分布式事务并发控制关键技术研究

发布时间：2017-05-05 15:05

  本文关键词：分布式事务并发控制关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在分布式存储系统中,一个事务请求经常需要访问存储在多个服务器上的数据。当有许多并发的互相冲突的事务时,为了保证系统的正确性和满足一定的语义要求,需要运行分布式并发控制协议。传统的分布式事务并发控制协议通常基于两阶段锁或者乐观并发控制。当有许多并发且冲突的事务的时候,系统的性能都有比较大的消耗。本文针对高效的分布式事务的并发控制,主要贡献如下:1.对于单发型事务,提出了去中心化的基于冲突依赖关系跟踪和传播的并发控制协议Dep Tran,Dep Tran把事务划分成若干片段,每个片段可以在服务器上原子性的执行。在事务的运行时,服务器延迟片段的执行,跟踪片段之间的冲突依赖关系,然后每个服务器对片段进行确定性的重排,使得最后的执行顺序满足序列化可能性。相比于传统方法,在中度冲突程度下,Dep Tran有3.2~6.7倍的性能提升。2.对于通用型事务,本文提出了基于离线分析、冲突重排、只读事务优化的并发控制方法Rococo,Rococo使用离线分析确定对冲突事务片段重排的可能性,并且对于不能重排的工作集,Rococo使用传统的方法对导致不能重排的片段进行合并,并且使用只读协议处理只读事务,以尽可能的提高系统的性能。在TPC-C测试集的测试中,对比传统的协议,Rococo在处理一般冲突情况下的并发事务时,有1.2~5.3倍的性能提升。3.对于本文提出的并发控制协议,进行了理论分析。通过分析,本文把相对复杂的分布式事务并发控制协议,分解成若干相互支撑的不变式。这些不变式不仅可以循序渐进的证明系统的正确性,而且可以帮助系统开发者更好的理解协议的设计,为系统的正确实现提供了蓝本。除此之外,本文还使用规范化的数学描述语言TLA+对系统进行了描述,并用模型验证的方法对一种可能的优化进行了机器检查。4.对于近年来兴起的在分布式数据库中使用单工作线程的设计思想,本文指出了其在面对复杂的并发控制方法时可能会产生“栈撕裂”的问题。针对该问题,本文提出了一个用户态的轻量级线程框架Tran Fiber,允许数据库开发者进行协同式的任务管理。在保留单工作线程的好处的同时,可以对栈进行自动管理。Tran Fiber可以极大的简化分布式并发控制的实现。
【关键词】：分布式事务 并发控制 严格序列化可能性 轻量级线程框架
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 主要符号对照表9-10
• 第1章 引言10-22
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 分布式并发控制概述11-18
• 1.2.1 分布式数据库系统11-14
• 1.2.2 分布式事务模型与分类14-16
• 1.2.3 分布式事务并发控制的关键问题16-18
• 1.3 研究内容与主要贡献18-21
• 1.3.1 研究内容18-20
• 1.3.2 主要贡献20-21
• 1.4 本文组织结构21-22
• 第2章 相关工作综述22-29
• 2.1 本章概述22
• 2.2 基于两阶段锁的并发控制方法22-24
• 2.3 基于乐观并发控制的并发控制方法24-26
• 2.4 限制事务类型的并发控制方法26-27
• 2.5 基于单工作线程的分布式数据库实现27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 DepTran: 支持单发型事务的并发控制协议29-53
• 3.1 本章概述29-31
• 3.2 系统设计31-44
• 3.2.1 系统结构与接口32
• 3.2.2 基本协议32-36
• 3.2.3 正确性说明36-39
• 3.2.4 优化协议39-42
• 3.2.5 垃圾回收42
• 3.2.6 错误恢复42-44
• 3.3 系统评价44-51
• 3.3.1 系统实现44-45
• 3.3.2 实验设置45
• 3.3.3 微基准测试45-47
• 3.3.4 宏基准测试47-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第4章 Rococo: 支持通用型事务的并发控制协议53-76
• 4.1 本章概述53-54
• 4.2 系统设计54-65
• 4.2.1 事务离线分析55-57
• 4.2.2 事务运行协议57-62
• 4.2.3 最近冲突依赖关系62-63
• 4.2.4 只读事务协议63-64
• 4.2.5 片段合并64-65
• 4.3 系统评价65-74
• 4.3.1 系统设置65-66
• 4.3.2 TPC-C测试集66-68
• 4.3.3 实验结果及分析68-74
• 4.4 本章小结74-76
• 第5章 对DepTran/Rococo的理论分析76-91
• 5.1 概述76-77
• 5.2 基本协议分析77-85
• 5.2.1 序列化图77
• 5.2.2 基本性质77-79
• 5.2.3 离线分析79-80
• 5.2.4 全局冲突依赖关系图80-83
• 5.2.5 序列化可能性83-84
• 5.2.6 严格序列化可能性84-85
• 5.3 优化协议分析85-89
• 5.3.1 增量证明方法85-87
• 5.3.2 序列化可能性87-89
• 5.4 数学规范与模型检测89-90
• 5.5 本章小结90-91
• 第6章 TranFiber: 简化分布式并发控制实现的纤程框架91-105
• 6.1 概述91-92
• 6.2 系统设计92-99
• 6.2.1 问题分析92-96
• 6.2.2 纤程与条件变量96-98
• 6.2.3 自定义调度器98-99
• 6.3 系统实现与实验评价99-104
• 6.3.1 系统实现99-100
• 6.3.2 实验设置100
• 6.3.3 实验结果及分析100-104
• 6.4 本章小结104-105
• 第7章 总结与展望105-107
• 7.1 论文主要研究工作总结105-106
• 7.2 未来工作展望106-107
• 参考文献107-113
• 致谢113-115
• 附录A TLA规范115-141
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果141

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本文编号：346554