專(zhuān)利名稱：一種基于延時(shí)策略的軟件事務(wù)內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于多處理器系統(tǒng)軟件事物內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)技術(shù),特別是涉及一種基于延時(shí)策略 的軟件事務(wù)內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
在并行計(jì)算的多線程編程模型中，不可避免地會(huì)引入如何保證共享數(shù)據(jù)同步的問(wèn)題。當(dāng) 前，鎖機(jī)制是實(shí)現(xiàn)對(duì)共享數(shù)據(jù)互斥訪問(wèn)較常用的方法。使用鎖機(jī)制的過(guò)程一般是這樣的程 序員首先正確地識(shí)別出算法中的并行性，然后編寫(xiě)代碼將獨(dú)立的任務(wù)分配到并行機(jī)上，通常 是一個(gè)處理器上運(yùn)行一個(gè)線程。對(duì)于必須要順序執(zhí)行的任務(wù)，比如對(duì)共享資源的更新操作， 程序員必須使用同步機(jī)制來(lái)協(xié)調(diào)線程間的執(zhí)行順序。這時(shí)，程序員就使用互斥鎖來(lái)創(chuàng)建臨界 區(qū)，保證在某個(gè)時(shí)刻只允許一個(gè)線程進(jìn)入訪問(wèn)共享資源。為了保證始終能互斥訪問(wèn)共享數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)，程序員必須使用鎖來(lái)協(xié)調(diào)臨界區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。但是鎖會(huì)帶來(lái)很多額外的問(wèn)題，使程 序設(shè)計(jì)變得復(fù)雜而費(fèi)時(shí)。主要的問(wèn)題有死鎖、護(hù)航、優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。
由于這些問(wèn)題的存在，基于鎖的并行編程對(duì)于一般的程序員來(lái)說(shuō)并不是一個(gè)很好的選 擇，特別是隨著多核時(shí)代的到來(lái)。
同時(shí)，研究人員也在不斷尋找代替鎖策略的更先進(jìn)、更高效的方案。其中最有前途、最 熱門(mén)的當(dāng)屬事務(wù)內(nèi)存。在事務(wù)內(nèi)存模型中，程序員將多條訪問(wèn)共享內(nèi)存的語(yǔ)句組成一個(gè)事務(wù)， 同基于鎖的臨界區(qū)一樣，事務(wù)內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)的更新從其他事務(wù)看來(lái)是瞬間發(fā)生的。但是，跟基于 鎖的代碼不同的是，事務(wù)內(nèi)存的原子性不是通過(guò)互斥來(lái)保證的，而是通過(guò)樂(lè)觀的并行執(zhí)行并 在發(fā)生非線性操作時(shí)執(zhí)行回滾操作的方式來(lái)保證原子性。因此，事務(wù)內(nèi)存只在事務(wù)發(fā)生沖突 時(shí)使用相應(yīng)的沖突仲裁策略來(lái)同步并行操作。目前，事務(wù)內(nèi)存可以從硬件和軟件加以實(shí)現(xiàn)。
硬件事務(wù)內(nèi)存雖然提供了良好的性能，但是卻缺乏一般性。而軟件事務(wù)內(nèi)存通過(guò)軟件的 方式實(shí)現(xiàn)事務(wù)內(nèi)存機(jī)制，不需要額外的硬件支持，所有的機(jī)制全是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的。軟件事 務(wù)內(nèi)存提供了更好的適應(yīng)性和普遍性。軟件事務(wù)內(nèi)存可以很容易地適用于不同的任務(wù)量。同 時(shí)，軟件事務(wù)內(nèi)存能在增加復(fù)雜度的情況下提供對(duì)無(wú)界事務(wù)的支持，因?yàn)?，軟件不?huì)受到數(shù) 據(jù)cache大小和其他片上資源的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于延時(shí)策略的軟件事務(wù)內(nèi)存的 實(shí)現(xiàn)方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案如下-
1) 事務(wù)創(chuàng)建
軟件事務(wù)的執(zhí)行過(guò)程包括創(chuàng)建事務(wù)、進(jìn)行讀寫(xiě)操作、檢測(cè)沖突、等待提交和提交； 本方法為軟件事務(wù)提供了四個(gè)狀態(tài)Active, Aborted, Committing和Committed,分
別表示事務(wù)正在運(yùn)行，事務(wù)已經(jīng)終止，軟件事務(wù)已經(jīng)完成對(duì)對(duì)象的操作等待提交和事務(wù)己經(jīng)
提交成功；
