航天測控數(shù)據(jù)庫的實時事務優(yōu)先級確定及并發(fā)控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及實時數(shù)據(jù)庫（RealTimeDatabaseSystem，RTDBS)的并發(fā)控制技術， 特別是在航天測控中實時事務的調(diào)度與并發(fā)控制方法。
【背景技術】
[0002] 在航天測量與控制系統(tǒng)中，從數(shù)據(jù)的采集、處理、記錄、顯示、反饋都有嚴格的時間 限制，為了有效地實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的管理和利用，確保數(shù)據(jù)的實時性和一致性，實時數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)是最好的選擇。
[0003] 根據(jù)實時事務對于時間限制的要求，此類應用中的RTDBS的事務可以分為兩類：
[0004] (1)安全控制、彈道計算、數(shù)據(jù)接收等事務，時間限制極為嚴格，超出截止時間可能 導致惡果的事務。這一類事務稱為硬實時事務。
[0005] (2)信息顯示、數(shù)據(jù)打印、數(shù)據(jù)記錄等事務，對時間限制不是非常嚴格，超出截止期 也不會給系統(tǒng)帶來惡果。這一類超過其截止期仍有一定價值的事務稱為軟實時事務。
[0006] 對于這種既包含硬實時事務又包含軟實時事務的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，稱之為混合實 時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
[0007] 傳統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫優(yōu)先級調(diào)度和并發(fā)控制算法主要是依據(jù)事務的截止時間、是否 接近完成等因素來決定事務的執(zhí)行序列，不能保證可能造成危害的實時任務優(yōu)先執(zhí)行。而 在航天測控數(shù)據(jù)庫中，首先應考慮事務是硬實時事務還是軟實時事務，其次才考慮事務的 截止時間、是否接近完成等因素，有必要設計一種新的事務優(yōu)先級調(diào)度和并發(fā)控制算法，使 得系統(tǒng)在確保硬實時事務按時完成的同時還要盡可能地使軟實時事務也能按時完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于傳統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫的缺陷，本發(fā)明提供一種航天測控數(shù)據(jù)庫的實時事務優(yōu)先級 確定及并發(fā)控制方法。
[0009] 該方法包括以下步驟：
[0010] 航天測控數(shù)據(jù)庫中包括硬實時事務和軟實時事務，根據(jù)航天測控數(shù)據(jù)庫中事務的 特性構建價值函數(shù)。價值函數(shù)如下：
[0012] 式中，t為當前時間，sT為事務T的開始時間，dτ為事務T的終止時間，cτ為事務T 的緊迫度，ZT為延遲比率，c為一個中介值，當cc^，時，事務T為硬實時事務。延遲 比率ζτ表示事務價值在終止時間之后下降的比率，表示為：
[0014] 確定實時事務的優(yōu)先級，價值函數(shù)的值越大表明事務的緊迫度越高、終止時間越 短，其優(yōu)先級也越高。
[0015] 根據(jù)實時事務的優(yōu)先級，采用鎖協(xié)議的方式制定并發(fā)控制，以滿足航天測控數(shù)據(jù) 庫中硬實時事務和軟實時事務的處理需求。
[0016] 具體地，在所述并發(fā)控制過程中發(fā)生優(yōu)先級例置時，首先看請求鎖的事務!；和持 有鎖的事務ΤΗ是否是硬實時事務，可能有4種情況：
[0017] (1)TR是硬實時事務，ΤΗ是軟實時事務，此時無條件夭折事務ΤΗ;
[0018] (2) 1；和ΤΗ都是硬實時事務，若ΤΗ即將完成則繼承TR的優(yōu)先級繼續(xù)運行，TR等待； 否則夭折TH;
[0019] (3) 1；是軟實時事務，ΤH是硬實時事務，則TR無條件等待；
[0020] (4) 1；和ΤH都是軟實時事務，若ΤH即將完成則繼承TR的優(yōu)先級繼續(xù)運行，TR等待； 否則夭折TH。
[0021] 在所述并發(fā)控制過程中還包括死鎖檢測過程：當一個實時事務申請一個鎖時，啟 動死鎖檢測，如果檢測到一個死鎖，跟蹤死鎖循環(huán)，夭折超過零點的實時事務和遲到的緊迫 度最小的事務，若都不滿足則夭折可執(zhí)行的緊迫度最小的事務。
[0022] 通過在航天發(fā)射試驗中的應用表明，該方法能夠合理確定實時事務的優(yōu)先級，通 過優(yōu)化的并行控制方法既可以保證硬實時事務優(yōu)先運行，同時又能盡可能地保證軟實時事 務的按時完成，說明了發(fā)明的方法大大改進了實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在實時事務調(diào)度與并發(fā)控制 的方法，保證在實時事務大量并發(fā)的情況下系統(tǒng)擁有較低的事務夭折率。
