Введение к работе
Актуальность темы.
Компонентами программного обеспечения, отвечающими за накопление, обработку и хранение информации в ЭВМ и обеспечивающими связь с пользователями-непрофессионалами в вычислительной технике, являются проблемно ориентированные системы управления базами данных (СУБД).
Возможность одновременной работы нескольких программ с одними и теми же данными (мультидоступ ) очень существенна для достижения высокой производительности СУБД. Однако, при одновременной работе программы будут мешать друг другу, если для этого не будут предприняты некоторые специальные действия.
Механизм, позволяющий убрать взаимное нежелательное влияние независимых задач, называется системой организации мультидоступа.
Актуальность средств организации мультидоступа повысилась в связи с появлением и широким использованием мультипроцессорных вычислительных комплексов и систем с массовым параллелизмом.
Прерывание программы из-за аппаратного сбоя или из-за сбоя операционной системы может привести к тому, что программа внесет некорректную информацию в систему.
Из-за поломок внешних носителей может быть потеряна часть информации (или вся информация), которая на них хранится.
Устранение некорректных результатов, вызванных сбоями системы, а также восстановление утраченной из-за сбоев и поломок системы информации есть основная функция системы восстановления.
Актуальность систем восстановления особенно велика в нашей стране из-за низкой надежности элементной базы: на которой построены отечественные вычислительные системы.
Системы мультидоступа и восстановления должны как составные части входить в состав системы структурированных файлов МВК "Эльбрус" - разработанного в рамках ОС
инструмента для создания проблемно-ориентированных СУБД.
Проблемы мультидоступа и восстановления не есть прерогатива одних только баз данных. Аналогичные проблемы возникают и при проектировании аппаратуры ЭВМ, операционных систем, систем реального времени и т.д.
Справедливость этого подтверждает появление систем мультидоступа и восстановления в составе современных (и особенно распределенных) операционных систем.
Так, система мультидоступа и.восстановления TTS (Transaction Tracking System - система трассировки транзакций) входит в состав операционной системы NetWare 3.11 фирмы Novell как составная часть системы SFT (System Fault Tolerance).
В состав ОС VM (Virtual Machine) фирмы IBM начиная с версии 6 входит система мультидоступа и восстановления SFS (Shared File System).
Исследованные и разработанные в диссертации принципы могут быть положены и. в основу разработки аналогичных систем.
Таким образом, можно выделить два аспекта актуальности проблемы создания систем мультидоступа и восстановления.
Первый - актуальность этих систем как необходимых составных частей современной операционной системы и, в частности, системы структурированных файлов МВК "Эльбрус".
Второй - актуальность разработанных алгоритмов вне контекста конкретной реализации, ибо принципы реализации систем мультидоступа и восстановления, предлагаемые в данной работе, применимы ко всем областям вычислительной техники, имеющим дело с хранением и обработкой информации.
Цель диссертационной работы
Анализ, выбор и разработка алгоритмов и построение на их основе систем мультидоступа и восстановления для системы управления структурированными файлами ОС МВК Эльбрус являются основной целью этой работы.
В соответствии с поставленной целью основными задачами работы являются:
- анализ общих проблем и тенденций развития систем
мультидоступа и восстановления;
- определение (с учетом специфики поставленной задачи)
требований, предъявляемых к таким системам;
определение концепций, на базе которых можно реализовать системы, удовлетворяющие сформулированным требованиям;
разработка принципов организации таких систем с учетом необходимости их модицикации для адаптации новых алгоритмов и методов;
программная реализация систем в соответствии с разработанными принципами.
Предмет исследования
Предмет исследования составили системы организации мультидоступа и восстановления в современных СУБД, а также методы и средства, применяемые для их построения.
Методы исследования
Методика проводимых в работе исследований состоит в тщательном изучении и обобщении мирового опыта по созданию систем мультидоступа и восстановления в современных СУБД, в системном анализе требований, предъявляемых к таким системам со стороны различного рода приложений, а также в комплексном учете этих требований.
Научная новизна
Научная новизна работы состоит в следующем.
-
Обоснованы требования к системам организации мультидоступа и восстановления, основывающиеся на анализе ряда отечественных и зарубежных систем, с учетом специфики поставленной задачи.
-
Предложена модель транзакций, основанная на традиционной модели вложенных транзакций, в которую:
- включены механизмы управления делегированием прав
доступа и прав отката из вложенной транзакции в
охватывающую;
введено ограничение на возможность одновременной работы охватывающей и вложенной в нее транзакций;
для реализации возможности параллельной работы в рамках транзакции введено понятие глобальной транзакции.
3. Предложен двухшаговый алгоритм выявления и
разрешения тупиковых ситуаций, сочетающий точность
выявления тупика, присущую алгоритму поиска циклов в
графе ожидания, и малые накладные расходы алгоритма "time
out".
4. Предложен способ децентрализованной организации
системы восстановления: что позволило:
- обеспечить работу системы восстановления при работе с
несколькими базами данных в рамках одной транзакции;
- предоставить средства для разделения одной базы
данных на несколько независимых по отношению к системе
восстановления модулей и таким образом повысить надежность
хранения данных и эффективность процесса востановления.
Практическая ценность.
Рассматриваемые в диссертационной работе системы впервые разработаны совместно со стандартным математическим обеспечением ЭВМ и являются его неотъемлемой составной частью.
Учет требований со стороны систем мультидоступа и восстанбвления к операционной системе и аппаратуре позволил значительно повысить эффективность работы систем за счет снижения накладных расходов, обычно возникающих при несоответствии требований СУБД возможностям ОС и аппаратуры.
Кроме этого, реализация универсальных систем мультидоступа и восстановления позволила:
сократить объем математического обеспечения путем устранения дублирования аналогичных функций при реализации различных СУБД;
предоставить возможность одновременной работы с разными базами данных, управляемыми различными СУБД;
существенно упростить процесс реализации различных
СУБД в рамках ОС МВК Эльбрус.
Реализация результатов работы
Разработанные системы мультидоступа и восстановления летом 1987 года прошла государственные испытания: включена в состав стандартного математического обеспечения и сдана в эксплуатацию.
Начиная с версии ОСПО 3.7 система входит в стандартный комплект поставки версии и работает во всех предприятиях и учреждениях, в которых установлены вычислительные комплексы Эльбрус-1 или Эльбрус-2.
Средства мультидоступа и восстановления были использованы уже при разработке самой системы структурированных файлов. Упомянутое применения позволило сократить объемы соответствующих компонентов математического обеспечения, повысить их эффективность.
Апробация результатов
Основные идеи и результаты, приведенные в данной работе, были доложены:
на научно-технической конференции молодых специалистов и членов НТОРЭС им. А.С.Попова в г. Москве в 1987 г;
- на научно-практической конференции с международным
участием "Проблемы информатики" (май 1991 г., Самара);
- на всесоюзном симпозиуме "Принципы и методы
оптической обработки информации" (г.Гродно, июль 1991г.);
- на семинарах и конференциях ВЦКП РАН.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.
Объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации: всего 149 с, из них основного текста - 127 с, список литературы из 106 наименований, 10 рисунков, 2 таблицы.
