基于时间戳的并发控制

(P67-71)数据库系统下-基于时间戳的并发控制 文章目录1.什么是时间戳?2.基于时间戳的并发控制 1.什么是时间戳? 不用锁,能否进行并发控制? 时间戳(TIMESTAMP) 一种基于时间的标志,将某一时刻转换成的一个数值。 时间戳具有唯一性和递增性。 事务的时间戳 事务T启动时,系统将该时刻赋予T,为T的时间戳 时间戳可以表征一系列事务执行的先后次序:时间戳小的事务先执行,时间戳大的事务后执行。 利用时间戳,可以不用锁,来进行并发控制 2.基于时间戳的并发控制 借助于时间戳,强制使一组并发事务的交叉执行,等价于一个特定顺序的串行执行。 特 阅读详情

实现基于时间戳的事务处理原型。

TO算法流程

  • 维护若干时间戳
    • 事务时间戳:以事务开始时间标识事务的先后顺序,表示为ts(T)
    • 数据项读写时间戳:记录读写该数据的最新事务的时间戳,表示为r_ts(X), w_ts(X)
  • 另每个数据项x有三个队列,分别为读队列dm_read(x),写队列dm_write(x),预写队列dm_pre(x)。min_R_ts(x),min_P_ts(x)分别为读队列最小时间戳和预写队列最小时间戳。
  • 同一事务后续的写失败导致之前的写撤销,引发一系列异常
    • 所有写均不能直写数据,需先预写成功,再进行数据的修改
  • 事务对某数据进行第一次读后,其他事务修改该数据,导致不可重复读
    • 读操作copy出一份数据,后续对该数据的读都在该副本上操作

读操作

  • 若读时间戳小于数据的写时间戳,ts®<w_ts(x),abort;
  • 若读时间戳大于预写队列的最小时间戳,ts®>min_P_ts(x),则暂时不能执行,先缓存到dm_read(x);
  • 否则,则可以直接执行读操作。

预写操作

  • 所有的写操作都先做预写,为了避免级联回滚,即pre_write
  • 若预写时间戳小于数据的读或写时间戳,ts§<R_ts(x)或W_ts(x),abort;
  • 否则,缓存到预写队列dm_pre(x)中;

写操作

  • 若写请求时间戳大于min_P_ts(x)或min_R_ts(x),缓存到写请求队列dm_write(x)中
  • 否则,直接执行
    • 每执行一个写操作,min_P_ts(x)增大,执行小于该时间戳的读操作;相应的,min_R_ts(x)增大,执行小于该时间戳的写操作
    • 其实相当于将读队列和预写队列的请求按时间戳从大到小依次执行

代码说明

本人完成的代码原型已经上传到GitHub。

代码结构

  • global.h:全局配置及变量
  • data_to.h/.cpp:基于时间戳的并发控制的算法
  • cc_to.h/.cpp:基于时间戳的读写操作实现
  • main.cpp:程序入口,测试程序的实现

算法实现

  • 读操作
    • 由cc_lock中get()实现,调用data_to中access(),请求类型为R_REQ
  • 写操作
    • 由cc_lock中update()实现,先调用access(),请求类型为P_REQ
    • 若P_REQ执行成功,再调用access(),请求类型为W_REQ
分布式系统中的高效并发控制基于Lamport时间戳的无锁化设计 本文系统阐述了Lamport时间戳在分布式系统中的无锁化设计方案。核心包括:1)Lamport时间戳的生成规则与全局排序机制,通过逻辑时钟递增和进程ID扩展实现事件排序;2)无锁数据结构设计,采用CAS操作实现原子更新的无锁队列;3)分布式优化策略,如分层时间戳管理和RDMA网络加速;4)具体实现方案,包括时间戳生成器、无锁队列和分布式锁的代码示例。该方案通过逻辑时钟与原子操作的结合,在保证强一致性的同时提升系统吞吐量3-5倍,适用于分布式数据库、微服务协调等场景,但需解决ABA问题、网络分区等挑战。 阅读详情

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