本章将通翘扮q 昕影响系统子事务吞吐量的因素，并将这些因素 量化为子事务的优先级实现子事务的调度，从而提高系统的子事务吞吐量。 3 1 主动数据库的事务模型 3 1 1 摹务模型 定义3 1 叩 | 咯t 是个四元组： t ：= ( d s ，i - i t ，t p ，a p ) ， 其中，d s 为事务t 所存取的数据集，h t 为t 的事务经历，t p 为t 的时间特征，a p 为t 的主动特征啕。 定义3 臻 1 蝴在其执行过程中引起另外事务的执行，则称该事务是主动的， 否则称为非主动的圈。 由此，事务破分为两种类型：主动事务和非主动事务。非主动事务就是普通事务， 它在执行过程中不会触发主动规则而点火- t 事- g - 。 主动事务则可以触发子事务。主动事务包括主事务、触发器和子事务三个部分，有 时候触发器和子事务合并为个部分。前面提到过，主事务和子事务间存在三种耦合关 系：立即、延时和独立。而且，触发子事务也可以是主动事务。 3 1 2 事务的构造 图3 1 形象地描述了个主动事务的结构。这个主动事务在其执行过程中，触发了 各种类型的活动：子事务和独立事务。并按照不同的耦合方式执行。 华中科技大学硕士学位论文 t d lt s l t 1 1 t 由 i 1 2 t d l r d 2 事知y 矗 以业。 志 l l l 意士鼎时间 较早的移流中，实日十子事务晰咣略三强倒幕其日寸间特征。后来自蚋彤泼 现子事务的优先级还与子事务的涪鲇峙征有关，不同的子事务的紧急程度不同，因此在 子事务的优先级分配策略中引入了语义特征。下面将从这两个方面进行介绍。 完全基于事务时间特征的优先级分配策略主要有如下几种嘲： 。统截止时间( s d ) ，这是一种静态优先级分配策略，子事务的优先级主要是 喜蝴的截止时间决定，而且在整个事务的撕亍耀中不a 因为触发子事务而发生变 “在吼 拨黔绷j耋；黜 f ；亏拦 为匪务筹财 缸阳即 实确的吞的 一一一 一一一一 一一一一 一一一一一 一一一一 一 一一一一 一一一 一 一一一一 华中科技大学硕士学位论文 均分空余时间( d s ) ，这是种动态优先级分配策略，它的思想是，在任阿时 刻，主动事务的“有强生9 祭时间”均分给所有已经触发的子事务。有芬喧鲥间”是空 余时间减去已触发的个子事务的预测扶彳耐间总和。 最少垄鲥间( s s ) ，这也是蟊酬冼劂酒搛略，谦略茸眼尊驺生躺搁， 在任何时刻具有最少空余时间的事务的优先级最高。 弛1 2 基于事务时问特征和语义特征的优先级分配策略 这种馅钧汾配策略，不仅着眼豫骆的时间特征，而目遁联德穗觥义特 征，计算其相关的数据的时间特征。子事务的语义特征主要包括予事务的操作类型、操 作的数据x j 象以及可能产生的结果。根据语义特征，还有以下两种实时优先级分配策略。 事务和数据致立的策略，这也是种静态优蚴分配策略，主要思想与s d 相 同。但是，黼略的子 勤撼止时间晰博方法与s d 不同。它不仅要考虑二鳓的 截至时间，还要考虑数据的截止时间，并目两者的计算相互独立。具体的优先级计算公 式如下： d e a t l l i m = r a i n ( d e a d l i n o r d e a d l i n e d ) 口1 捌 聩蝴l i n e r 是事务自身的截止时间，d c 州l i n c d 是事务所要访问的数据的截止时间。 事务一姜i 目精址时间，逸 - 种矾擀馈镢燃略，该策l 冬4 剐盱事务的语 义，预测其紧急程度( c r i t i c a l i t y ) 以及相关数据的状态( d a t a s t a m ) ，并由如下公式计算 子事务的优先级： o i t i c a l i t y t = dx c d t i c a l i t y t + 0xd 嘲s t 蝓口1 ，捌 其中，a 和b 分别为紧急程度和数据状态在事务优先级的权。 非实时子事务没有时间特征，因此它们的优先级分配不能采用b 苤釉备。但是没有 时间特征并不意味着不需要进行优j 灏的分配，如屎子事务的调度不恰当，同样会影响 系统的事务吞吐量。 非实时优先级分配策略可以借鉴当前非实时操作系统进程的优先级分配策略，但是 不能完全采用操作系统中的策略。在数据库中是以事务的处理为主，事务成功则提交； 事务不成功则回滚。提高系统的事务吞吐量就黜e 有限的系统资源能够充分地发挥作用， 尽量减少 良费。给子事务分配优先级是为了让子事务更快的到达它的结束点，成功的事 华中科技大学硕士学位论文 务尽燃、失败膊绷q 尽快回滚，以减少系努溃源，如c p u 时间、的的浪费。根 据上述的分析并结合实践，我们提出以下几种非实时子事务的优先级分配策略： 最紧急优先( m c f ，m o s t - c r i t i c a l - f 1 r s t ) 最短优先( s f ，s h o r t c s t - f l r s t ) 。