[发明专利]确保时态一致性的实时并发控制方法

权利要求书

1.一种确保时态一致性的实时并发控制方法，其特征在于，该方法具体描述如下：

第1、时态一致性的形式化定义

第1.1、本发明方法描述中将使用的一些符号及其含义：

符号         含义

t            系统中的任一事务

Op_i          事务对数据对象的一次读或写操作

DS(t)        t需要存取的时态数据对象的集合

DS₁(t)       t已存取的时态数据对象的集合

DS₂(t)       t尚未存取的时态数据对象的集合

T(t，X_i)     t访问时态数据对象X_i的时刻

V(t，X_i)     t访问X_i时，X_i的状态(值)

V(Op_i，X)    表示Op_i作用在数据对象X上的值

表示Op_i和Op_r是作用在数据对象X上的一对冲突操作

P(t)         t的优先级

                                        ；

第1.2、定义1时态数据对象：时态数据对象X定义为一个三元组：X::＝＜V(X)，ST(X)，VI(X)＞；其中，V(X)表示X的当前状态或值；ST(X)表示采样时刻，即采样X所对应的外部客观环境某一特征量的时间；VI(X)表示X的有效期，即自ST(X)算起，V(X)具有有效性的时间长度；

第1.3、定义2外部一致性：时态数据对象X被称为满足外部一致性，如果有ST(X)+VI(X)≥T_c成立，这里，T_c表示当前时刻；

第1.4、定义3相互关联集：用来做决策或导出新数据的一组时态数据对象称为一个相互关联集；

第1.5、定义4相互一致性：设R＝{X₁，X₂，...，X_m}是一个相互关联集，V(R)表示R中时态对象在某一时刻值的集合，即V(R)＝{V(X₁)，V(X₂)，...，V(X_m)}；若如下条件成立：V(X_j)∈V(R)(|ST(X_i)-ST(Y_j)|≤R_mvi)，则称V(R)满足相互一致性；这里，R_mvi为R的关联有效期，它的取值因应用语义而定，通常R_mvi取R中所有时态对象有效期的最小值；

第1.6、定义5数据的时态一致性：若一个时态数据对象既满足外部一致性又是相互一致性的，则称它满足时态一致性；

第1.7、定义6事务的时态一致性：假定DS(t)＝{X₁，X₂，...，X_m}，若事务t同时满足下列条件：

(1)---∀Xi∈DS(t)(T(t,Xi)<ST(Xi)+VI(Xi))]]>

(2){V(t，X₁)，V(t，X₂)，...，V(t，X_m)}满足相互一致性

则称事务t满足时态一致性；

第2、数据相似与操作相似的形式化定义

第2.1、定义7冲突事务对：设t_r和t_h为并发执行的一对事务，若存在Op_i∈t_r，Op_j∈t_h，Op_i和Op_j作用在同一数据对象上且有一个为写操作，则称t_r和t_h为一冲突事务对；

第2.2、定义8数据相似：对于时态数据对象X的两个取值V₁(X)和V₂(X)，若下面条件满足：

|f(V₁(X)-f(V₂(X))|≤α

则称V₁(X)和V₂(X)是数据相似的，记为：V₁(X)≈V₂(X)；这里，f表示从X的取值集合到实数集的一个映射；α为预先定义的相似阈值；

第2.3、定义9操作相似：设t_m和t_n为并发执行的一对事务，Op_i∈t_m和Op_j∈t_n且Op_i和Op_j为作用在同一数据对象X上，若下列条件满足：

V(Op_i，X)≈V(Op_j，X)

则称Op_i和Op_j是操作相似的，记为：Op_i≈Op_j；

第3、数据库状态相似与相似可串行化

第3.1、定义10数据库状态相似：假定SD_i，SD_j分别表示数据库在两不同时刻的数据值的集合，X表示某一时态数据对象，V_i(X)表示X在SD_i中的值，V_j(X)表示X在SD_j中的值，若下面条件满足：则称SD_i和SD_j状态相似，记为：SD_i≈SD_j；

第3.2、定义11相似可串行化：假定Sch_a是并发事务集{t₁ t₂，...，t_n}的一个调度，SD_a是Sch_a产生的数据库的一个状态，若下面的条件满足：则称Sch_a是相似可串行化的；这里，Sch_b表示某一串行调度；SD_b表示Sch_b产生的数据库的一个状态；

第4、基于相似性的数据冲突解决策略

第4.1、锁类型定义及锁相容性矩阵

基于相似性思想，进一步对传统的锁类型进行扩展，在现有的R读锁、W写锁基础上新增了SR相似读锁和SW相似写锁，并给出了锁相容性矩阵：

其中，Y表示“允许”，N表示“不允许”

第4.2、数据冲突解决策略

当一事务对某个时态数据对象执行读操作或写操作时，它首先申请该数据对象上的R锁或W锁，若调度器Scheduler没检测到操作冲突，它授予该事务相应的锁；若检测到操作冲突，它判断冲突操作是否为相似操作，若为相似操作，则授予相应的SR锁或SW锁；当冲突操作为相似性操作时，申请SR锁或SW锁不与其它任何锁冲突；

假定Op_i和Op_j是一对作用在数据对象X上的并发操作，并假定Op_j已持有对X的访问权限，而Op_i正在请求对X的访问权限，对数据冲突的解决采用如下策略：

策略1：假定Op_i和Op_j为一对写-写冲突操作，若有Op_i≈Op_j，则Op_i立即获得对X的访问权限而不管Op_j是否释放对X的访问权限。

策略2：假定Op_i和Op_j为一对写-读冲突操作，若有V(Op_i，X)≈V(Op_j，X)，则Op_i立即获得对X的访问权限而不管Op_j是否释放对X的访问权限；

在策略1和策略2中，Op_i被称为相对于Op_j的相似写操作，记作

策略3：假定Op_i和Op_j为一对读-写冲突操作，若有V(Op_j，X)≈BeforeImage(Op_j，X)，则Op_i立即获得对X的访问权限而不管Op_j是否释放对X的访问权限；这里，BeforeImage(Op_j，X)代表数据对象X在操作Op_j前的值；

在策略3中，Op_i被称为相对于Op_j的相似读操作，记作

第5、确保时态一致性的实时并发控制方法

定义12假定ST代表与事务t_r并发执行的事务的集合，假定X为一时态数据对象，若条件：成立，则称ST₁为作用在X上的t_r的最大冲突事务集；

假定t_r为正在请求对X_i上锁的事务，Op_i为t_r的作用在X_i上的操作；ST₁为事务t_r的作用在X_i上的最大冲突事务集；ST_h表示ST₁中已持有X_i的锁的事务集合；Max(P(ST_h))表示ST_h中事务的最高优先级；SO_h表示持有X_i上的锁并与Op_i冲突的操作的集合，即SO_h1表示属于SO_h的写操作的集合；

确保时态一致性的实时并发控制方法的具体实现算法描述如下：

Begin

1.If(P(t_r)＞Max(P(ST_h)))

2.If((DS₁(t_r)∪{X_i}满足相互一致性)∧(T(t_r，X_i)＜SI(X_i)+VI(X_i)))

4.t_r获得相应的SW锁或SR锁；

5.Else

6.夭折ST_h中与Op_i不满足操作相似性的事务，而让t_r获得它正在请求的锁；

7.Else

8.t_r被夭折；

9.Else

10.If((DS₁(t_r)∪{X_i}满足相互一致性)∧(T(t_r，X_i)＜SI(X_i)+VI(X_i)))

12.t_r获得相应的SW锁或SR锁；

13.Else

14.t_r被阻塞；

15.Else

16.t_r被夭折；

End。