李 浩，祁明龍

（武漢理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢430070）

CORBA對象事務(wù)服務(wù)及其并發(fā)控制研究

李 浩，祁明龍

（武漢理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢430070）

為有效地保證分布式事務(wù)的ACID性質(zhì)以及解決多個客戶程序并發(fā)訪問某一事務(wù)所造成的訪問沖突，根據(jù)CORBA對象事務(wù)服務(wù) OTS（Object Transaction Service）、并發(fā)控制服務(wù) CCS（Concurrency Control Service）及其提供的相關(guān)接口，采用兩步提交協(xié)議和并發(fā)控制鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)。并將兩者相結(jié)合實(shí)現(xiàn)一個賬戶之間的轉(zhuǎn)賬操作，證明其可行性。

CORBA對象事務(wù)服務(wù)；ACID；兩步提交協(xié)議；并發(fā)控制服務(wù)

早期的事務(wù)處理多是基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS（Database Management System），比較簡單。隨著應(yīng)用程序的日趨復(fù)雜和龐大,一個應(yīng)用往往要跨越網(wǎng)絡(luò)中的多個平臺，甚至是不同廠商提供的不同產(chǎn)品，即使是一種分布式DBMS，也未必總能滿足各種分布式應(yīng)用需求，因此保證事務(wù)在分布的、異構(gòu)的環(huán)境下工作成為迫切問題 。這就要求制定用于規(guī)范應(yīng)用程序與不同資源之間相互協(xié)調(diào)進(jìn)行事務(wù)處理的標(biāo)準(zhǔn)，以維持事務(wù)的ACID性質(zhì)，即原子性（Aomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability）。X/Open 提出的分布式事務(wù)處理DTP模型就滿足這種需求[1]。

由OMG發(fā)布的CORBA對象事務(wù)服務(wù)就是基于DTP而制定的，它支持多個分布式對象通過兩步提交2PC（Two-Phase Commit）協(xié)議參與1個分布式事務(wù)[2]。然而，當(dāng)有多個并發(fā)客戶程序訪問某一共享資源時，就有可能造成客戶程序之間的沖突。為此，CORBA發(fā)布并發(fā)控制服務(wù)CCS（Concurrency Control Serivce）來協(xié)調(diào)并發(fā)事務(wù)的活動。本文通過研究事務(wù)服務(wù)及其并發(fā)控制，利用CORBA對象事務(wù)服務(wù)保證一個分布式事務(wù)的ACID性質(zhì)，利用CORBA并發(fā)控制服務(wù)為1個事務(wù)申請或釋放鎖，以此協(xié)調(diào)多個并發(fā)事務(wù)訪問共享資源，最后實(shí)現(xiàn)CORBA對象事務(wù)服務(wù)及其并發(fā)控制。

1 CORBA對象事務(wù)服務(wù)

1.1 對象事務(wù)服務(wù)模型

所謂事務(wù)是指一組操作的集合，該集合能將系統(tǒng)的共享狀態(tài)從一個一致狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個一致狀態(tài)。其主要特征可概括為ACID，分別表示原子性、一致性、隔離性和持久性。一個事務(wù)的結(jié)束方式只有2種情況：一是事務(wù)提交，相關(guān)請求所作的修改具有永久效果；二是事務(wù)已回滾，相關(guān)請求所作的修改被取消[3]。早期基于DBMS的事務(wù)模型由服務(wù)程序管理事務(wù)，客戶程序不參與事務(wù)的控制，但在許多分布式應(yīng)用中，服務(wù)程序通常無法全部預(yù)知客戶程序想做的事情，適用性不夠好。為此，引入事務(wù)管理器以供客戶程序靈活地定義事務(wù)的邊界,圖1是分布式事務(wù)處理的抽象模型。

