《主动时实数据库》PPT课件.ppt

1、1,胡国玲,Agenda,RTDBMS 执 行 模 型,RTDBMS 的 功 能 特 性,RTDBMS 的 体 系 结 构,实 现RTDBMS 的 关 键 问 题,主动实时数据库,2,胡国玲,RTDBMS 的 功 能 特 性(1),一 个 实 时 数 据 库 管 理 系 统(RTDBMS) 也 是 一 个 数 据 库 管 理 系 统(DBMS)， 所 以， 它 也 具 有 一 般DBMS 的 基 本 功 能： 永 久 数 据 管 理 包 括 数 据 库 的 定 义、 存 储、 维 护 等。 有 效 的 数 据 存 取 各 种 数 据 操 作、 查 询 处 理、 存 取 方 法、 完 整 性 检

2、 查。 事 务 管 理 事 务 的 概 念、 调 度 与 并 发 控 制、 执 行 管 理 存 取 控 制 安 全 性 检 验。 数 据 库 的 可 靠 性 恢 复 机 制。,3,胡国玲,RTDBMS 的 功 能 特 性(2),但 传 统 的DBMS 的 设 计 目 标 是 维 护 数 据 的 绝 对 正 确 性、 保 证 系 统 的 低 代 价、 提 供 友 好 的 用 户 接 口。 这 种 数 据 库 系 统 对 传 统 的 商 务 和 事 务 型 应 用 是 有 效 的、 成 功 的， 然 而， 它 不 适 合 实 时 应 用， 这 关 键 在 于 它 不 考 虑 与 数 据 及 事 务

3、 相 联 的 定 时 限 制， 其 系 统 的 性 能 指 标 是 吞 吐 量 和 平 均 响 应 时 间， 而 不 是 数 据 及 事 务 相 联 的 定 时 限 制， 调 度 与 处 理 决 策 根 本 不 管 各 种 实 时 特 性。,4,胡国玲,RTDBMS 的 功 能 特 性(3),与 之 相 反，RTDBMS 的 设 计 目 标 首 先 是 对 事 务 定 时 限 制 的 满 足， 其 基 本 原 则 是： 宁 要 部 分 正 确 而 及 时 的 信 息， 也 不 要 绝 对 正 确 但 过 时 的 信 息。 系 统 性 能 指 标 是 满 足 定 时 限 制 的 事 务 的 比

4、率， 它 要 求 必 须 确 保 硬 实 时 事 务 的 截 止 期， 必 要 时 宁 肯 牺 牲 数 据 的 准 确 性 与 一 致 性。 软 实 时 事 务 满 足 截 止 期 的 比 率 相 对 较 高， 但 要100 满 足 截 止 期 很 难 或 几 乎 不 可 能。 因 此， 除 了 上 述 一 般DBMS 的 功 能 外， 一 个RTDBMS 还 具 有 以 下 功 能 特 性： 数 据 库 状 态 的 最 新 性 即 尽 可 能 地 保 持 数 据 库 的 状 态 为 不 断 变 化 的 现 实 世 界 当 前 最 真 实 状 态 的 映 像。 数 据 值 的 时 间 一 致

5、性 即 确 保 事 务 读 取 的 数 据 是 时 间 一 致 的。,5,胡国玲,RTDBMS 的 功 能 特 性(4),因 此，RTDBMS 是 传 统DBMS 与 实 时 处 理 两 者 功 能 特 性 的 完 善 或 无 缝 集 成(Seamless Integration)。 它 与 传 统DBMS 的 根 本 区 别 就 在 于 具 有 对 数 据 与 事 务 施 加 和 处 理 显 式 定 时 限 制 的 能 力， 即 使 用 识 时 协 议(Time cognizant Protocol) 来 进 行 有 关 数 据 事 务 的 处 理,6,胡国玲,RTDBMS 的 体 系 结

6、构,7,胡国玲,RTDBMS 执 行 模 型(1),执 行 模 型 描 绘 数 据 库 管 理 系 统 的 运 作 原 理， 它 包 括： 1 任 务/ 事 务 模 型 传 统 的ACID（ 原 子、 一 致、 隔 离、 永 久） 性 的 事 务 模 型 对RTDB 已 不 适 用， 需 要 具 有 内 部 构 造 和/ 或 彼 此 相 关 性 的 复 杂 事 务 模 型， 即 嵌 套、 合 并/ 分 裂、 通 信 和 合 作 事 务 模 型 等。 故RTDBMS 必 须 支 持 这 种 复 杂 事 务， 处 理 事 务 间 的 结 构、 行 为 和 时 间 相 关 性。,8,胡国玲,RTDB

