os之分布式系統(tǒng)中的同步問題(編輯修改稿)
2025-08-31 09:52 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 對主控磁帶修改的可容錯系統(tǒng) 早期計算機(jī)事務(wù)處理 修改在線數(shù)據(jù)庫的銀行應(yīng)用程序 (1) ? 客戶利用一臺帶有調(diào)制解調(diào)器的 PC機(jī)呼叫銀行服務(wù) ? 打算從一個帳戶中提取錢存入另一個帳戶中 ? 操作分兩步完成： ? 提款 （ 數(shù)量 ， 帳戶 1） ? 存款 （ 數(shù)量 ， 帳戶 2） 修改在線數(shù)據(jù)庫的銀行應(yīng)用程序 (2) ? 如果在第一個操作完成后 ? 第二個操作開始前電話連接被中斷 ? 這筆錢已被記入第一個帳戶的借方 ? 但是還沒有記入第二個帳戶貸方中 ? 這筆錢就消失了 修改在線數(shù)據(jù)庫的銀行應(yīng)用程序 (3) 兩個操作組合在一個原子事務(wù)中就可以解決這個問題 ? 兩個操作要么全部完成 ， 要么一個也不執(zhí)行 ? 關(guān)鍵是在事務(wù)失敗時 ， 能回復(fù)到事務(wù)執(zhí)行前的初始狀態(tài) ? 這是原子事務(wù)必須提供的功能 1. 事務(wù)模型 三類存儲器 ? 第一類 RAM內(nèi)存 在關(guān)機(jī)或機(jī)器崩潰時都要清除 RAM內(nèi)存的內(nèi)容 ? 第二類磁盤存儲器 不受 CPU執(zhí)行失敗的影響 ， 但是磁頭破壞后也會丟失數(shù)據(jù) ? 最后一類穩(wěn)定存儲器 ? 除了重大事故如自然界中的洪水和地震外 ,其它原因都無法破壞穩(wěn)定器中的內(nèi)容 a’ a s t o f h w a a s t o f h w 1 2 a’ a s t o f h w a a s t o f h w 1 2 a a s t o f h w a a s t o f h w 驅(qū)動器 1 驅(qū)動器 2 不良校驗和 穩(wěn)定存儲器 (a) (b) (c) 穩(wěn)定存儲器的實現(xiàn) (1) ? 可以用一對普通的磁盤實現(xiàn) ? 驅(qū)動器 2每個扇區(qū)是驅(qū)動器 1相應(yīng)扇區(qū)的完全備份 ? 修改某個扇區(qū)時 ， 首先更新 1中的相應(yīng)扇區(qū)并加以驗證 ? 其次再更新驗證 2中的相應(yīng)扇區(qū) 穩(wěn)定存儲器的實現(xiàn) (2) ? 假定在修改 1之后 ， 修改 2之前系統(tǒng)崩潰 ? 系統(tǒng)恢復(fù)時 ， 可以逐個比較兩個驅(qū)動器中的扇區(qū) ? 對應(yīng)的兩個扇區(qū)內(nèi)容不同時 可以假定驅(qū)動器 1的內(nèi)容是正確的 ? 將正確內(nèi)容從驅(qū)動器 1復(fù)制到驅(qū)動器 2 ? 恢復(fù)過程結(jié)束之后 ， 兩個驅(qū)動器的內(nèi)容再次保持一致 穩(wěn)定存儲器的實現(xiàn) (3) 潛在的問題 ? 扇區(qū)損壞 ,灰塵或通常的磨損 ， 劃痕 ? 出現(xiàn)錯誤時 ， 從另一個驅(qū)動器中扇區(qū)重新生成內(nèi)容 ? 穩(wěn)定存儲器用于高度容錯性的應(yīng)用 ? 將數(shù)據(jù)寫入穩(wěn)定存儲器 ? 并讀出檢查其書寫正確后 ? 數(shù)據(jù)被丟失的可能性就很小 事務(wù)原語 (1) ? 原語由操作系統(tǒng)或語言的運行系統(tǒng)提供 ? 原語的例子： BEGINTRANSACTION 開始一個事務(wù)命令 ENDTEANSACTION 結(jié)束并提供事務(wù)的命令 ABORTTRANSACTION 中斷事務(wù)；恢復(fù)原先數(shù)據(jù) READ 從文件 (或其它對象中 ) 讀取數(shù)據(jù) WEITE 向文件 (或其它對象 ) 寫入數(shù)據(jù) 事務(wù)原語 (2) ? 原語集合由對象類型決定 ? 