[发明专利]一种分布式环境下的事务内存系统

说明书

技术领域

本发明属于并行程序设计领域，具体涉及一种基于事务内存的分布式共享内存一致性控制机制的构建及相关系统框架的实现，它适用于在大规模集群中部署具有高扩展性的事务内存，为集群中的分布式共享内存提供基于事务的访问控制方式。

背景技术

事务内存(Transactional Memory)是一种用于并行程序设计的工具，它是一种不同于锁或信号量的共享内存的访问控制机制，它来自于数据库管理系统(DBMS)中的事务(Transaction)概念。

在并行程序设计中，当多个计算任务并行协作时必须考虑任务间共享数据的同步和一致性的问题，最初步也是最通常的方法是使用锁，只有获得了锁的任务才允许访问临界区。但使用锁会出现很多问题——诸如优先级反转(Priority inversion)、死锁(Deadlock)、护航(Convoying)等，这给并行程序的设计和调试带来了很多的麻烦，也增加了并行程序的复杂度。尤其在分布式环境下，分布式锁的复杂度和开销都远高于普通的锁，并且由分布式锁引发的优先级反转、死锁、护航等问题比普通的锁引发的这些问题更难以发现和解决。事务内存做为一种先进的同步和一致性控制机制，能够有效地解决由锁引发的这些问题，将事务内存技术融入到分布式共享内存中，为分布式共享内存提供访问控制机制，可以避免分布式锁的使用，从而降低分布式程序的设计和开发的难度。

目前单机环境下的事务内存按照更新数据时的机制不同，可分为延迟更新(deferred-update)和直接更新(direct-update)两大类。延迟更新软件事务内存实现的基本思想是一个线程在事务中仅对共享数据的一个副本进行改变，如果此次执行不与其他线程发生同步冲突，则此事务成功并执行提交(Commit)动作，将更新原始数据，如果失败则执行回滚(Abort或Rollback)动作。直接更新则是一个线程在事务中直接对共享数据进行更新，并使用显式的同步语句避免其他事务在此事务执行过程中修改此共享数据。显然，在直接更新时需要系统记录此共享数据的原始值，以便在回滚时可以恢复。

根据在事务冲突时的处理机制不同，事务内存又可以分为悲观和乐观的并发控制(pessimistic & optimistic concurrency control)两大类。在悲观的并发控制中，冲突一旦发生就必须要得到侦测并加以解决，而在乐观的并发控制里，冲突的侦测和解决可以延迟，只要是在事务提交之前进行就可以了。

事务内存中还存在数据粒度(granularity)的概念：最容易让程序员理解的粒度是对象粒度；在此粒度下，任何冲突发生的判决是在对象范围内进行的：即使两个事务修改的内存块不重合，只要他们是在同一个对象内，那么就可以判断这两个事务冲突。更精细的粒度是字粒度(word granularity)和字节粒度(byte granularity)，在这两种粒度下，冲突的检测更精细，更利于事务内存系统性能的提升，但是却会给程序员带来不小的麻烦。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式环境下的事务内存系统，该系统能够对分布式环境下的分布式共享变量的一致性进行控制，使得分布式程序能够以事务的方式访问分布式共享变量，而不需要使用分布式锁来控制共享变量的一致性。

本发明提供的一种分布式环境下的事务内存系统，其特征在于，该系统包括事务逻辑模块、事务管理模块、共享数据管理模块和网络通信模块；

事务逻辑模块负责实现单个事务的基本功能，包括基于事务的共享数据读写、事务的提交和回滚、事务中共享数据的缓存，并向用户提供完善的编程接口；事务逻辑模块的输入为用户程序的请求，输出为共享数据操作命令、缓存数据和事务状态消息；事务逻辑模块在接受到用户程序的请求后，根据事务当前的状态，对请求进行处理，并根据需要向共享数据管理模块发出共享数据操作命令、向事务管理模块发送事务状态信息、向用户程序回复缓存数据；