【附圖說明】
[0023] 圖1為實時事務價值示意圖；
[0024]圖2為擴展的優(yōu)條件優(yōu)先級繼承算法效果圖；
[0025] 圖3為航天測控數(shù)據(jù)庫實時事務處理模型。
【具體實施方式】
[0026] 通過以下實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細描述。
[0027]1、基于實時事務價值函數(shù)的優(yōu)先級分配策略
[0028](1)緊迫度和終止時間優(yōu)先算法
[0029] 在實時數(shù)據(jù)庫中一般使用優(yōu)先級驅動的可搶占調(diào)度，其關鍵就在于優(yōu)先級的分 配。
[0030] 傳統(tǒng)的優(yōu)先級分配算法有一個共同的缺陷，那就是沒有考慮事務的緊迫度 (Criticalness)，而都是從終止時間上考慮。緊迫度代表實時事務的重要性，終止時間表明 實時事務的時間限制性，它們是實時事務最重要的兩個特性，但二者間不存在必然聯(lián)系。一 個事務被限制在一個短的終止時間內(nèi)并不一定就代表該事務具有高的緊迫度，具有相同緊 迫度的事務可以有不同的終止時間，終止時間一樣的事務可以有不同的緊迫度。從本質(zhì)上 來講，具有高緊迫度的事務應該具有更大的價值。因此有必要設計一種在緊迫度和終止時 間上能夠綜合考慮，二者兼顧的策略。這就是緊迫度和終止時間優(yōu)先算法。
[0031] 根據(jù)航天測控數(shù)據(jù)庫中硬實時事務、軟實時事務混雜的特點，可以這樣加以分析： 通常硬實時事務因其不能按時完成可能帶來危害性，往往具有更高的緊迫度。若設值Ch"d 為一個中介值，可有下式：
[0032]
[0033] 采用事務價值函數(shù)VT(t)來表明事務的緊迫度和事務的終止時間。根據(jù)航天測控 中的需要，設該價值是事務的緊迫度、開始時間、終止時間和系統(tǒng)當前時間的函數(shù)。
[0035] 其中，t為當前時間，sT為事務T的開始時間，dτ為事務T的終止時間，cτ為事務T 的緊迫度（滿足1<cT<cT_，cT_為系統(tǒng)中事務所能擁有的最大值）。
[0036] 由圖1可看出：事務T2是硬實時事務，其事務價值在開始至終止時間前保持一樣， 過了終止時間后立即變?yōu)樨摂?shù)，表示給系統(tǒng)帶來的危害。事務T1是軟實時事務，其事務價 值在開始至終止時間前保持一樣，過了終止時間后逐漸下降，在ZT1點下降為零。稱ZT1為零 值點，它表明事務T1在過了終止時間dT1后并不馬上終止，因為這可能給正在執(zhí)行的事務帶 來負面影響，而是在CPU調(diào)度下次試圖執(zhí)行它時才被放棄。
[0037] ^延遲比率，即事務價值在終止時間之后下降的比率，可以設計這個比率是事務 終止時間和緊迫度的線形函數(shù)，即&是dcτ的線性函數(shù)，如下表示：
[0039] 式中cT增加則ζτ減小，也就是說，cτ值越大則事務值在終止時間后越快地降到零， 顯然是適合于航天測控這種對時間要求更為嚴格的實時系統(tǒng)。
[0040] (2)實時事務的優(yōu)先級分配算法
[0041] 價值函數(shù)^表明了一個事務是否應立即執(zhí)行的度，其值越大表明事務具有越高的 緊迫度和越短的終止時間，其優(yōu)先級也應該越高。因此只須取實時事務的優(yōu)先級ρτ為其價 值函數(shù)ντ的線性函數(shù)即可，
[0042] pT=kvτ (4)
[0043] k為常系數(shù)，可根據(jù)系統(tǒng)的實際需要選取。在航天測控數(shù)據(jù)庫中，通過分析和實驗， k取值2時實時事務優(yōu)先級^效果較為理想。
[0044] 已知一個事務的緊迫度、開始時間、終止時間等參數(shù)，通過式（1)、（2)、（3)就可以 確定該事務的優(yōu)先級。就一般而言，硬實時事務因其緊迫度較高從而優(yōu)先級也高于軟實時 事務，但也存在特例，比如一個軟實時事務具有較高的緊迫度和極短的終止時間，那么它的 優(yōu)先級就可能高于一個具有較長終止時間的硬實時事務。這樣設計是為了降低軟實時事務 的夭折率，在硬實時事務時限寬裕的情況下，允許軟實時事務盡快運行。
[0045] 2、實時事務的并發(fā)控制
[0046] 優(yōu)先級驅動可搶占調(diào)度有利于新到達的高優(yōu)先級事務，但有一個重要問題是其他 共享資源也都是可搶占的，否則高優(yōu)先級的事務必須等待被低優(yōu)先級事務所占有而當前還 需要的共享資源。這就是所謂的"優(yōu)先級倒置"情形，這可能引起"串聯(lián)封鎖"等其他問題， 最壞情況是死鎖。在實際使用中，由于二階段鎖協(xié)議（TwoPhaseLock，2PL)易于使調(diào)度串 行化，保證共享時間的一致性，因而得到了廣泛的應用。本發(fā)明也基于2PL設計了擴展的有 條件優(yōu)先級繼承算法。
[0047] 傳統(tǒng)的有條件的優(yōu)先級繼承協(xié)議在發(fā)生優(yōu)先