XML事务模型及并发控制研究

摘要

随着互联网技术的发展，XML已经成为数据表达和交换的新标准。各行各业都积极采用XML格式表示其数据和信息，借助于XML，Web正逐步转化为一个巨大的数据库。由于XML信息量的剧增，对XML信息管理技术的需求也就应运而生。为此，传统的数据库厂商纷纷提供各种支持XML数据的扩展和插件，同时，为XML数据管理量身打造的XML原生数据库系统也不断涌现。其中XML原生数据库在处理层次关系丰富、结构化程度不高的应用时具有独特的优势，在近几年得到了研究者的广泛关注。然而，从数据库的角度，现有的XML原生数据库产品还远非完善。对数据更新的支持不足一直是其最大的弱项之一，XML原生数据库系统中的XML事务处理及并发控制技术亟待加强。 目前关于XML事务处理的研究尚处于起步阶段，虽然有一些研究人员已经提出了一些并发控制协议，但仍缺乏一个成熟的事务模型，本文提出的通用的XML事务模型正解决了这一问题。该模型使用一致的操作模型统一了对DOM、XPath和路径索引检索等XML常用访问模式。同时，针对XML应用对节点次序的要求不同，本文首次明确提出了强弱两类可串行性概念。借助于这一操作模型和强弱可串行性概念，就在理论上统一了对XML文档的并发控制和对路径索引的并发控制。因此，本文提出的模型无论在完整性还是通用性上都在现有的工作基础上有很大提高。对XML调度器的实现及各类操作冲突检测的复杂度，本文也都做了深入细致的分析。根据分析的结果，本文提取出一个既能保证实现有效性，又能充分利用XML操作语义信息的XML核心操作模型。这些工作为文本后续研究奠定了艰实的基础。 基于本文提出的XML事务模型、操作模型与可串行化理论，本文提出了两个充分利用了XML核心操作语义的协议：MSPX-w和MSPX-s，分别实现了弱可串行性和强可串行性。MSPX系列协议结合了多版本并发控制和语义并发控制两个技术的优点，使用路径锁、区域路径锁等技术最大限度的提高了系统并发度。同时，得益于本文对XML调度器实现复杂性的分析，MSPX系列协议在设计时就立足于对XML核心操作模型的处理，保证了协议的运行效率。 最后，针对XML并发控制协议中加锁操作过多，锁粒度过细的问题，并充分利用了XML数据层次关系丰富的特点，本文提出了自适应粒度锁调度器技术。该技术采用与常用的锁升格或人工指定加锁级别等技术完全不同的思路，根据系统当前操作冲突情况，只有在真正需要时才进行锁降格操作。因此，在一般情况下，系统只需要加很少数量的锁就可以实现并发控制的目的，且不会降低并发度。本文首先使用子树锁提出了一个具体的自适应粒度锁调度器实现，而后建立了通用的自适应粒度锁理论模型，将这一技术加以推广，理论上能够对所有基于加锁的XML调度器进行优化，大幅减少加锁次数和维护锁对象占用的内存开销。 为测试本文提出的协议和算法的有效性，我们还进行了大量的实验，结果表明本文提出的并发控制协议能够非常有效的降低事务回滚率和提高系统吞吐率，使用自适应粒度锁技术在XML数据层次结构比较丰富时也能在很大程度上消除不必要的加锁操作，从而提高系统性能和降低并发控制带来的开销。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：表格及插图

第一章绪论

第二章并发控制理论及XML并发控制

第三章面向语义的XML事务模型

第四章MSPX：多版本语义并发控制协议

4.1准备工作

4.2 MSPX协议

4.3其它实现细节

4.4实验

4.5相关工作

4.6本章小结

第五章自适应粒度锁调度器

5.1基于子树锁的“按需锁降格”调度器

5.2自学习—减少降格开销

5.3通用“按需锁降格”理论模型及算法

5.4实验

5.5相关工作

5.6小结

第六章结论与未来的工作

参考文献

论文说明

致谢