实时数据库系统与云市场资源分配研究

# 实时数据库系统与云市场资源分配研究 ## 1. 实时数据库事务处理与扩展子层分析 ### 1.1 事务处理流程 在实时数据库系统中，事务处理有着特定的流程。像 TW1 和 TW2 可以在中间件中处理，而剩余的 2 个写实时事务（RTT，即 TW3 和 TW4）会被保存在等待队列。每个非实时事务的最终计数器值如下： | 非实时事务 | 计数器值 | | ---- | ---- | | NRTD1 | COUNTER1 = 3 | | NRTD2 | COUNTER2 = 3 | | NRTD3 | COUNTER1 = 1 | | NRTD4 | COUNTER1 = 0 | 经过扩展子层处理后，TR1、TR2、TR3、TR4、TW1、TW2、TU1、TU2、TU3 和 TU4 会被转发到冲突检测与解决层，以识别冲突，并按照严格的正确性标准（即 1SR）进行调度。这个调度结果随后会被转发到传播子层，用于向主站点进行广播或单播。 ### 1.2 扩展子层正确性证明 实时数据库系统的可扩展性取决于三个因素：带宽利用率、系统资源利用率以及更新/写入操作的数量。为了提高系统的可扩展性，需要解决这些问题。下面从三个引理来证明扩展子层的正确性： - **引理 1：扩展子层防止系统资源浪费** 在现有系统模型中，RTT 请求直接从客户端进入主/从站点，主/从站点需要完成分配截止日期、冲突检测与解决以及调度等任务，这会消耗 CPU 周期。如果该 RTT 因高优先级 RTT 抢占或等待数据项而中止，系统资源就会被浪费。 而扩展系统模型在中间件中完成截止日期分配、优先级分配等任务，主站点仅处理 RTT 以更新时间数据项或非时间数据项的值。这样主/从站点只需处理最终确定和调度好的 RTT。 例如，在现有系统模型中处理 RTT T1，主/从站点完成所有任务需要 t1 个时钟周期，在主站点处理 T1 需要 t2 个 CPU 周期，总共需要 t1 + t2 个周期。而在扩展系统模型中，t1 个 CPU 周期在中间件使用，t2 个在主站点使用，原本的 t1 个 CPU 周期可用于完成另一个 RTT。此外，扩展子层还允许处理那些未来需要更新非时间数据值的写 RTT。所以，扩展子层能防止系统资源浪费，只处理必要的 RTT。 - **引理 2：扩展子层防止主站点不必要的更新** 由于更新 RTT 被视为硬实时事务，错过截止日期可能导致重大经济损失，所以扩展子层允许处理所有更新 RTT。但对于非时间数据项，如果其更新值在未来不需要，可能会导致不必要的更新。因此，扩展子层只允许选定的写 RTT 在主站点更新非时间数据项，从而防止主站点的不必要处理。 - **引理 3：扩展子层防止不必要的带宽利用** 在之前的系统模型中，所有准入的 RTT 都会提交到主站点处理。但有些 RTT 可能因优先级低或等待访问冲突数据项而中止，这会造成网络带宽的浪费，因为提交或中止的决策取决于主站点的状态。 在扩展系统模型中，读 RTT 单播到任何主站点，该主站点再将读 RTT 单播到负载最轻的从站点；更新 RTT 会被广播并在主站点处理；只有选定的写 RTT 会更新非时间数据项，因为这些 RTT 更新的非时间数据项值可能会被未来的 RTT 需要。所以，扩展子层能防止不必要的带宽利用。 ### 1.3 事务处理流程 mermaid 图 ```mermaid graph LR classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px A([事务进入系统]):::startend --> B{是否为 TW1 或 TW2}:::decision B -->|是| C(中间件处理 TW1/TW2):::process B -->|否| D(进入等待队列):::process C --> E(扩展子层处理):::process D --> E E --> F(冲突检测与解决层):::process F --> G(按 1SR 标准调度):::process G --> H(传播子层):::process H --> I([向主站点广播/单播]):::startend ``` ## 2. 云市场资源分配与反向拍卖分析 ### 2.1 云服务与市场现状 云计算彻底改变了 IT 世界，云用户可以以服务形式获取关系型和非关系型数据库，也能在云提供的计算资源上运行自己的数据库。其中，数据库即服务（DBaaS）近年来变得流行，它能自动进行数据库配置和管理，支持新的和现有的业务应用及操作系统。例如亚马逊的 DynamoDB、谷歌