圖1 分布式事務(wù)處理模型

該模型包括應(yīng)用程序（AP）、資源管理器（RM）和事務(wù)管理器（TM）[4]。其中，應(yīng)用程序負(fù)責(zé)定義事務(wù)的邊界，指定組成事務(wù)的操作；資源管理器提供對共享數(shù)據(jù)的訪問；事務(wù)管理器用于控制事務(wù)的執(zhí)行過程,協(xié)調(diào)共享資源之間的關(guān)系，并負(fù)責(zé)處理失敗后的恢復(fù)工作。資源管理器和事務(wù)管理器之間雙向通信，實(shí)現(xiàn)兩者之間的兩步提交協(xié)議。兩步提交協(xié)議是指在TM向所有的RM發(fā)出正式提交請求前,先詢問所有的RM是否已準(zhǔn)備好提交，僅當(dāng)所有RM都給出肯定回答時，TM才發(fā)出提交請求；如果有一個RM給出否定的回答，TM就指示所有RM回滾。OMG發(fā)布的對象事務(wù)服務(wù)OTS（Object Transaction Service）基于分布式事務(wù)處理模型的，它支持分布式對象通過兩步提交協(xié)議參與一個分布式事務(wù)。該服務(wù)提供的接口允許對象不是一起提交所有修改，而是一起回滾所有修改，從而保證分布式事務(wù)的ACID性質(zhì)。

1.2 OTS提供的IDL接口

為了使事務(wù)服務(wù)更好地融入CORBA框架中，OTS將傳統(tǒng)的事務(wù)處理接口從基于C語言的過程式風(fēng)格改進(jìn)為基于IDL的面向?qū)ο箫L(fēng)格，提出以下接口[5]：1）Current接口。支持客戶程序顯示地管理線程與事務(wù)的關(guān)聯(lián)，可為大多數(shù)應(yīng)用提供簡化的操作，含有 begin（）、commit（）和 rollback（）等方法，開始、提交和回滾一個事務(wù)。2）TransactionFactory接口。供發(fā)起事務(wù)的客戶程序創(chuàng)建一個新事務(wù)。3）Control接口?？刂茖ο笾С謶?yīng)用程序顯示地管理或傳播事務(wù)上下文，其定義的get_terminator（）用于返回當(dāng)前事務(wù)的終結(jié)對象，get_coordinator（）用于返回當(dāng)前事務(wù)的協(xié)調(diào)對象。4）Terminator接口。定義commit（）和 rollback（）方法，提供提交或回滾操作，通常由事務(wù)發(fā)起者調(diào)用。5）Coordiantor接口。提供事務(wù)參與者調(diào)用的操作。6）RecoveryCoordiantor接口。恢復(fù)對象在失敗時將使用恢復(fù)協(xié)調(diào)對象完成恢復(fù)，恢復(fù)協(xié)調(diào)對象通常在注冊資源時獲取。7）Resource接口。資源對象為完成2PC提供與已注冊資源所需的操作。當(dāng)資源上的2PC開始時，prepare（）操作被調(diào)用并返回投票結(jié)果，即2PC的第1步。commit（）和rollback（）操作用于提交、回滾，是2PC的第2步。8）Synchronization接口。同步對象是在兩步提交協(xié)議的前后會收到通知的一種事務(wù)型對象。

從OTS1.2版開始不再使用TransactionalObject接口，取代它的是新增的POA策略O(shè)TSPolicy（取值為REQUIRES，F(xiàn)ORBIDS或ADAPTS）和以該P(yáng)OA策略創(chuàng)建的事務(wù)型對象引用，從而應(yīng)用程序無需為增加事務(wù)處理能力而修改原有的IDL接口定義，可更好集中處理業(yè)務(wù)邏輯。

2 CORBA并發(fā)控制服務(wù)

并發(fā)控制服務(wù) CCS（Concurrency Control Service）支持多個客戶程序并發(fā)訪問共享資源。當(dāng)多個并發(fā)客戶訪問某一共享資源時，該服務(wù)可協(xié)調(diào)客戶程序之間有沖突的活動，從而維持共享資源狀態(tài)的一致性。

并發(fā)控制服務(wù)提供事務(wù)和非事務(wù)2種模式。在事務(wù)模式中，由OTS在事務(wù)提交或回滾時負(fù)責(zé)解鎖；在非事務(wù)模式中，由使用并發(fā)控制服務(wù)的客戶程序決定何時解鎖。引入事務(wù)模式是為了使OTS能利用并發(fā)控制服務(wù)提供的接口協(xié)調(diào)并發(fā)事務(wù)的活動。并發(fā)控制服務(wù)保證采用2種不同操作模式的客戶程序的串行執(zhí)行。