最紧急和尉锄爰咣( m c m a f ，m o s t 例糊小i o 薛：a 甜、r ee 瑙t ) 一 1 3 华中科技大学硕士学位论文 本章小结 优先级分配策略的研究已经非常成熟，本章受到主动实时数据库中的子事务优先级 分配思想的启发，根据非实时主动事务的特点提出了m c f 、s f 和m 口讧a f 三种译务 优先级分配策略。 华中科技大学硕士学位论文 1 5 呲恻 一揿一峨黜 一一 一一一一一 一一 一一一一一一 觥 一一一一一一一一一 一 一一 一一一 一一一一 华中科技大学硕士学位论文 4 2 r b a c 模型 基于角色的褶猁模型( r b a c ) 顾名思义属于_ 秘鼢奎制系统中自卜种圆。在一 个r b a c 系统中，根据公司或组织的业务要求或管理要求在系统内设置若干个称之为 “角色”的客体。并且，r b a c 模型认为在许多组织或机构中，其数据库系统的_ 臣终用 户并不是数据的拥有者，而目也不是每个用户都可以访问所有数据。每个用户都担鹭 作为这个公司或组织中的个职位，角色，完减其职责范围内的工作。根据个公司或组 织中各个职位俑色的职责可以确定其在数据库系统中的访问权限。在r b a c 系统中， 要求明确区分权限和职责。例如在有数个保密级别的系统内，访问权限为o 级的某个职 员，并不能访问所有保密级别为0 级的数据。因为o 级是他的汉| 眼级别，而并不是他的 职责范围。r b a c 模型根据实际的职责需要，定义个权限集合，并目允 争阪限集合进 行集撇，生成新的角色。逸阵的授嘲熟宦薪斟e 常灵? 舌，主要因为角色的变动远近 低于个体的变动。 砌 a c 模型经过发展，到现在存在四种模型，组成个家族系列渊。如图4 1 所示。 文献1 2 9 3 2 1 详细介绍了r b a c 模型。 r b a c 3 r b a c lr b a c 2 r b a c o 图4 1r b a c 系列模型关系示意图0 1 r b a c o 模型包括四个基本要素：用户( u ) 、角色( r ) 、会话( s ) 和授权( p ) 。 r b a c o 模型的形式定义如下： 定义4 1 r b a c o 模型的组成包括如下n 价部分： u ，r ，p 和s ( 用户，角色，授权和对话) p a p x r ，p a 是授权到角色的多对多的关系。 华中科技大学硕士学位论文 u a u x r ，u a 是用户到角色的多对多的关系。 r o l e s ( s t ) r l ( u s e r ( s i ) r ) u aj 其中 u s e r ：s 呻u ，将各食会话映射到个用户去的函数u 嘶( s o r d 跆5 7s _ 2 。，将各个会话s i 与个角色集合联接起来的映射，随时间变化 可以变化，且会话s i 的授权u 。州j 懒r ) ep a 。 4 2 = 2 角色的层次结构r b a c i 在竺自g 公司亩渔目织中，职权和责任通常具有绂倍弓毛系，因j 比在i m a c 模型中引进 权限和职责的层l i 髻訇| 勾，满足这个事实。所以，魁i a c 0 经过演变形成了r b a c l 。r b ：6 ：云 的形式定义如下。 定义4 2 r b a c l 模型的组成包括如下n 价部分： u ，r ，p 和s ( 用户，角色，授权和对话) p a p r ，p a 是授权到角色的多对多的关系。 u a u x r ，u 是用户到角色的多对多的关系。 。衄r r ，r l 王是角色上睁卟懒，猕之为角雠款关系和燃 r o l e s ( s f ，卅口r j r ) ( u s e r ( s ；j ，r j u a i 其中 u s e r ：s - u ，将各个会话映射到个用户去的函数u s e f ( s ；) r d k s ? s _ 2 8 ，槲争个会话s i 与。隅色集锕搬起来的珏起射，脚搁变化 可以变化，且会话s i 的授权u 。胁晒j 仞l 慨r j p a l 。 r b a c 0 的另个疆弭匕亨向是r b a c 2 ，即所谓的约束模型。r b a c l 和r b a c 2 之间 苎互耍相关的。在个具体的系统中，不论是否具备层次角色的机制，约束机制都是很 联的。i 百主拗刺测，r b a c 就可以翔啜糨诠控制，而目包括了对r b a c 本身的 华中科技大学硕士学位论文 喜竺! 擘a c 2 包含了r b 崛所有的斟：特性，删力隧蝴了对r b 硒的 嬖1 2 堂! i 蹙的核查过程，通过约束条件集判定r b a c o 中的元素是否是有效的，员著 拥有了有效值的i m a c 0 元素才可被接受。 