7、MS 执 行 模 型(2),2 资 源 模 型 它 确 定 系 统 资 源 的 类 型 及 其 管 理 策 略， 包 括 分 配、 使 用 与 回 收 策 略。RTDBMS 必 须 采 用 基 于 优 先 级 和 考 虑 定 时 限 制 尤 其 是 截 止 期 的 分 配 策 略； 资 源 使 用 的 中 断 策 略 也 是 优 先 级 式 的， 即 高 优 先 级 可 抢 占（ 中 断） 低 优 先 级 的 资 源， 具 体 又 可 以 有 多 种 不 同 的 抢 占 方 式 及 其 各 方 面 的 代 价， 需 要RTDBMS 仔 细 决 策。,9,胡国玲,RTDBMS 执 行 模 型(3

8、),3 负 载 模 型 它 规 定 各 种 类 型 事 务 的 到 达（ 或 在 系 统 中 生 成）、 执 行 期 限 及 频 率 的 分 布， 包 括 周 期、 非 周 期 及 零 星 事 务， 软 或 硬 事 务 及 其 延 迟 的 代 价 计 算 等。,10,胡国玲,RTDBMS 执 行 模 型(4),4 调 度 模 型 它 确 定 事 务 的 优 先 级 分 配 策 略、 调 度 算 法、 互 相 冲 突 的 解 决（ 并 发 控 制） 策 略 及 其 机 制， 控 制 事 务 正 确、 有 效 地 执 行。RTDBMS 的 调 度 模 型 还 应 有 一 定 的 可 调 度 性 预

9、 测 能 力 及 应 急 处 理 能 力。,11,胡国玲,RTDBMS 执 行 模 型(5),5 执 行 的 正 确 性 相 对 于 传 统 数 据 库 而 言，RTDBMS 执 行 的 正 确 性 在 概 念、 内 容 与 准 则 上 都 有 根 本 性 的 不 同，RTDBMS 不 但 要 确 保 事 务 执 行 结 果（ 包 括 返 回 数 据 的 状 态 及 产 生 的 数 据 库 状 态） 的 正 确 性， 还 要 保 证 其 执 行 在 结 构、 行 为、 时 间 上 的 正 确， 即 要 正 确 实 现 事 务 间 的 结 构、 行 为、 时 间 相 关 性 及 执 行 依 赖

10、性。,12,胡国玲,实 现RTDBMS 的 关 键 问 题,RTDBMS 与 一 般DBMS 的 根 本 性 区 别 在 于 数 据 和 事 务 的 定 时 限 制， 而 数 据 的 定 时 限 制 最 终 也 要 转 嫁 成 事 务 的 定 时 限 制。 因 此， 较 之 一 般DBMS 的 实 现，RTDBMS 有 下 列 关 键 性 技 术 问 题 需 要 解 决： 1 事 务 定 时 特 性 说 明 2 事 务/ 查 询 的 接 纳 管 理 3 事 务 处 理 的 可 预 报 与 应 急 计 划 4 结 果 正 确 性 与 实 时 性 的 折 衷,13,胡国玲,1 事 务 定 时 特

11、性 说 明,即 要 有 一 种 实 时 事 务 说 明 语 言， 用 来 说 明 事 务 的 截 止 期 等 定 时 限 制， 其 说 明 语 句 格 式 一 般 形 为： IS 其 中 有 事 务 的BEGIN、 COMMIT、ABORT 等。 则 指 定 一 个 绝 对、 相 对 或 周 期 时 间。 例 如 事 务t1 在 事 务t2 提 交5 秒 后 开 始 说 明 为： BEGIN（t1）IS 5s AFTER COMMIT（t2） 事 务X 在 每 天 九 点 后10 秒 内 完 成 说 明 为： COMMIT(X) IS EVERY 9:00 WITHIN 10s,14,胡国玲,

12、2 事 务/ 查 询 的 接 纳 管 理,它 包 括 同 时 在 系 统 中 的 事 务 数 的 控 制 策 略 和 内 存 资 源 的 管 理( 分 配 与 再 分 配) 策 略。 一 般 可 以 接 纳 比 实 际 有 效 内 存 更 大 的 事 务 数， 以 提 高 并 发 度， 从 而 获 得 较 好 的 事 务 性 能。 但 接 纳 的 事 务 过 多， 会 引 起 过 多 的I/O 而 导 致 抖 动， 从 而 不 利 于 事 务 性 能 和 定 时 限 制 的 满 足。 这 种RTDBMS 必 须 对 接 纳 多 少 和 接 纳 谁 作 出 决 策。 另 外 的 问 题 是， 内