在程序執(zhí)行過(guò)程中碰到需要對(duì)一個(gè)對(duì)象進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)事務(wù)被創(chuàng)建，事務(wù)是一串連續(xù)的 對(duì)同一個(gè)對(duì)象進(jìn)行操作的指令集合；在事務(wù)Si中，用Si表示創(chuàng)建事務(wù)i時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間，作 為事務(wù)i的開(kāi)始時(shí)間；用flag表示事務(wù)i是否有讀寫(xiě)操作，如果有，則flag為真，如果沒(méi) 有，則flag為假；
2) 事務(wù)沖突產(chǎn)生
在事務(wù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，有兩種情況會(huì)導(dǎo)致軟件事務(wù)間的沖突 a.—事務(wù)進(jìn)行讀操作，在獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有其他事務(wù)己經(jīng)在寫(xiě)該數(shù)據(jù)； b.—事務(wù)進(jìn)行寫(xiě)操作，在獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有其他事務(wù)已經(jīng)在讀或?qū)懺摂?shù)據(jù)；
3) 事務(wù)沖突延時(shí)仲裁
在事務(wù)i和j發(fā)生沖突時(shí)，采用延遲策略進(jìn)行仲裁，仲裁方式如下
a. 當(dāng)S"Sj或者Si :Sj時(shí)，延遲策略就將j事務(wù)終止；
b. 當(dāng)Si〉S」時(shí)，延遲策略就讓事務(wù)i等待一定的時(shí)間，在指定的時(shí)間T過(guò)后，去讀取 事務(wù)j的狀態(tài)，如果事務(wù)j的狀態(tài)是Committed,表明事務(wù)j已經(jīng)提交了，這時(shí)沖突在沒(méi)有 中止任何事務(wù)的情況下得到了解決；如果事務(wù)j的狀態(tài)是Active,則將事務(wù)j的標(biāo)記字段 flag設(shè)置為False,事務(wù)再等待相同的時(shí)間T，如果在這段時(shí)間內(nèi)，事務(wù)j進(jìn)行了讀寫(xiě)操作， 則將事務(wù)j的flag標(biāo)記字段設(shè)置為T(mén)rue,在T時(shí)間過(guò)后，如果事務(wù)j的狀態(tài)仍然為Active 而且flag仍然為False,說(shuō)明這段時(shí)間內(nèi)事務(wù)j沒(méi)有讀寫(xiě)操作，這樣的話，延遲策略將事 務(wù)j終止；否則，事務(wù)i自己終止；
4) 事務(wù)提交或者終止
事務(wù)i和j的沖突經(jīng)過(guò)延遲策略仲裁以后，事務(wù)i和j中將有一個(gè)事務(wù)被終止，另外一 個(gè)事務(wù)繼續(xù)執(zhí)行，具體情況分為兩種，分別如下-
a. 事務(wù)i終止，則把事務(wù)i的狀態(tài)置為aborted;
b. 事務(wù)j終止，事務(wù)i繼續(xù)執(zhí)行；如果事務(wù)i又和另外一個(gè)事務(wù)k沖突，則再次進(jìn)行事務(wù)沖突延時(shí)仲裁；
如果事務(wù)i讀寫(xiě)操作已經(jīng)完成，則把事務(wù)i的狀態(tài)置為committing,等待提交； 本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是-
本發(fā)明采用延時(shí)策略來(lái)仲裁事務(wù)間發(fā)生沖突時(shí)的情況。這樣的沖突仲裁策略簡(jiǎn)單高效， 有效地緩解了由于仲裁策略不當(dāng)而造成的效率低下，提高了軟件事物內(nèi)存系統(tǒng)的性能。


圖1是軟件事務(wù)的執(zhí)行過(guò)程示意圖； 圖2是軟件事務(wù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖； 圖3是沖突事務(wù)的實(shí)例示意圖4是當(dāng)Si 〈Sj或者Si zSj時(shí)延時(shí)策略的示意圖； 圖5是當(dāng)Si 〉Sj時(shí)延時(shí)策略的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在實(shí)施基于延時(shí)策略的軟件事務(wù)內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)方法時(shí)，具體方式如下
1) 事務(wù)創(chuàng)建
軟件事務(wù)的執(zhí)行過(guò)程包括創(chuàng)建事務(wù)、進(jìn)行讀寫(xiě)操作、檢測(cè)沖突、等待提交和提交，整 個(gè)過(guò)程如圖l所示；
本方法為軟件事務(wù)提供了四個(gè)狀態(tài)Active, Aborted, Committing和Committed,分 別表示事務(wù)正在運(yùn)行，事務(wù)已經(jīng)終止，軟件事務(wù)己經(jīng)完成對(duì)對(duì)象的操作等待提交和事務(wù)已經(jīng) 提交成功，如圖2所示；
