面向嵌入式實時數據庫系統的并發控制策略的探討

◆楊貽宏

面向嵌入式實時數據庫系統的并發控制策略的探討

◆楊貽宏

（上海飛旗網絡技術有限公司 上海 201203）

近年來，嵌入式數據庫（RTDBS）被廣泛應用在各種嵌入式產品之中。作為一種重要的計算機信息處理手段，嵌入式數據庫系統能夠實現數據的最佳性能的儲存和恢復功能。同時，嵌入式實時數據庫系統在進行運作時，系統能夠依據環境實時反應，為用戶分析提供最新最佳的數據。由此可見，實時性嵌入系統對電子信息市場進行了有效地改革。本文對嵌入式實時數據庫系統的并發控制策略進行了探討，希望能為嵌入式系統更好服務信息領域提供理論依據。

嵌入式數據庫；并發控制策略；探討；理論依據

0 前言

隨著企業數據庫的不斷深化，傳統的企業數據庫如Oracle、Sybase已經不能滿足企業嵌入式使用要求。常見的嵌入實時數據庫如BerkeleyDB、LevelDB、SQLite能夠為用戶提供高速、高量的信息數據處理功能。在傳統的數據基礎上，嵌入實時數據庫能保障數據精準、可靠、符合邏輯。兼并實時數據處理和嵌入式數據系庫的特征，嵌入式實時數據庫還具備實時嵌入、主動分析等功能。因此也被廣泛應用在我國軍事、航天、工業制造、人工智能、電氣家用和智能建筑中。可見，對嵌入式實時數據庫系統的研究分析是當代信息技術行業的發展重點。

2 面向嵌入式實時數據庫系統并發控制實現方法

2.1 簡述實時數據庫并發控制相關標準

和傳統的數據庫有著明顯的不同，實時數據庫對數據庫中的“一致性”要求各有利弊。傳統數據庫重點是實現可串行化，實時數據庫系統并發控制目的是保持數據一致邏輯性，具有著ACID的特性。在并發控制計算中，受到數據庫執行的影響，事務往往會出現阻礙或者無期限的延遲。這是因為可串行化標準過于嚴格而實時數據庫系統有需要滿足數據時態一致性。為了減少數據遲緩對效率的影響，可以采取通過改編方式放寬可串行化的標準，讓更多的事務通過并滿足滿足截止期，兼顧可串行化編制和時態一致性的要求。這種方式利用了實時數據在特殊時間間隔的刷新，在此背景下，并發引入的一致性在數據庫中被弱化，因而數據內容不會存在過于明顯的不一致偏差。利用這個特征，借助局外不一致性的補倉技術可以進行補救，讓其盡快恢復一致。

根據企業發展模式，東軟集團開發了如Open BASE Lite嵌入式數據庫產品。它能實現標準的SQL語法、ACID事務特性，為企業數據分析提供了標準化開發JDBC、ODBC接口，能有利于實時數據庫并發控制。

2.2 嵌入式實時數據庫并發控制方法

通過分析嵌入式實時數據庫的并發特征可知，并發控制的過程利用了傳統非實時數據庫作為媒介從而實現控制目的。實際上，要實現嵌入式實時數據的并發控制，對數據庫的軟件環境和應用場景有著重要要求。

隨著近年來我國科研的不斷突破，我國在嵌入式實時數據庫方面已經取得了大量的理論研究成果。并提出了基于鎖、時間戳等實時數據庫并發控制方法。本文針對正確性標準和傳統并發控制協議兩個方面的實時性改造，同時分析事務替代特征的并發控制，做出了以下探討。

2.2.1時標排序形式的并發控制

此類并發控制又被簡稱為TO。他的處理方式是將每一事務Ti均給予一個時標ts(Ti)。如在進程中出現事務Ti的操作請求指令與已在處理的事務Tj發生沖突。也存在且ts(Tj)＞ts(Ti)的情況。就按照設置判定Ti夭折。同時，當發生夭折事務時，更大的時標將會覆蓋當前，程序重新開始。