13、 存 资 源 的 分 配、 抢 占/ 中 断、 动 态 释 放 与 回 收 策 略。 这 些 都 属 于 事 务 的 执 行 控 制， 直 接 与 实 时 事 务 的 优 先 级 和 定 时 限 制 紧 密 相 关。,15,胡国玲,3 事 务 处 理 的 可 预 报 与 应 急 计 划,一 个RTDBMS 应 具 有 一 定 的 事 务 处 理 的 预 报 能 力， 即 能 进 行 可 调 度 性 预 测。 事 先 知 道 一 个 实 时 事 务 能 按 截 止 期 完 成 的 可 能 性， 若 完 全 可 能， 则 按 正 常 处 理； 若 存 在 危 险， 则 采 取 一 定 的 措 施(

14、 如 提 高 优 先 级 或 必 要 时 牺 牲 数 据 的 一 致 性 等)； 若 绝 无 可 能， 则 现 在 就 夭 折 它 而 执 行 替 代 或 补 偿 事 务， 否 则， 采 取 脚 踩 西 瓜 皮( 滑 到 哪 里 算 哪 里) 策 略， 这 时， 事 务 的 定 时 性 无 任 何 保 证， 则RTDBMS 也 无 实 用 价 值 可 言。 一 个RTDBMS 还 应 具 有 一 定 的 应 急 处 理 能 力。 由 于 种 种 原 因， 系 统 难 免 会 出 现 一 些 事 务 已 经 或 即 将 超 截 止 期， 此 时RTDBMS 必 须 启 动 应 急 计 划， 执

15、行 替 代、 补 偿 或 应 急 处 理 活 动。 这 些 活 动 由 用 户 说 明， 但RTDBMS 必 须 提 供 其 说 明 和 与 之 通 信、 连 接 的 工 具 与 机 制。,16,胡国玲,4 结 果 正 确 性 与 实 时 性 的 折 衷,与 传 统DBMS 一 切 为 了 保 证 结 果 的 绝 对 正 确 性 相 反，RTDBMS 将 实 时 性 看 得 比 结 果 的 正 确 性 还 重 要， 即 有 时 通 过 折 衷 和 权 衡 结 果 的 完 全 性、 准 确 性、 一 致 性、 流 行 性 来 求 得 及 时 性。 所 谓 结 果 的 不 完 全 性 乃 指 通

16、过 部 分( 非 精 确) 计 算/ 处 理 所 得 的 结 果。 对 于 一 致 性， 传 统 的DBMS 用 可 串 行 化 来 保 证。 然 而， 可 串 行 化 在 传 统 数 据 库 中 也 是 一 致 性 的 充 分( 而 非 必 要) 条 件， 在 RTDB 中 不 但 没 有 必 要， 有 时 是 不 可 能 的( 如 有 事 务 执 行 的 先 后 次 序 限 制)， 故RTDBMS 往 往 采 用 放 松 的 可 串 行 化 的 概 念、 技 术 与 机 制。 对 于 流 行 性( 外 部 一 致 性) 总 是 需 要 的， 尤 其 对 于 那 些 为 抽 样 检 验、 规

17、 律 分 析、 变 化 趋 势 模 拟 等 事 务， 可 以 用 过 时 数 据 或 导 出 数 据 来 进 行。 所 以， 一 个RTDBMS 应 具 有 这 些 折 衷 权 衡 的 能 力 与 设 施。,17,胡国玲,主动数据库,主动数据库是扩展了下列功能的DBMS: 用户可以显式地定义想要监视的情形； 系统自动探测与评价情形的出现； 一旦说明的情形出现，则自动执行相应的活动； 主动实时数据库增加了时间事件库、操作事件库，并通过对这些事件库的监控，触发数据库系统的主动服务。时间事件库和操作事件库由一系列的事件、条件、动作规则组成，基本描述为： 规则名（参数1，参数2 ） 事件表达式 IF

18、条件表达式 THEN 动作序列 规则结束 规则名用来标识该规则，其后的参数可选，在检查该规则时，这些参数将取其实时值。事件表达式描述的是该规则要处理的事件。条件表达式是一种合法的逻辑公式，如果条件表达式的值是真，则执行动作序列。动作序列是当相应的事件发生并且条件满足时应做的一系列预定的动作，也可以进一步引发另一个事件。,18,胡国玲,主动数据库管理系统 VS 一般数据库管理系统,标志一个DBMS具有主动性的关键特征是触发器(Trigger)，但并非凡是使用了触发器的数据库就是主动数据库。现在的一些商品化的数据库系统也出现了简化触发器，但他们都不能算作是主动数据库，其差别主要表现在触发器的类型（

