Peinl Synchronisation in zentralisierten Datenbanksystemen

Algorithmen, Realisierungsmöglichkeiten und quantitative Analyse
1987
ISBN: 978-3-642-73323-9
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, Band 161, 227 Seiten, eBook

Reihe: Informatik-Fachberichte

Das vorliegende Buch behandelt die Synchronisation als eine der zentralen Funktionen zur Aufrechterhaltung der Integrität in Datenbanksystemen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf einer umfassenden Analyse des Einflusses von Synchronisationsmaßnahmen auf das Leistungsverhalten von Datenbanksystemen. Nach einer kurzen Einführung in die wesentlichen konzeptionellen Aspekte der Synchronisation werden ausführlich die Implementierungsaspekte der Synchronisationskomponente in Datenbanksystemen diskutiert. Da durch Synchronisationsmaßnahmen in praktischen Umständen möglicherweise erheblich in die parallelen Abläufe von Transaktionen eingegriffen wird, ist die Auswahl geeigneter Synchronisationsverfahren von entscheidender Bedeutung für die Leistungsfähigkeit von Datenbanksystemen. Hierin wird mit Hilfe des Verfahrens der Trace-getriebenen Simulation der Versuch gemacht, die Charakteristiken praktischer Anwendungen auf den quantitativen Vergleich von Synchronisationsverfahren zu übertragen, was in dieser Form bisher noch nicht durchgeführt wurde. Die dabei erhaltenen Ergebnisse werden ausführlich diskutiert und im Hinblick auf die Brauchbarkeit neuartiger Synchronisationsverfahren für praktische Anwendungen bewertet. Synchronisationsmaßnahmen zur Aufrechterhaltung der Integrität in Datenbanksystemen erfordern erhebliche Eingriffe in die parallelen Abläufe im Mehrbenutzerbetrieb mit entsprechenden Konsequenzen auf die Gesamtleistung des Systems. Es wird eine umfassende Analyse der Leistungsfähigkeit von Synchronisationsverfahren auf der Basis eines mit empirischen Daten getriebenen Simulationsmodells beschrieben.

Zielgruppe

Research

Autoren/Hrsg.