在郵件系統(tǒng)中 應(yīng)該有發(fā)送 ， 接收和轉(zhuǎn)交郵件的原語 ? 帳務(wù)系統(tǒng)中 READ和 WRITE是很典型的例子 事務(wù)原語 (3)航班訂票系統(tǒng) BEGINTRANSACTION BEGINTRANSACTION 保留 WPJFK。 保留 WPJFK。 保留 JFKNairobi。 保留 JFKNairobi。 保留 NairobiMalindi。 NairobiMalindi = ABORT TRANSACTION。 ENDTRANSACTION ENDTRANSACTION 事務(wù)原語屬性 (1) ? 三個必要屬性： ? 序列化 并發(fā)的事務(wù)互不干擾 ? 原子性 對外界來說 ， 事務(wù)的執(zhí)行是不可分割 ? 永久性 一旦事務(wù)被執(zhí)行 ， 它所做的修改就永久生效 事務(wù)原語屬性 (2) ? 事務(wù)第一個屬性 ， 序列化 ? 保證兩個或多個事務(wù)同時運行時 ? 對它們自己及其它進(jìn)程而言 ? 最后的結(jié)果與這些事務(wù)按照某種次序次序 ? 與系統(tǒng)有關(guān)順序運行時的結(jié)果一致 事務(wù)原語屬性 (3) ? 第二個關(guān)鍵屬性 ， 原子性 ? 每個事務(wù)要么全部發(fā)生 ， 要么都不發(fā)生 ? 如果事務(wù)發(fā)生 ， 它的發(fā)生就是一個不可分割的瞬時動作 ? 事務(wù)進(jìn)展過程中 ， 其它進(jìn)程都看不到事務(wù)發(fā)生的中間狀態(tài) 事務(wù)原語屬性 (3) ? 第三個屬性 ， 永久性 ? 一旦事務(wù)被提交 , 無論這時發(fā)生什么 ? 事務(wù)都會進(jìn)行下去 , 其結(jié)果永久生效 嵌套事務(wù) 事務(wù)可以包含子事務(wù) , 子事務(wù)稱為嵌套事務(wù) 假定一個事務(wù)并行啟動多個子事務(wù) 其中一個子事務(wù)已經(jīng)提支 其操作結(jié)果在父事務(wù)中已經(jīng)生效 在繼續(xù)時 ， 父事務(wù)被終止 要將整個系統(tǒng)恢復(fù)到頂層事務(wù)啟動前的狀態(tài) 結(jié)果 : 已經(jīng)提交的子事務(wù)的結(jié)果也必須被恢復(fù) 事務(wù)永久性就只適用于頂層事務(wù)了 事務(wù)管理措施 任何事務(wù)或子事務(wù)啟動時 提供系統(tǒng)中所有對象私存拷貝 ， 供其操作 如果事務(wù)被終止 ， 私有空間消失 ， 好象從沒存在過 如果提交事務(wù) ， 該事務(wù)私有空間代替父事務(wù)私有空間 在提交一子事務(wù)后啟動一新的子事務(wù) 第二個子事務(wù)能看到第一個子事務(wù)執(zhí)行結(jié)果 2. 原子事務(wù)實現(xiàn) 私有工作空間 (1) ? 第一種方法：在實例啟動事務(wù)時 ? 為該進(jìn)程提供一個實際的私有工作空間 1 2 0 0 1 2 索引 自由塊 1 2 0 0‘ 3‘ 0 1 2 原始索引 0 1 2 3 1 2 0 0 1 2 3 3 私有 工作空間 磁盤 (a) (b) (c) 私有工作空間 (2) ? 優(yōu)化基礎(chǔ)：讀文件 ? 進(jìn)程讀文件 ， 不修改該文件 不需要這個文件的私有拷貝 只要使用實際的文件即可 （ 除非修改該文件 ） ? 進(jìn)程啟動事務(wù)時 ， 建立包含指向父進(jìn)程工作空間的反向指針 ，空的私有工作空間 私有工作空間 (2) ? 優(yōu)化基礎(chǔ)：寫操作 ? 不將整個文件復(fù)制到私有工作空間 ， 只復(fù)制文件的索引 ? 首次修改一個文件塊時 ， 先要復(fù)制該文件塊 ， 然后將復(fù)制塊的地址插入文件索引 ? 復(fù)制后的新塊有時稱為影像塊 原子事務(wù)實現(xiàn) 寫前日志 (1) ? 修改文件前 ， 先在穩(wěn)定存儲器日志上寫入一個記錄 說
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