19、简单还是复杂）、激发的时机（立即还是可推迟和分离）、用途（仅限于DBMS 用于完整性限制还是用户可以显示地定义、使用）、多个触发器如何触发（可并行还是仅允许顺序及如何排序）及其结果如何生效？（冲突时就丢弃还是给于一定的生效优先级）等等。,19,胡国玲,实时数据库与主动数据库,在实时应用环境中存在各种需要监控的数据库状态，状态变迁，实时条件等。即实时应用数据库系统需要触发器机制来监视预先定义的关于正确性，及时性条件并当条件发生时及时做出反应。 主动数据库具有处理这些问题的功能特征，因此，通过有机地结合主动数据库和实时数据库的功能和特征能够有效地支持实时应用。,20,胡国玲,实时数据库与主动数据库

20、,主动数据库与实时数据库的有机结合可以有效地支持实时应用。主动数据库提供了存储控制知识的机制，这种控制知识可以说明当特定情形出现时所必需采取的行动。这种风范正适合于实现通常用来控制现实世界过程的实时数据库系统。在实时数据库系统中，有许多事件驱动且又有定时限制的活动，其环境也往往是动态的，正需要不断地监视和事件驱动控制。,21,胡国玲,ARTDBS的事件及触发器管理,一个触发器是一个对偶。其语义为一旦特定的情形发生，系统就执行特定的活动。 TRIGGER:=(,） 一种情形是一个对偶。即某种情形发生意味着特定的事件发生且特定的状态出现。 SITUATION:=(,) 一个事件就是一种系统行为的瞬

21、时发生，系统行为可以是数据库操作、事务管理活动、时间行为或与外部环境的交互作用。它们可用一个特定的时间点来标识。由于系统行为往往是一个有限过程而非一个瞬间点，故事件的定义要包含其参照时间点的选定。 EVENT:=(param1,param2,param3) 所有关于事件的说明信息都存于“事件库”中。,22,胡国玲,ARTDBS的事件,系统中的事件可以分成4大类，每一类又可以分成若干型： E_TYPE_ID:=_ _ := OB_|TR_|CL_|EX_ OB_:=I|D|U|Q, TR_:=B|E|C|A, CL_:=A|R|P, EX_:=I|O|C|S E_Kind可分为： 对象事件(OB

22、)，即数据库操作，又可分为各种事件型: I,D,U, Q，其参照时间点为各操作的结束点。 事务事件(TR)，即事务管理操作，又可分为各种事件型：CL（时间事件）即时钟信号，进一步有：绝对，相对和周期事件型。 外部事件（EX)，即系统与外部环境或用户的通信行为，如I/O,中断，操作员命令，实时信号等。 以上是基本系统事件，此外，还有复合事件即由基本操作经事件构造操作而成。 事件可以有两类参数：“联系”参数：指明与该事件相联系的实体，如OB事件的发生事务的id。“类型”参数：它与事件类型本身相联，如OB事件对象的id，TR事件的事务id。,23,胡国玲,ARTDBS的事件操作,事件的定义和维护：这

23、类操作由“事件管理器”执行。 事件构造操作：用来构造复合事件，如”AND”(两个事件都发生），“OR”，（两个事件之一发生）等，这类操作由相应的事件处理器执行。 时间操作：用来定义时间事件，监视事件的发生时间或表示与时间事件有关的定时限制。 AT：定义一个绝对时间事件或监视一个事件的发生时间。 AFTER: 定义一个相对时间事件或一个时间限制。 WITHIN:定义时间限制（时间区间）。 时间操作也构造时间操作，它们由相应的处理器基于系统的识时机构来处理。 在ARTDBS中，数据和事务的时间行为都由时间事件和定时限制来表示，而定时限制又总是以时间事件描述，且它们的处理又有许多共同之处，故系统将它们的语义和处理统一而提供一组时间操作，有力地支持了系统的实事能力的实现。,24,胡国玲,情形（SITUATION),一种情形代表一个事件和一种状态，一个事件发生表明需要系统做出反应的某种情形可能出现，但这并不意味着那种情形已经出现，判断一种情形出现的标准是“事件发生，且限制满足”。 (EVE:) :=CON: :=(,) 其中，EV-PRIORITY表示当一个事件激活多个触发器时，其评价的优先级， HANDLER表示情形发生时要进行的处理， CONDITION为触发器的