Peinl, Peter

Inhaltsverzeichnis

I. Einleitung.- II. Konzepte der Synchronisation in Datenbanksystemen.- 2. Synchronisation in parallelverarbeitenden Systemen und ihre speziellen Aspekte bei Datenbanksystemen.- 2.1 Synchronisation in Programmiersprachen und Betriebssystemen und histo rischer Abriß der Entwicklung auf dem Gebiet der Datenbanksysteme.- 2.2 Implementierungsformen von Datenbanksystemen.- 3. Klassifikation von Synchronisationsverfahren in Datenbanksystemen.- 3.1 Probleme der und Ansätze zur Klassinkation von Synchronisationsverfahren in Datenbanksystemen.- 3.2 Methoden zur Isolation von Objekten.- 3.3 Methoden zur Feststellung und Gewährleistung der Serialisierbarkeit.- 3.3.1 Überprüfung der Serialisierbarkeit während der BOT-Verarbeitung.- 3.3.2 Überprüfung der Serialisierbarkeit während der Verarbeitungsphase.- 3.3.3 Überprüfung der Serialisierbarkeit durch Sperren.- 3.3.4 Überprüfung der Serialisierbarkeit durch Zeitmarken.- 3.3.5 Überprüfung der Serialisierbarkeit während der EOT-Verarbeitung.- 3.3.6 Verteilung der Überprüfung der Serialisierbarkeit auf die Verarbeitungs phase und die EOT-Verarbeitung.- 4. Synchronisationsverfahren ohne Berücksichtigung einer Objektstruktur.- 4.1 Synchronisation unter der Kontrolle von Sperrverfahren.- 4.1.1 Das RX-Sperrverfahren.- 4.1.2 Die RA-Sperrverfahren.- 4.1.3 Das RAX-Sperrverfahren.- 4.1.4 Das RAC-Sperrverfahren.- 4.1.5 Das RACn-Sperrverfahren.- 4.2 Synchronisation unter der Kontrolle optimistischer Verfahren.- 4.2.1 Die BOCC-Verfahren.- 4.2.2 Die FOCC-Verfahren.- 4.3 Synchronisation unter der Kontrolle von Zeitmarken-Verfahren.- 4.4 Das Verhältnis von Zeitmarken-Verfahren zu Sperrverfahren und optimistischen Verfahren.- III. Implementierungsaspekte der Synchronisation in Datenbanksystemen.- 5. Implementierungsaspekte der Synchronisationskomponente.- 5.1 Aufgaben und Aufbau der Synchronisationskomponente.- 5.1.1 Anforderungen an die Synchronisationskomponente und deren Aufgaben.- 5.1.2 Schnittstellen der Synchronisationskomponente zu anderen Komponenten des Datenbanksystems.- 5.2 Speicherungsstrukturen zur Darstellung der synchronisationsrelevanten Information.- 5.2.1 Datenstrukturen zur Verwaltung von Sperren.- 5.2.2 Speicherungsstrukturen zur efflzienten Verwaltung von Sperren.- 5.2.3 Speicherungsstrukturen zur Unterstützung optimistischer Synchronisationsverfahren.- 5.3 Aufbau und Funktionsweise einer verfahrensunabhängigen Sperrkomponente mit dynamisch veranderbaren Sperrprotokollen.- 5.3.1 Vorteile und prinzipieller Aufbau einer verfahrensunabhängigen Sperrkomponente.- 5.3.2 Grundlegende Konzepte bei Sperrprotokollen, Basisoperationen und prinzipielle Funktionsweise des Protokollinterpreters.- 5.3.3 Ein Beispiel zur Spezifikation des RX-Verfahrens für den verfahrensunabhängigen Protokollinterpreter.- 5.4 Aufwandsbetrachtungen für unterschiedliche Implementierungen des Validierungsalgorithmus bei optimistischen Synchronisationsverfahren.- 5.4.1 Quantitative Abschätzung einer euphorischen Variante optimistischer Synchronisationsverfahren.- 5.4.2 Quantitative Abschätzung des Validierungsaufwandes der grundlegenden Varianten optimistischer Synchronisationsverfahren.- 5.4.3 Grobe Abschätzung des Rechenzeitaufwandes zur Pflege der Speicherungsstrukturen zur Darstellung synchronisationsrelevanter Information bei Sperrverfahren versus optimistische Verfahren.- 6. Systempufferverwaltung unter Berücksichtigung von Versionen und temporären Kopien.- 6.1 Grundsätzliche Probleme der Systempufferverwaltung bei erweiterten Objektmodellen.- 6.1.1 Die Rolle erweiterter Objektmodelle im Zusammenspiel von Systempufferverwaltung und Synchronisationsverfahren.- 6.1.2 Konsequenzen des erweiterten Objektmodells für die physische Datenhaltung auf externen Speichermedien.- 6.1.3 Strukturierung der Systempufferverwaltung unter Berücksichtigung erweiterter Objektmodelle.- 6.2 Die Rahmenverwaltung oder die Systempufferverwaltung im herkömmlichen Sinne.- 6.2.1 Die Freispeicherverwaltung innerhalb der Rahmenverwaltung.- 6.2.2 Die Implementierung des Ersetzungsalgorithmus innerhalb der Rahmenverwaltung.- 6.3 Die Seiteninkarnationen-Verwaltung.- 6.3.1 Die Realisierung privater Transaktionspuffer auf einem globalen Systempuffer.- 6.3.2 Hilfsstrukturen und Schnittstelle der Seiteninkarnationen-Verwaltung.