在程序執(zhí)行過(guò)程中碰到需要對(duì)一個(gè)對(duì)象進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)事務(wù)被創(chuàng)建，事務(wù)是一串連續(xù)的 對(duì)同一個(gè)對(duì)象進(jìn)行操作的指令集合；在事務(wù)i中，用j表示創(chuàng)建事務(wù)i時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間，作為 事務(wù)i的開(kāi)始時(shí)間；用flag表示事務(wù)i是否有讀寫(xiě)操作，如果有，則flag為真，如果沒(méi)有， 則flag為假；
以Java程序?yàn)槔趯?duì)鏈表List進(jìn)行操作時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)事務(wù)，事務(wù)1和事務(wù)2(如圖3 所示)。事務(wù)2先于事務(wù)1創(chuàng)建，即S1〉S2，事務(wù)1和事務(wù)2的flag字段的初始值都為假， 表示事務(wù)開(kāi)始時(shí)都還未進(jìn)行讀寫(xiě)操作。等待時(shí)間T設(shè)置為lms。
2) 事務(wù)沖突產(chǎn)生
在事務(wù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，有兩種情況會(huì)導(dǎo)致軟件事務(wù)間的沖突-
a. 本事務(wù)進(jìn)行讀操作，在獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有其他事務(wù)己經(jīng)在寫(xiě)該數(shù)據(jù)；
b. 本事務(wù)進(jìn)行寫(xiě)操作，在獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有其他事務(wù)已經(jīng)在讀或?qū)懺摂?shù)據(jù)。 以事務(wù)1和事務(wù)2為例，事務(wù)1和事務(wù)2開(kāi)始各自運(yùn)行，事務(wù)2對(duì)ListList, find(c)讀操作，把事務(wù)2的flag字段置為T(mén)rue,當(dāng)事務(wù)1試圖對(duì)鏈表List進(jìn)行 List, insert (a)操作時(shí)發(fā)現(xiàn)事務(wù)2已經(jīng)對(duì)鏈表List進(jìn)行了讀操作，這時(shí)就產(chǎn)生了沖突。 3)事務(wù)沖突延時(shí)仲裁
在事務(wù)i和j發(fā)生沖突時(shí)，采用延遲策略進(jìn)行仲裁，仲裁方式如下
a. 當(dāng)Si〈Sj或者Si二Sj時(shí)，延遲策略就將與j事務(wù)終止，如圖4所示；
b. 當(dāng)Si〉Sj時(shí)，延遲策略就讓事務(wù)i等待一定的時(shí)間，在指定的時(shí)間T過(guò)后，去讀取 事務(wù)j的狀態(tài)，如果事務(wù)j的狀態(tài)是Committed,表明事務(wù)j已經(jīng)提交了，這時(shí)沖突在沒(méi)有 中止任何事務(wù)的情況下得到了解決；如果事務(wù)j的狀態(tài)是Active,則將事務(wù)j的標(biāo)記字段 flag設(shè)置為False,事務(wù)再等待相同的時(shí)間T，如果在這段時(shí)間內(nèi)，事務(wù)j進(jìn)行了讀寫(xiě)操 作，則將事務(wù)j的flag標(biāo)記字段設(shè)置為T(mén)rue，在T時(shí)間過(guò)后，如果事務(wù)j的狀態(tài)仍然為 Active而且flag仍然為False,說(shuō)明這段時(shí)間內(nèi)事務(wù)j沒(méi)有讀寫(xiě)操作，這樣的話，延遲策 略將事務(wù)j終止；否則，事務(wù)ji己終止，如圖5所示。
以事務(wù)i和事務(wù)2為例，因?yàn)镾1〉S2，所以事務(wù)l就等待lms，再去看事務(wù)2的狀態(tài)， 發(fā)現(xiàn)事務(wù)2還是Active,就把事務(wù)2的標(biāo)記字段flag置為False,事務(wù)1再等lms，因?yàn)?事務(wù)2之后對(duì)鏈表List不再有任何操作，所以事務(wù)2的flag字段仍然為Flase，因此把事 務(wù)2終止，事務(wù)l繼續(xù)執(zhí)行。 4)事務(wù)提交或者終止
事務(wù)i和j的沖突經(jīng)過(guò)延遲策略仲裁以后，事務(wù)i和j中一個(gè)事務(wù)終止，另外一個(gè)事務(wù) 繼續(xù)執(zhí)行
a. 事務(wù)i終止，則把事務(wù)i的狀態(tài)置為aborted;
b. 事務(wù)j終止，事務(wù)i繼續(xù)執(zhí)行 '
如果事務(wù)i又和另外一個(gè)事務(wù)k沖突，則回到3)，再調(diào)用事務(wù)沖突延時(shí)仲裁； 如果事務(wù)i讀寫(xiě)操作已經(jīng)完成，則把事務(wù)i的狀態(tài)置為committing,等待提交。 以事務(wù)1和事務(wù)2為例，事務(wù)l繼續(xù)執(zhí)行，事務(wù)2終止，事務(wù)1之后沒(méi)有再和其他任何
事務(wù)沖突，那么事務(wù)1執(zhí)行完畢后狀態(tài)置為committing,等待提交。
最后，還需要注意的是，以上公布的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人