并發(fā)控制服務(wù)利用鎖（lock）管理控制共享資源的并發(fā)使用。鎖代表某一客戶程序以特定方式訪問某一共享資源的能力，每一個鎖都與一個資源和一個客戶程序相關(guān)聯(lián)?？蛻舫绦虮仨氃谠L問共享資源之前獲取合適的鎖，如果多個客戶程序訪問共享資源的并發(fā)行為有可能產(chǎn)生沖突，則由并發(fā)控制服務(wù)負(fù)責(zé)避免這些客戶程序同時擁有該共享資源的鎖。

并發(fā)控制服務(wù)定義5種適用于不同資源訪問類型的鎖模式：1）讀鎖（read）與寫鎖（write）。 這 2 種最常見的鎖模式支持經(jīng)典的多讀出器/單寫入器策略。讀鎖是共享鎖，其間無沖突；寫鎖是獨(dú)占鎖，讀鎖與寫鎖之間有沖突，寫鎖與寫鎖之間也有沖突。2）升級鎖（update）。類似于讀鎖，但升級鎖與升級鎖之間有沖突，可看作是一種獨(dú)占的讀鎖。3）意圖讀鎖（intention_read）與意圖寫鎖（intention_write），這兩種意圖鎖支持在不同力度加鎖。意圖讀鎖與寫鎖之間有沖突，意圖寫鎖與讀鎖、寫鎖、升級鎖之間均有沖突。

并發(fā)控制服務(wù)為應(yīng)用程序和對象事務(wù)實(shí)現(xiàn)鎖的管理提供一套標(biāo)準(zhǔn)的接口，這些IDL接口定義在模塊CosConcurrencyControl中。其定義如下：

在上述定義中,接口LockSetFactory提供的create（）和create_transactional（）分別用于創(chuàng)建一個普通鎖集合與一個事務(wù)鎖型集合；事務(wù)型鎖集合的接口為TransactionalLockSet，該接口為一個事務(wù)提供申請與釋放鎖的操作，這些操作需要增加參數(shù)current以標(biāo)識事務(wù)。接口LockCoordinator支持CORBA對象事務(wù)（OTS）釋放一個事務(wù)持有的所有鎖，當(dāng)事務(wù)提交或回滾時調(diào)用該接口提供的操作。

3 ORBA事務(wù)服務(wù)及其并發(fā)控制的實(shí)現(xiàn)

CORBA事務(wù)服務(wù)定義的組件包括事務(wù)發(fā)起者（transaction originator）、可恢復(fù)服務(wù)器和事務(wù)服務(wù)本身。與事務(wù)發(fā)起者相關(guān) 的接口有 TransactionFactory，Control，Terminator 以 及Current。這些接口的使用者都是事務(wù)發(fā)起者，由其啟動一個事務(wù)，事務(wù)環(huán)境將與隨后的請求一起傳遞。在一個事務(wù)范圍內(nèi)所調(diào)用的對象是可恢復(fù)狀態(tài)的對象，它們由事務(wù)發(fā)起者直接調(diào)用，或被一個或若干個事務(wù)對象間接調(diào)用。事務(wù)發(fā)起者利用TransactionFactory對象開始新的頂層事務(wù)，此時所創(chuàng)建的Control對象將返回給調(diào)用者。通過Control對象訪問Terminator對象和Coordinator對象。Terminator對象用確認(rèn)或回滾操作結(jié)束一個事務(wù)，而Coordinator對象則顯示或隱式地為可恢復(fù)服務(wù)器所使用?？苫謴?fù)服務(wù)器將資源對象注冊到Coordinator對象中，實(shí)現(xiàn)由事務(wù)服務(wù)驅(qū)動的兩階段提交協(xié)議。