2.2.2鎖式方式的并發控制

傳統的2PL鎖式協議不能滿足實時數據庫的需求。面對更為高級的“優先級顛倒”和“死鎖”，需要采取正確的并發控制策略。

（1）對TR優先級處理：通過提高“占有”和“請求”的TR優先級順序，能夠解鎖優先級順序顛倒，讓TH適應環境執行命令直到結束。不過，可能TR的阻塞無期限延時。

（2）改變夭折順序：通過選擇夭折的先后順序，對高優先級TR進行執行，對低優先級的TH進行夭折，這是優先級顛倒的一個處理方式。不過可能會造成系統出現導致循環夭折情況。

（3）指定置頂優先級：要實現一個事務對一個數據鎖的獲取，需要讓其優先級高于數據庫內所有的優先級事務。不然不能獲取數據鎖還會造成數據的堵塞。通過指定置頂優先級，采用一種設置數據優先級的方法獲取順序，可以實現動態的指定每一數據優先獲取數據所有事務存讀的優先級，將其他被鎖住的數據優先級考慮除外。實現“優先置頂”，降低數據堵塞風險。

（4）共享數據：為了保障可串行化的執行，一種特殊的“共享數據”模式的鎖間關系保障了事務讀取的流暢性。在實施時，事務Tj在獲取Ti事務的共享數據的鎖后，需要等待直到Ti結束后才能執行對應的Tj信息提交和對應數據操作。

2.3 分析“樂觀”并發控制的模式

“樂觀”并發控制又被業內稱之為(OCC)，它發生的情況比較特殊。如在可串行化要求下，是不能在提交時分析超低沖突發生率的事務在無障礙運行的環境下沖突發生的過程。因為，提交過程不具備分析沖突能力，只能判斷通過與否，事務若通過檢驗就會被提交，若沒有就不提交。

為此可以采取分段事務執行的方式。將事務執行拆分為讀、驗證、寫三個階段。三段在通過事務判斷時候能夠進行分別驗證，能夠對沖突發生的階段進行分析和讀取。

2.4 ε類型的可串行化并發控制

“散度控制”是ε類型的可串行化并發控制的特征，此種方式的關系是對允許度的不一致性控制。常見的方式有樂觀散度控制法、兩段鎖散度控制、時標排序散度控制等。

2.5 Quas類型的可串行化并發控制

Quas類型的可串行化并發控制有著準一致可串行化的特征。存在于事務集中單一事務提交狀態和精確串行調度要求差距允許數據范圍內。

2.6 基于功能開發中可替代并發控制

傳統并發控制的策略核心是通過提高實時事務的優先級并減低資源可控度從而保護硬性實時事務。然而這種策略一定程度上只是將事務外部進行了處理，對內部事務的成因沒有進行探討。當系統中真實發生硬性實時事務沖突現象，這些策略不能保全優先級較低的事務，這些缺乏安全保護的事務會不斷出現夭折；與此同時，優先級事務資源區域也會發生更加嚴重的沖突，嚴重情況下會導致系統崩潰。可見，傳統的開發控制策略需要改進。而采取功能替代性的方式能夠讓事務實現多路徑執行。它的特點是若存在路徑失敗，可以有選擇地用另一臺進行替代，這提高了事務通過的成功率。

3 結語

在推動嵌入式數據庫和實時信息不斷發展的同時，人們對事務處理的速度、數據加密鎖的建設加大關注。嵌入式設備的廣泛應用對實時數據系統的建設也提出了高難度要求。本文通過對嵌入式實時數據系統的并發控制探討，對現有的控制方法和使用問題進行了一定分析，對事務沖突處理中存在的數據并發控制、可串行化、優先級問題進行了探討，希望能為相關工作人員有所幫助。

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