一 4 3 基于模式一角色的主动数据库安全模型 r b a c 模型可以很好地保证数据的安全性，但是在某个特定的范式级别【上，要实现 信息保密，r b a c 需要数据库关系模式的细化程度很高，因为保密的最小的对象是关系 的属性。要在i u b a c 系统中实现信息保密和数据安全，角色的权限只能在最小对象匕。 避僦出琊阶i 可匦黝沩澎徼腑趱耐睐的缈 嘲酢，帅脾 偏隘白勺i ；酾效蘩另湎，对于关系栳鲤燃叫贼滹，逐制 大剃骑典的存 1 ；酾四漠，进而影响系统的运行效率。因此，对象的细化程度和效率将产生矛盾。 定义4 4 安全性黼胺全和保密的艨的卸吡程度。对象的细戗耀度越 高，安全性蝴i j 越低；椴，对象的细化程度越低，安= 鲱e 粒彪爱另越高。 - 为解决安全性j 漩和数据库运行效率之间的矛盾，我们在数据库关系模式基础e 提 出逻辑概念模式，并建立了基于模式一角色的安全管理模型。 定义4 5 权限是个有序对( 0 ，p ) ，其中0 表示数据库中的个对象，p 表示对 对象o 自争访问方式集合。 权限是依附于角色或用户的，不能独立存在。当p 为空集时，表示个特定的角色 或用户不能以任何方式访问对象0 。当p 不为空集时，表示角色或用户可以按集合p 中 1 8 故胸脯滁俅灯 鳎峨椒脯眦肭蚂酗斓m 黼靓 黧r 一一一一 一一一 姒味姚砚 一一一 华中科技大学硕士学位论文 的方式访问对象o 。 定义4 6 角色堤一个有序对( r ，a ) ，其中r 表示角色名，a 表示角色r 具有的 所有权限的集合。 角色与权限间的关系是分配与被分配的关系，这种分配关系记为：权限一角色映射。 定义4 7 权限一角色映射( p a - - p e 4 m i s s i o n a s s i g n m e n t ) 可以表示为个有序对( r ， p ) ，其中r 表示角色集合，p 表示权限集合。映射与角色和权限间的关系为：p a e r a ， 其中r 为角色集合，a 权限集合。这是个m - m ( m a n y t o m a n y ) 的关系。 这种关系可以用角色权跟职谢函数辣喾懒明。 定义4 8 角色一权限映射函数r ：r o a ，r 表示角色名的全集，a 表示权限 的全集。厨一缸i fr ，口j p a ，角色权跟映射函数同权限全集a 有如下关系： r ( r ) = i p l ，p 2 ，p ) a ， 其中p i 代表对某个对象的访问方式集合；假设数据库系统中共有m 个角色，贝口有： a = il r ( ) ，a 为权限全集 蚤 。 角色与角色之间也存在关系，而耳权限与角色间的关系决定了角色间的关系。角色 间的关系分为：包含关系、合并关系和相交关系等三种犯1 、捌，它们的定y 血n - f ： 定义4 9 包含关系，v ，r 1 r ，当县i 仅当r ( ) c r ( r j ) 时，称角色i i 包含于角色 琦，记作，：f 。 定义4 1 0 合并关系，v ，r j r ，j r ，3 r ( r , ) = f ( 0 u r ( 0t 则称角色攻为角 色n 和角色q 的合并，记作= u 0 。 定义4 1 1 相交关系，v ，- r ，j r ，r ( 咯) = r ( ) n r ( o ，则称角色耻为角 色r i 和角色q 的相交，记作= n ，：。其o r ( o 。 这三种角色关系都可以推广到n 个角色，n 0 。 角色间的关系具有如下性质： 性质4 1 包含关系具有： 自压科生：v ，0 r ，r ( ) e r ( 0 ) ，则- 0 ； 华中科技大学硕士学位论文 传递性：v ，0 ，r k r ，3 _ 0 ，0 _ r 。，i u r , _ r k 勋埔牲：v ，r ，3 - r j , _ ，则0 = 。 定义4 1 2 模式是个三元组( s ，o ，r ) ，其中s 表示模式名，o 表示模式s 包括 的对象的集合，r 表示模式s 包含的角色的集合。 定义4 1 3 用户是个有序对( u ，s ) ，其中u 表示用户名，s 表示模式名。 模式与用户的映射关系包括一对一和一对多的，模式与角色的映射关系也包括一对 一和一对多，这样可知用户与角色间的关系也包括一对一和一对多，具体的说来就是一 个用户可以扮演崖蛔 个或多个角色职责。 在具体的用户之间不砖铂i 关联，每个用户都各自独立，但是作为逻辑性很强的模式 概念贝n 不是这样。模式本身可以独立存在，而目模式之间可以互相关联。由模式的定义 可知模式之间的关联基于两个方面：对象和角色。模式间依对象的关联仍是建立在角色 的基础之上，但是两个模式依对象和依角色的关系可以不同。 首先定义模式依对象和角色的映射及映射函数。 定义4 1 4 模式一对象映射s o c s 0 ，其