- 6.3.3 Die Funktionsweise der von der Seiteninkarnationen-Verwaltung exportierten Operationen.- 6.4 Abhängigkeiten zwischen der Synchronisationskomponente und anderen zentralen Komponenten eines Datenbanksystems am Beispiel der Pufferbedienung.- 6.4.1 Die Pufferbedienung beim RX-Sperrverfahren.- 6.4.2 Die Pufferbedienung bei optimistischen Synchronisationsverfahren.- IV. Leistungsanalyse von Synchronisationsverfahren in Datenbanksystemen.- 7. Methoden zur Untersuchung des Einflusses von Synchronisationsmaßnahmen auf das Leistungsverhalten von Datenbanksystemen.- 7.1 Implementierung und Integration in ein reales Datenbanksystem.- 7.2 Modellierung von Komponenten des Datenbanksystems.- 7.2.1 Analytische Modelle zur Beschreibung des Einflusses von Synchronisationsverfahren auf das Leistungsverhalten von Datenbanksystemen.- 7.2.2 Modellierung von Komponenten des Datenbanksystems durch Simulation.- 7.3 Kosten- und Leistungsmaße fur die Bewertung von Synchronisationsverfahren in Datenbanksystemen.- 8. Ein detailliertes Simulationsmodell zur Leistungsanalyse von Synchronisationsverfahren in zentralisierten Datenbanksystemen (DBSS).- 8.1 Ziele des Simulationsansatzes.- 8.2 Die empirischen Lasten zum Treiben des Datenbanksystem-Simulators.- 8.3 Grobstruktur des implementierten DBSS.- 8.4 Detailaufbau des implementierten DBSS.- 8.4.1 MAIN-MODULE.- 8.4.2 SCHEDULER.- 8.4.3 STRING-MANAGER.- 8.4.4 LOGFILE-MANAGER.- 8.4.5 Die unteren Abbildungsebenen.- 8.4.6 DEVICE-MANAGER.- 8.4.7 GWS-MANAGER.- 8.5 Spezielle Überlegungen zur Synchronisation auf FPA- und DBTT-Seiten und ihre Behandlung im DBSS.- 8.5.1 Eigenarten der Synchronisation auf FPA-Seiten.- 8.5.2 Eigenarten der Synchronisation auf DBTT-Seiten.- 8.5.3 Die Behandlung von FPA- und DBTT-Seiten im DBSS.- 8.6 Zusammenfassender Überblick über das entwickelte DBSS.- V. Empirische Untersuchung des Leistungsverhaltens von Synchronisationsverfahren in Datenbanksystemen.- 9. Empirische Untersuchung des Leistungsverhaltens von Synchronisationsverfahren in Datenbanksystemen.- 9.1 Darstellung der charakteristischen Eigenschaften der logischen Seitenreferenz-Strings.- 9.1.1 Globale statistische Kenngrößen der logischen Seitenreferenz-Strings.- 9.1.2 Typisierung von Transaktionen als Mittel zur Charakterisierung des Lastprofils in den logischen Seitenreferenz-Strings.- 9.1.3 Spezielle Eigenarten der logischen Seitenreferenz-Strings.- 9.2 Überblick über die Instrumentierung, Parametrisierung und die Auswertungsmöglichkeiten des Simulationsmodells.- 9.2.1 Klassifikation der Parameter des Simulationsmodells.- 9.2.2 Systematik und Parametrisierung der durchgeführten Leistungsanalyse von Synchronisationsverfahren.- 9.2.3 Parametrisierung des Scheduling-Modells.- 9.2.4 Überblick über die Auswertungsmöglichkeiten des Simulationsmodells.- 9.3 Grundsätzliches zur Leistungsuntersuchung der Synchronisationsverfahren.- 9.3.1 Die implementierten Verfahrensvarianten der simulierten Synchronisationsverfahren.- 9.3.2 Der Speicherbedarf der Synchronisationsverfahren.- 9.3.3 Grundsätzliche Probleme bei der Interpretation der quantitativen Resultate der empirischen Leistungsanalyse.- 9.4 Zentrale Maße zur Charakterisierung des Leistungsverhaltens der simulierten Synchronisationsverfahren.- 9.4.1 Durchschnittliche Parallelität und der Einfluß der Lastbalancierung auf das Leistungsverhalten von Datenbanksystemen.- 9.4.2 Der Wiederholungsfaktor.- 9.4.3 Die effektive Parallelität.- 9.5 Die Durchlaufzeit als das zentrale Maß des Simulationsmodells.- 9.5.1 Grundsätzliche Bedeutung und Bestimmungsfaktoren der Durchlaufzeit.- 9.5.2 Die Durchlaufzeit bei Lastprofilen mit sehr langen Transaktionen und hohem Änderungsanteil am Beispiel des logischen Seitenreferenz-Strings MIX40.- 9.5.3 Die Durchlaufzeit bei ausgeglichenen Lastprofilen am Beispiel der logischen Seitenreferenz-Strings DOD, KD, WSOD und TER.- 9.6 Die Bedeutung von Rücksetzungen und ihr Einfluß auf die Leistungsfähigkeit von Datenbanksystemen.- 9.6.1 Der Einfluß von Puffergröße, Sollparallelität und Synchronisationsverfahren auf die Häufigkeit von Rücksetzungen.- 9.6.2 Ursachen und Häufigkeiten von Rücksetzungen bei Sperrverfahren.- 9.6.3 Die Bedeutung von Lese-Schreib-Konversionen und Ansätze zur Reduktion der Rücksetzungshäufigkeit.- 9.7 Die Lokalität des Zugriflsverhaltens auf der physischen Datenbank.- VI. Resümee.- 10. Resümee.