OTS為客戶程序提供直接和間接方式管理事務(wù)上下文，有顯式和隱式2種傳播事務(wù)方式。間接管理是指客戶程序利用Current對象綁定事務(wù)上下文與客戶程序線程。而直接管理是指客戶程序直接操縱事務(wù)的控制對象（Control接口）、終結(jié)對象（Terminator接口）或協(xié)調(diào)對象（Coordinator接口）。顯式傳播是指由客戶程序負(fù)責(zé)管理事務(wù)，客戶程序?qū)⑹聞?wù)上下文作為調(diào)用請求的一個參數(shù)傳播給對象。隱式傳播是指由系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理事務(wù)傳播，調(diào)用請求隱式地與客戶程序的事務(wù)相關(guān)聯(lián)，所有調(diào)用請求共享事務(wù)上下文。事務(wù)的不同上下文管理方式與不同傳播方式相結(jié)合，可形成客戶程序與事務(wù)型對象的4種交互方式：1）間接管理/隱式傳播；2）直接管理/顯式傳播；3）直接管理/隱式傳播；4）間接管理/顯式傳播。其中，間接管理/隱式傳播是最常見、最簡單的方式。這種方式中，客戶程序調(diào)用Current接口提供的操作創(chuàng)建并控制一個事務(wù)，當(dāng)客戶程序發(fā)送事務(wù)型對象上的調(diào)用請求時，與該客戶程序線程相關(guān)聯(lián)的事務(wù)上下文被隱式的傳播給目標(biāo)對象。

通過上述分析,可利用CORBA對象事務(wù)服務(wù)來保證一個分布式事務(wù)的ACID性質(zhì)，用CORBA并發(fā)事務(wù)服務(wù)提供的接口及鎖模式協(xié)調(diào)并發(fā)事務(wù)活動，解決多個客戶程序并發(fā)訪問某一共享資源造成的沖突[6]。以下采用間接管理/隱式傳播方式對賬戶之間的轉(zhuǎn)賬操作進(jìn)行簡要說明。主要IDL接口定義：

客戶程序的主要操作部分關(guān)鍵代碼如下：

在正常提交的情況下，客戶程序首先創(chuàng)建并開始一個事務(wù)，為了保證事務(wù)的并發(fā)性，利用CORBA并發(fā)控制服務(wù)對其進(jìn)行申請鎖的操作，接著資源對象source、target分別向OTS注冊資源，當(dāng)向OTS提交該事務(wù)時，OTS會分別向source、target資源對象返回投票結(jié)果，如果所有的投票結(jié)果均已就緒，則可以進(jìn)行提交事務(wù)，即通過兩步提交協(xié)議保證該事務(wù)的ACID性質(zhì)，提交事務(wù)后執(zhí)行釋放鎖的操作，通過申請釋放鎖的操作避免多個客戶程序因訪問共享資源引起沖突。

4 結(jié)論

CORBA對象事務(wù)服務(wù)通過兩步提交協(xié)議很好地解決分布式事務(wù)處理，保證一個事務(wù)的ACID性質(zhì)，而CORBA并發(fā)控制服務(wù)則解決了事務(wù)的并發(fā)性。另外，還可以進(jìn)一步對資源的加鎖粒度進(jìn)行研究和細(xì)化,以提高程序內(nèi)在的并發(fā)程度，具有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。

[1]朱其亮，鄭 斌.CORBA原理及應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.

[2]Jason Pritchard.COM與CORBA本質(zhì)與互用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[3]OMG.CORBA服務(wù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[4]尹 皓.基于CORBA的分布式對象技術(shù)研究[D].成都:四川大學(xué)，2000.

[5]OMG.CORBA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與規(guī)范[M].韋樂平，薜居敖，孟洛明，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2000.

[6]Orfali Robert，Harkey Dan.Java 與 CORBA 客戶/服務(wù)器編程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

Research of CORBA object transaction service and concurrency control

LI Hao，QI Ming-long
（College of Computer Science，Wuhan University of Technology，Wuhan430070，China）

In order to effectively guarantee the ACID properties of distributed transactions and to solve the conflict caused by a number of clients access to a transaction，according to the CORBA object transaction service,concurrency control and their related interfaces，using respectively two-phase commit protocol and lock mechanism to accomplish them.At last， this paper combining the two to implement the operations of a account，and proves their feasibility.

CORBA object transaction service； ACID； two-phase commit protocol； concurrency control service

TP311

A

1674－6236（2010）01-0014-03

2009-08-17 稿件編號：200908034

李 浩（1984—），男，安徽淮北人，碩士。研究方向：分布式計(jì)算。