移动事务管理中的若干关键问题研究

论文摘要

移动数据库的研究是当前计算机领域的一个热点。作为移动数据库的基础性技术之一，移动事务管理在移动环境网络不稳定、主机节点移动性等条件下实现数据库访问的一致性、可用性和高性能。本文分别针对移动环境的本地事务管理、事务内部并发控制和移动分布式事务提交等移动事务管理的核心内容，给出如下研究成果：一、本文给出了一个应用于高质量集中式移动环境的本地并发控制方法ASGT。本文指出：高质量移动环境支持基于阻塞的并发控制方法，但其固有的带宽波动特征将导致阻塞率上升，因而影响事务管理性能。ASGT具有显著的低阻塞特征，能够改善系统的并发度、吞吐量和峰值负载。ASGT通过一种新的验证方式——后向验证——能够预测未来的冲突，并据此提前发现并撤销相应的冲突事务。ASGT的调度代价与两阶段锁方法（2PL）具有相同的复杂度，但阻塞率、预测能力和撤销事务的选择性等主要指标都优于2PL。本文通过基于概率的理论分析模型和完整实现事务调度的模拟器说明了ASGT的性能优势。二、本文基于ASGT给出了适应于复杂结构事务的TASGT方法。ASGT的后向验证方式可能在复杂结构事务中产生误撤销现象，TASGT除实现ASGT的基本执行模式，还能够在执行过程中对发现并动态剪枝确定不执行的分支，减少了后向验证时误撤销的发生概率。三、本文将静态、并行事务等领域适用的Intra-Transaction方法引入Kangaroo事务，实现子事务的并发执行。Kangaroo是移动环境中一种适应性较强的事务模型，但其内部的串行执行方式对效率造成不利影响。本文对Kangaroo模型进行改进，给出IKCC（Intra-Kangaroo Concurrency Control，Kangaroo内部并发控制）方法。IKCC满足事务内部并发的原则并保持事务内部的全局一致性。IKCC基于静态2PL，并充分利用事务内部非严格调度的灵活性，通过分割、传播和合并等三个步骤，实现子事务在不同站点的分布执行和同一站点的并发执行。与现有静态调度的Intra-Transaction方法相比，IKCC在事务执行和切换过程中动态给出并发调度顺序。四、本文针对移动节点参与分布式提交的效率和稳定性问题，提出了一种结合移动层／固定层提交的原子提交协议：两层两阶段方法（2 Layer 2PC，2L2PC）。2L2PC充分利用基本提交方法PrC的性质和固定层的支持作用，在两层同时发起提交，并因此免除部分磁盘操作和信息传送导致的阻塞，显著降低提交的时间复杂度。2L2PC在全局撤销时提前结束全局协调者，改善了朴质的PrC在撤销情况下的低效率性质。针对提交过程中的切换问题，2L2PC通过在切换过程中的HOP-IN／HOP-OUT匹配删除和全局决策的Matching方法，在相当程度上避免对切换路径的追踪，有效减少切换事务的执行代价。本文根据提交代价衡量的一般方法，得出2L2PC的主要性能指标和有效性结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 立题背景和研究意义
• 1.1.1 无线与移动通信技术的发展
• 1.1.2 移动计算与移动计算机
• 1.1.3 应用背景和研究意义
• 1.2 移动数据库研究领域与现状
• 1.3 本文工作
• 1.3.1 本文的主要研究内容与成果
• 1.3.2 本文结构
• 第二章 移动事务管理:技术来源、适用性与效率
• 2.1 引言
• 2.2 事务模型
• 2.2.1 基于集中式移动环境的事务模型
• 2.2.2 基于分散式移动环境的事务模型
• 2.2.3 基于完全分散式移动环境的模型
• 2.2.4 移动事务模型的适用网络条件
• 2.3 并发控制
• 2.3.1 基本并发控制方法
• 2.3.2 一致性
• 2.3.3 扩展的并发控制方法
• 2.3.4 性能
• 2.4 移动事务中的并发控制方法
• 2.4.1 集中式环境中的并发控制
• 2.4.2 分散式和完全分散式环境中的并发控制
• 2.5 移动事务恢复方法
• 2.5.1 提交与恢复
• 2.5.2 基本提交方法
• 2.5.3 移动事务提交协议
• 2.5.4 日志与恢复
• 2.5.5 移动事务本地恢复
• 2.6 移动事务管理的性质
• 2.7 本章小节
• 第三章 基于预测和自适应的低阻塞率移动事务并发控制方法
• 3.1 引言
• 3.2 背景和相关研究
• 3.3 事务管理与数据库系统结构
• 3.4 SGT方法
• 3.4.1 SGT原理
• 3.4.2 SGT的计算代价
• 3.5 ASGT（Active SGT,ASGT）
• 3.5.1 SGT的进一步考察
• 3.5.2 ASGT定义
• 3.5.3 MWDL（Waiting-Depth Limited）撤销协议
• 3.5.4 I2PL（Improved 2PL）
• 3.6 实验和比较
• 3.6.1 移动环境下的阻塞率
• 3.6.2 2PL/I2PL和ASGT的阻塞率
• 3.6.3 事务执行时间
• 3.6.4 吞吐量
• 3.6.5 热点数据（Hot Spot）
• 3.6.6 负载与峰值
• 3.6.7 ASGT模拟系统及实验结果
• 3.7 TASGT
• 3.7.1 ASGT后向验证中的误判
• 3.7.2 事务中的复杂结构
• 3.7.3 TASGT调度算法
• 3.7.4 TASGT性能分析
• 3.8 ASGT/TASGT的展望和进一步研究
• 3.9 本章小结
• 第四章 移动事务的内部并发控制方法
• 4.1 引言
• 4.2 现有Kangaroo模型的问题
• 4.2.1 执行模式
• 4.2.2 错误的并发顺序
• 4.2.3 串行执行的影响
• 4.3 事务内（Intra-Transaction）并发的灵活性与限制
• 4.3.1 事务内部的并发执行
• 4.3.2 扩展的Kangaroo模型
• 4.3.3 Kangaroo内部并发的特征
• 4.4 IKCC:Kangaroo内部并发控制方法（Intra-Kangaroo Concurrency Control）
• 4.5 性能分析
• 4.5.1 活动事务处理时间
• 4.5.2 吞吐量
• 4.5.3 切换概率与切换次数
• 4.6 本章小结
• 第五章 移动分布式事务提交
• 5.1 简介
• 5.2 现有研究成果
• 5.3 2PC方法与移动环境的影响
• 5.3.1 2PC方法及其改进
• 5.3.2 移动环境对提交过程的影响
• 5.4 两层两阶段提交协议（2 Layer 2PC,2L2PC）
• 5.4.1 2L2PC协议的基础结构
• 5.4.2 2L2PC协议执行
• 5.5 2L2PC中的切换问题解决
• 5.6 2L2PC的正确性
• 5.7 2L2PC的效率评价
• 5.8 小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 未来工作
• 参考文献
• 博士期间发表和被录用的论文
• 致谢