3.5 Система управления журнализацией и восстановлением

Журнализация предназначена во-первых, для обеспечения возможности отката некорректных действий транзакций, и, во-вторых, для восстановления базы данных после аппаратного сбоя. В ООБД журнализацию можно проводить на трех уровнях: инфологическом, даталогическом и физическом. На инфологическом уровне журнал фиксирует сообщения, циркулирующие в системе. На даталогическом уровне фик­си­руется какие примитивы были вызваны на выполнение сообщениями. На физи­че­ском уровне фиксируются низкоуровневые операции: по какому адресу в какой вирту­альной памяти производилась запись, как изменились границы виртуальной памяти.

Обычные БД хранят мгновенный снимок модели предметной области. Любое изменение в момент времени t некоторого объекта приводит к недоступности состояния этого объекта в предыдущий момент времени. Интересно, что при этом в большинстве развитых СУБД предыдущее состояние объекта сохраняется в журнале изменений, но возможность доступа к этим данным для пользователей закрыта.

Для журнализации избран подход, примененный в СУБД Postgres, разработанной в университете г.Беркли, Калифорния под руководством М.Стоунбрейкера, как наиболее простой в реализации и предоставляющий полезные возможности, недоступные в базах данных с обычным типом журнализации (см. [23]). В этой системе, во-первых, не ведется обычная журнализация изменений базы данных, и мгновенно обеспечивается корректное состояние базы данных после перевызова системы с утратой состояния оперативной памяти. Во-вторых, система управления памятью поддерживает истори­ческие данные. Запросы могут содержать временные характеристики интересующих объектов. Реализационно эти два аспекта связаны.

СУБД, имеющие такой вид журнализации, называются темпоральными СУБД. Основной тезис темпоральных систем состоит в том, что для любого объекта данных, созданного в момент времени t1 и уничтоженного в момент времени t2, в БД сохраняются (и доступны пользователям) все его состояния во временном интервале [t1, t2). Система не только хранит информацию о прошлых состояниях объекта, но и предоставляет пользователю доступ к ней через язык запросов.

Т.е. журнал состоит из меток времен и значений объектов. СУБД POSTGRES является экспериментальной и, в частности, предполагается, что она функционирует на вычислительной аппаратуре, оснащенной статической оперативной памятью, не теряющей информации при отключении внешнего питания. Впрочем, затраты на ста­ти­ческую память компенсируются быстродействием СУБД и дополнительными возмож­нос­тями, приобретаемыми при таком подходе, а именно: возможность получить значение объекта в произвольный момент времени.

Вообще говоря, каждый объект в системе состоит из трех частей: Заголовка объекта, данных и истории. В заголовке объекта имеется поле VALUE, которое содержит ссылку на начало расположения внутри объекта данных о его состоянии. Объект, с которым пользователь хочет работать, автоматически загружается системой в кэш, где ему выделяются 4 канала:

1. Канал объекта в кэше

2. Канал объекта на диске

3. Канал данных объекта в кэше

4. Канал истории изменений объекта на диске

Прикладной программист не работает напрямую с каналами. С каналами работают примитивы доступа к содержимому объекта. Прикладной программист рабо­тает с объектами только через их идентификаторы. А идентификаторам объектов ста­вятся в соответствие каналы в системе кэширования объектов.

3.6 Принципы реализации механизма согласованного управления

Область действия операции

Каждый объект обладает поведением, реализуемым через методы (операции). Если операция работает только с внутренними данными объекта, то она является локальной, если же она посылает сообщения другим объектам, то – глобальной. Посланное к другому объекту сообщение порождает на нем выполнение соответствующей операции. Через транзитивное замыкание можно представить процесс порождения отношением предок – потомок.

Областью действия операции на объекте являются:

Данные состояния объекта, входные параметры операции, системные объекты, а также все объекты, обладающие определенным поведением, если это поведение является объектом, над которым выполняется операция.

Воздействие операции

Все воздействия любой операции на объекте, попадают под одну из четырех категорий: запрос, создание, модификация, удаление. Для каждой операции на объекте определяются соответствующие множества.

Множество запросов QS(opi(O)) определяется рекурсивно как QS(opi(O)) = LocalQS(opi(O)) È GlobalQS(opi(O)), где

· LocalQS = Æ, если нет собственных ivj из O "запрошенных" операцией opi. {O}, иначе.

· GlobalQS =

{Ogq | opi , посылает сообщение к Os для выполнения метода opj, где OsÎ Scope(opi(O)), и OgqÎQS(opj(Os))}.

Аналогично определяются можества создания модификации и удаления операции opi на объекте O.

Множество замен определяется как объединение множеств создания, модифи­ка­ции и удаления. Конфликт операций – выполнение одного из следующих условий:

1. US(opi(O)) Ç US(opj(O')) ¹ Æ

2. QS(opi(O)) Ç US(opj(O')) ¹ Æ

3. US(opi(O)) Ç QS(opj(O')) ¹ Æ

Пользовательские транзакции можно рассматривать как операции над специ­альным объектом базы данных.

Пользовательские операции могут быть разбиты на ряд шагов, каждый из которых выполняет некоторую логическую единицу работы. Шаги эти также можно считать едиными операциями. Такое разбиение позволяет ввести понятие точки раз­рыва. Точка разрыва ставится между двумя шагами на одном уровне любой операции.

Объектно-ориентированное расписание

Для увеличения производительности СУБД, некоторые операции могут взаимодействовать друг с другом в базе данных. Некоторые из этих операций могут выполняться на одном объекте. Совместное выполнение многих операций (псевдо­параллельность) может приводить к произвольному чередованию операций (или их шагов). Порядок чередования называется объектно-ориентированным расписанием. Так как "пользовательские транзакции" являются только операциями на специальном объекте, ОО-расписание можно определить на этом объекте как пару (S,<расп), где S – множество всех шагов (как локальных, так и глобальных), а <расп – частичный порядок на множестве шагов в S. Глобальные шаги в S – это результат обращения операций к другим объектам, и шаги основанные на результате этих обращений также включаются в расписание.

Различные пользовательские транзакции могут вызвать один и тот же метод, и одновременно будут выполняться несколько копий одной и той же операции.

В работе [19] утверждается, что расписание Sch для T на специальном объекте является корректным объектно-ориентированным расписанием, если:

1. Расписание состоит только из шагов операций, порожденных воздействием T, и каждый из этих шагов выполняется точно раз в Sch.

2. В расписании сохраняется отношение порядка выполнения шагов операций для всех транзакций.