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流程工业分布式实时数据库事务管理的研究与开发

作　者: 李龙
导　师: 黄文君; 胡协和
学　校: 浙江大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 流程工业分布式实时数据库实时事务调度无阻塞提交协议实时事务模型并发查询优化
分类号: TP311.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 5次
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内容摘要

随着流程工业的迅速发展,传统的单机实时数据库已经无法满足大型流程工业对规模、拓展性、容错性的要求。具有高容量、高伸缩性、高容错性的分布式实时数据库成为实时数据库领域的新方向。传统的实时数据库事务处理缺少对流程工业相关需求的针对性研究,没有充分考虑分布式事务处理面临的事务分解、事务合并、数据一致性等问题。本文通过深入分析流程工业实时数据库的业务特点,建立流程工业实时数据库的事务模型,应用查询事务优化、实时事务调度、分布式事务提交、分布式一致性服务等关键技术,研究并开发了一个分布式实时数据库的事务管理模块。本文深入分析流程工业分布式实时数据库中内部和外部请求的实时性特征、数据操作类型、原子性需求和重要程度等特征,根据相应的指标建立实时事务模型。基于该模型,采用具有准入控制的优先级调度算法对数据库事务进行混合调度,对具有较近截止期事务和内部事务赋予较高优先级,保证内部事务在截止期内完成的情况下提高系统的吞吐量。针对传统两阶段锁中出现的优先级倒置现象和抢占锁中出现的循环抢占现象,设计基于事务执行时间估计的优先级两阶段锁算法。该算法根据事务执行时间来决定是否抢占资源,以减少高优先级事务错失几率和不必要的资源抢占。为保证事务处理的实时性,创造性地提出无阻塞两阶段提交协议,在传统两阶段提交协议中增加候选协调者角色,解决了两阶段提交协议中协调者故障引起的阻塞问题。同时,本文设计基于多重副本的智能查询机制对于查询事务进行优化以提高查询效率。本文最后搭建测试平台,对事务管理模块的功能、性能和可靠性进行测试验证。测试结果表明：事务管理模块能正确处理历史数据查询、实时数据推送、实时数据订阅等各类请求；模块在半数以上节点存活的情况下能正常工作；并发查询规模、查询响应时间、数据一致性等性能指标满足设计需求。结果表明事务管理模块能够达到设计预期目标和性能要求。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-18
  1.1 课题引言  11-12
  1.2 课题研究背景和意义  12-14
  1.3 课题研究现状  14-16
    1.3.1 实时数据库研究现状  14
    1.3.2 事务处理研究现状  14-16
  1.4 课题研究内容和论文安排  16-18
2 事务管理模块的总体设计  18-28
  2.1 分布式实时数据系统架构  18-22
    2.1.1 单机实时数据库架构  18-19
    2.1.2 分布式实时数据库架构  19-22
  2.2 事务管理模块需求分析  22-23
    2.2.1 模块功能需求分析  22-23
    2.2.2 模块性能需求分析  23
    2.2.3 模块其他需求分析  23
  2.3 事务管理模块总体架构  23-27
    2.3.1 事务生成模块  25-26
    2.3.2 全局事务协调模块  26-27
    2.3.3 本地事务管理模块  27
  2.4 本章小结  27-28
3 实时事务的建模和生成机制设计  28-42
  3.1 实时数据库事务模型  28-29
    3.1.1 实时事务的定义  28
    3.1.2 实时事务的分类  28-29
  3.2 工业实时数据库事务模型  29-36
    3.2.1 实时数据库外部请求分析  29-32
    3.2.2 实时数据库内部请求分析  32-34
    3.2.3 实时事务价值的确定  34-36
  3.3 实时事务生成模块的设计  36-41
    3.3.1 事务生成模块结构  36-38
    3.3.2 事务数据结构设计  38-39
    3.3.3 事务生成模块的交互  39-41
  3.4 本章小结  41-42
4 实时事务的优化和调度算法设计  42-59
  4.1 数据副本读写一致性设计  42-47
    4.1.1 副本一致性写入设计  43-45
    4.1.2 副本一致性读取设计  45-47
  4.2 分布式查询事务的智能优化  47-54
    4.2.1 查询事务智能优化流程  47-50
    4.2.2 查询副本智能选取机制  50-52
    4.2.3 高效分段并发查询机制  52-53
    4.2.4 分布式查询事务的合并  53-54
  4.3 实时事务调度机制设计  54-57
    4.3.1 实时事务的优先级分配  54-56
    4.3.2 实时事务准入控制设计  56-57
  4.4 本章小结  57-59
5 实时事务的并发控制和提交算法设计  59-72
  5.1 事务并发控制算法设计  59-64
    5.1.1 分布式一致性算法  59-60
    5.1.2 分布式协调服务  60-61
    5.1.3 事务并发控制算法设计  61-64
  5.2 分布式实时事务提交算法设计  64-70
    5.2.1 数据库事务提交协议分析  64-66
    5.2.2 高效的无阻塞提交协议  66-69
    5.2.3 提交协议正确性和性能分析  69-70
  5.3 本章小结  70-72
6 验证与测试  72-80
  6.1 测试环境说明  72-73
  6.2 测试项目  73-79
    6.2.1 实时数据存取测试  74-75
    6.2.2 历史数据查询测试  75-77
    6.2.3 历史数据更新测试  77-78
    6.2.4 可靠性测试  78-79
  6.3 归纳总结  79-80
7 总结和展望  80-82
  7.1 工作总结  80-81
  7.2 工作展望  81-82
参考文献  82-85
作者简历及在学期间的科研成果  85

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