Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1. Анализ существующих подходов к управлению РИС на 11 основе ГБД
Эволюция и тенденции развития технологий управления РИС 11 на основе ГБД
Методы управления глобальными транзакциями в РИС на 28 основе ГБД
Обеспечение надежности РИС 43 Цель работы и задачи исследования 44 Выводы 45
Формализация управления транзакциями в РИС на основе 48 ГБД
Разработка протокола управления глобальными транзакциями 58 в РИС на основе ГБД
Обеспечение корректности изолированного выполнения 58 глобальных транзакций
Обеспечение атомарности глобальных транзакций 73 Выводы 80
Глава 3. Структурная модель системы управления РИС на основе 82 ГБД
3.1. Назначение модели системы управления 82
Структура модели системы управления 83
Выбор среды взаимодействия компонентов модели 92
Использование сокетов для межкомпонентного 93 взаимодействия
Использование технологии CORBA для межкомпонентного 95 взаимодействия
Глава 4. Специальное ПО системы управления РИС на основе ГБД 104 и результаты практического использования
Моделирование управления транзакциями в РИС на основе 112 ГБД
Результаты практического использования системы управления 119 РИС на основе ГБД
Литература: 126
Приложения Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Приложение 4 Приложение 5 Приложение 6 Приложение 7 Приложение 8
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Внедрение корпоративных сетей и средств хранения информации привело к развитию распределенных информационных систем (РИС), реализующих различные информационные среды на основе разнообразных баз данных, управляемых как современными, так и "морально" устаревшими системами управления базами данных (СУБД). Это привело к появлению гетерогенного информационного пространства и соответственно гетерогенных баз данных (ГБД). К управлению такими РИС предъявляются повышенные требования с точки зрения обеспечения целостности и непротиворечивости данных, однородности информационного пространства. Проблема состоит в технологической сложности перехода от централизованного однородного управления данными к распределенной обработке данных в гетерогенной информационной среде, включающей автономные системы ГБД (СГБД), не представляющие никакого контроля за выполнением глобальных транзакций РИС.
Существующие разработки не позволяют эффективно решить задачу одновременного управления несколькими автономными СГБД. Некоторые продукты предлагают шлюзы для доступа к другим СГБД с ограниченными возможностями, требующие полного изменения организационной структуры существующих РИС. Средствам, базирующимся на использовании шлюзов, свойственны некоторые серьезные ограничения. Во-первых, шлюзы не позволяют организовать систему управления транзакциями даже для отдельных пар систем. Во-вторых, использование шлюзов призвано лишь решить задачу трансляции запросов с языка одной СУБД на язык другой СУБД. В качестве средства управления несколькими СГБД используются мониторы транзакций. Однако среди недостатков мониторов транзакций следует указать ограниченное количество поддерживаемых ими сетевых протоколов и СУБД. В свою очередь
СУБД, используемые в узлах системы, должны поддерживать протокол двухфазной фиксации транзакций и удовлетворять стандарту Х/Ореп ХА, описывающему особенности управления транзакциями, работающими с несколькими гетерогенными СУБД.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью создания средств моделирования и алгоритмизации процессов управления ГБД, направленных на снижение конфликтности транзакций и обеспечение совершенной целостности данных с сохранением автономности самих СГБД.
Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета "Вычислительные системы и программно - аппаратные электротехнические комплексы", а также госбюджетной НИР кафедры "Автоматики и информатики в технических системах" (ГБ №504310).
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является разработка средств формализованного описания процессов разрешения конфликтов транзакций в РИС на основе ГБД, а также моделей и алгоритмов управления транзакциями, повышающих эффективность и качество их функционирования.
Исходя из данной цели в работе определены следующие задачи исследования:
анализ содержания и специфики решения задачи управления глобальными транзакциями в РИС на основе ГБД, а также современных подходов к построению РИС;
анализ проблематики разрешения конфликтов транзакций в системах управления ГБД;
структурная декомпозиция системы управления РИС на основе ГБД и разработка формализованного описания элементов объекта исследования;
формирование необходимых и достаточных условий фиксации и отката, сериализуемости глобальных транзакций в РИС на основе ГБД;
разработка протокола управления глобальными транзакциями РИС на основе ГБД, ориентированного на разрешение конфликтности транзакций и обеспечение целостности данных РИС;
разработка структурной модели системы управления РИС, позволяющей интегрировать ГБД в однородное информационное пространство на основе различных компьютерных платформ, операционных систем, сетевых протоколов;
разработка средств специального программного обеспечения процедур моделирования процессов управления глобальными транзакциями и их апробация в реальных условиях корпоративной сети.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Методы исследования основаны на теории управления транзакциями, построения машин баз данных, теории графов, теории множеств, теории объектно-ориентированного программирования.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
разработано формализованное описание процессов разрешения конфликтов транзакций в РИС на основе ГБД, позволяющее определить источники конфликтов, а также пути их разрешения;
предложено расширение протокола управления глобальными транзакциями в РИС на основе ГБД, отличающееся возможностью разрешения косвенных конфликтов транзакций и отсутствием глобальных тупиков;
разработана пессимистическая стратегия управления транзакциями, позволяющая полностью реализовать изолированность конкурентного выполнения глобальных транзакций в гетерогенной информационной среде;
разработана структурная модель системы управления РИС, отличающаяся возможностью интегрировать в единое информационное пространство СГБД, предлагаемые различными производителями программного обеспечения (ПО) с сохранением их автономности;
предложена методика моделирования процессов разрешения конфликтов транзакций и управления ГБД, позволяющая проводить анализ производительности протоколов управления глобальными транзакциями при различной загрузке РИС.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ
Практическая ценность работы состоит в следующем:
предложен комплекс моделей, алгоритмов и программных средств, позволяющий организовать эффективное управление гетерогенной информационной средой;
использование данного комплекса для управления глобальными транзакциями РИС позволяет обеспечить целостность и непротиворечивость данных интегрируемых СГБД при сохранении их автономности, а также организовать программную платформу для создания новых приложений, использующих в своей работе несколько ГБД корпоративной сети.
РЕАЛИЗАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде специального ПО управления реляционными ГБД РИС. Результаты работы получили практическое использование в УГИБДД Воронежской области при интеграции ГБД корпоративной сети. Кроме того, они внедрены в учебный процесс при обучении студентов по дисциплине "Информационное обеспечение систем управления" на кафедре АИТС Воронежского государственного технического университета.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: VI Международной открытой научной конференции "Современные проблемы информатизации в технике и технологиях" (Воронеж, 2001), Всероссийской конференции "Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах" (Воронеж, 2001), Всероссийской конференции "Интеллектуальные информационные системы" (Воронеж, 2001, 2002), 16th International Conference on Production Research ICPR-16 (Prague, Czech Republic, 2001), Международной научно-практической конференции "Теория активных систем" (Москва, 2001), региональной научно-технической конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж, 2002), а также на научных семинарах кафедры автоматизированных и вычислительных систем.
ПУБЛИКАЦИИ
По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем предложены: в [1] - структурная модель системы управления РИС на основе ГБД; в [2-3] - модифицированный алгоритм двухфазной фиксации глобальных транзакций и методика симулирования состояния готовности к фиксации; в [4-7, 11, 14] - постановка и решение задачи обеспечения глобальной сериализуемости; в [8-9] - методика разработки архитектуры РИС с применением объектно-ориентированного подхода и IDL интерфейсы компонентов РИС, [12-13] - алгоритм выполнения подтранзакции и методика разрешения косвенных конфликтов транзакций.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 10 таблиц. Список литературы содержит 121 наименование. Приложения на 15 страницах содержат 4 таблицы и 2 рисунка.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе анализируются тенденции развития технологии построения РИС на основе ГБД, проблематика управления ГБД. Показано, что методы управления, используемые в распределенных базах данных, не применимы для управления РИС на основе ГБД. Критически рассматриваются существующие методы управления транзакциями в РИС на основе ГБД. Сделан вывод о необходимости управления конфликтностью транзакций в РИС на основе ГБД, направленного на обеспечение целостности и непротиворечивости данных РИС. По результатам комплексного анализа выбирается направление и формулируются задачи диссертационного исследования.
Во второй главе рассмотрены вопросы формализации управления транзакциями в РИС на основе ГБД. Рассматривается модель управления транзакциями в РИС. Предлагается протокол управления глобальными транзакциями в РИС на основе ГБД, отличающийся возможностью разрешения конфликтов транзакций и отсутствием глобальных тупиков. В рамках протокола разработан механизм динамического задания сериализационного порядка глобальных транзакций в момент их направления в СГБД в соответствие с временными метками глобальных транзакций, а также механизм предотвращения косвенных конфликтов посредством введения для каждой подтранзакции дополнительной операции над временной меткой ГБД. Рассматриваются особенности атомарной фиксации глобальных транзакций в РИС на основе ГБД. Предлагается модифицированный протокол двухфазной фиксации.
В третьей главе предложена структурная модель системы управления РИС на основе ГБД. Подробно рассмотрена функциональность компонентов
модели. Осуществлен выбор коммуникационного механизма, используемого для интеграции компонентов. Рассматривается возможность применения для организации взаимодействия сокетов потоков и технологии CORBA. Разработаны интерфейсы компонентов модели на языке OMG IDL (Object Management Group Interface Definition Language).
В четвертой главе рассмотрена задача создания специального ПО системы управления РИС на основе ГБД. Рассмотрена структура специального ПО, предложена структура интерфейса пользователя. Проведено моделирование процессов разрешения конфликтов транзакций. Сделаны выводы о преимуществах предлагаемого протокола управления глобальными транзакциями. Рассмотрена возможность применения разработанного прикладного ПО для организации системы управления реляционными ГБД УГИБДД Воронежской области.
В заключении формулируются научные и практические результаты диссертационного исследования.
Прилагается список использованных литературных источников.
Похожие диссертации на Моделирование и анализ конфликтов транзакций в информационных системах на основе гетерогенных баз данных