員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種基于延時(shí)策略的軟件事務(wù)內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟1)事務(wù)創(chuàng)建為軟件事務(wù)提供四個(gè)狀態(tài)Active，Aborted，Committing和Committed，分別表示事務(wù)正在運(yùn)行、事務(wù)已經(jīng)終止、軟件事務(wù)已經(jīng)完成對(duì)對(duì)象的操作等待提交、事務(wù)已經(jīng)提交成功；在程序執(zhí)行過(guò)程中碰到需要對(duì)一個(gè)對(duì)象進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)事務(wù)被創(chuàng)建，事務(wù)是一串連續(xù)的對(duì)同一個(gè)對(duì)象進(jìn)行操作的指令集合；在事務(wù)Si中，用Si表示創(chuàng)建事務(wù)i時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間，作為事務(wù)i的開(kāi)始時(shí)間；用flag表示事務(wù)i是否有讀寫(xiě)操作，如果有，則flag為真，如果沒(méi)有，則flag為假；2)事務(wù)沖突產(chǎn)生在事務(wù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，有兩種情況會(huì)導(dǎo)致軟件事務(wù)間的沖突a. 一事務(wù)進(jìn)行讀操作，在獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有其他事務(wù)已經(jīng)在寫(xiě)該數(shù)據(jù)；b. 一事務(wù)進(jìn)行寫(xiě)操作，在獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有其他事務(wù)已經(jīng)在讀或?qū)懺摂?shù)據(jù)；3)事務(wù)沖突延時(shí)仲裁在事務(wù)i和j發(fā)生沖突時(shí)，采用延遲策略進(jìn)行仲裁，仲裁方式如下a. 當(dāng)Si<Sj或者Si＝Sj時(shí)，延遲策略就將j事務(wù)終止；b. 當(dāng)Si>Sj時(shí)，延遲策略就讓事務(wù)i等待一定的時(shí)間，在指定的時(shí)間T過(guò)后，去讀取事務(wù)j的狀態(tài)；如果事務(wù)j的狀態(tài)是Committed，表明事務(wù)j已經(jīng)提交了，這時(shí)沖突在沒(méi)有中止任何事務(wù)的情況下得到了解決；如果事務(wù)j的狀態(tài)是Active，則將事務(wù)j的標(biāo)記字段flag設(shè)置為False，事務(wù)再等待相同的時(shí)間T，如果在這段時(shí)間內(nèi)，事務(wù)j進(jìn)行了讀寫(xiě)操作，則將事務(wù)j的flag標(biāo)記字段設(shè)置為T(mén)rue；在T時(shí)間過(guò)后，如果事務(wù)j的狀態(tài)仍然為Active而且flag仍然為False，說(shuō)明這段時(shí)間內(nèi)事務(wù)j沒(méi)有讀寫(xiě)操作，這樣的話，延遲策略將事務(wù)j終止；否則，事務(wù)i自己終止；4)事務(wù)提交或者終止事務(wù)i和j的沖突經(jīng)過(guò)延遲策略仲裁以后，事務(wù)i和j中將有一個(gè)事務(wù)被終止，另外一個(gè)事務(wù)繼續(xù)執(zhí)行，具體情況分為兩種，分別如下a. 事務(wù)i終止，則把事務(wù)i的狀態(tài)置為aborted；b. 事務(wù)j終止，事務(wù)i繼續(xù)執(zhí)行；如果事務(wù)i又和另外一個(gè)事務(wù)k沖突，則再次進(jìn)行事務(wù)沖突延時(shí)仲裁；如果事務(wù)i讀寫(xiě)操作已經(jīng)完成，則把事務(wù)i的狀態(tài)置為committing，等待提交。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于多處理器系統(tǒng)軟件事物內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，旨在提供一種基于延時(shí)策略的軟件事務(wù)內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)方法。該方法包括以下步驟事務(wù)創(chuàng)建、事務(wù)沖突產(chǎn)生、事務(wù)沖突延時(shí)仲裁、事務(wù)提交或者終止。本發(fā)明采用延時(shí)策略來(lái)仲裁事務(wù)間發(fā)生沖突時(shí)的情況。這樣的沖突仲裁策略簡(jiǎn)單高效，有效地緩解了由于仲裁策略不當(dāng)而造成的效率低下，提高了軟件事物內(nèi)存系統(tǒng)的性能。
文檔編號(hào)G06F9/46GK101510162SQ200910096959
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者喬福明, 劉敬偉, 滿 曹, 王春昊, 章鐵飛, 繆良華, 劍 陳, 陳天洲, 項(xiàng)凌翔, 馬建良 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)