CN101523352A - 用于并发控制的持久锁/资源 - Google Patents

Abstract

在主导者终止后保持主导者在易失性存储器中为资源维护的锁的状态。通过存储锁的持久性拷贝来保持锁。主导者的多节点系统中的其他节点可访问持久存储的锁拷贝。以这种方式为其存储持久性拷贝的锁被称为持久锁。数据的持久性拷贝是以下述存储器的形式存储的拷贝：该存储器在存储该数据的易失性存储器不能存储之后仍能存储该拷贝。

Description

用于并发控制的持久锁/资源

技术领域

本发明涉及数据库系统，更具体而言涉及用于并发控制的持久锁/资源。

背景技术

本部分中描述的方法是可以实行的方法，但不一定是先前已经想到或实行过的方法。因此，除非另有指明，否则本部分中描述的任何方法不应当因为被包括在本部分中就被认为是现有技术。

多节点计算机系统由共享对资源的访问的互连节点构成。通常，节点经由网络互连并且以不同的程度共享对被共享的存储装置的访问(例如，对一组盘驱动器的共享访问)。多节点计算机系统中的节点可以采取经由网络互连的一组计算机(例如，工作站、个人计算机)的形式。或者，节点可以是网格的节点。网格由与机架上的其他刀片服务器(server blade)互连的刀片服务器形式的节点组成。

这里的术语“资源”指的是计算机所使用的任何资源，其中多个进程之间对该资源的访问被管理。资源包括存储器单元、外围设备(例如，打印机、网卡)、盘存储单元(例如，文件、数据块)、以及数据结构(关系表格、关系表格的记录、保存关系表格的记录的数据块)。共享资源是被多节点系统中的多个节点所共享和访问的资源。

即使资源可被共享，许多资源在任何给定时刻也是不可被多个进程访问的。例如，大多数打印机一次不能打印多个文档。诸如存储介质的数据块或存储介质上存储的表格之类的其他资源可以被多个进程以某种方式并发访问(例如读取)，但在其他方式下每次仅能被一个进程访问(例如，写入)。因此，已经开发了机制来管理对多节点系统的共享资源的并发访问。

多层锁系统(Multi-tiered Lock System)

一个这种机制在这里被称为多层锁系统。在多层锁系统中，对于给定的共享资源，多节点计算机系统中的一个节点是资源的“主导者”(master)，并且负责管理对该共享资源的访问。某个节点是其主导者的共享资源被称为被该节点所主导的共享资源，或者为了表达方便被称为该主导者的共享资源。

主导者全局地管理对共享资源的并发访问并且维护对共享节点的并发访问的全局视图。多节点系统中的进程所进行的访问都由资源的主导者来控制，不论该进程是在主导者上运行还是在系统内的另外节点上运行。为了获得对资源的访问，必须对资源的主导者发出请求，而主导者可准予(grant)该请求也可拒绝(deny)该请求。不是主导者的节点(即，“远程节点”)上的进程可能不会单独地被主导者节点准予对资源的访问。更确切地说，远程节点被准予对资源的访问，并且一旦被准予，该从属者上的进程则可访问该资源。

主导者节点使用锁来管理对资源的访问权限(“权限”)。锁是这样一种数据结构，该数据结构表明特定实体是否已请求、被准予并持有对资源的某种权限。当由某个锁所表示的对权限的请求被准予时，就称该锁本身被准予。直到锁被放弃为止，称该锁被持有(hold)。

锁类型

存在许多类型的锁。对于给定的资源，“共享锁”表示共享对该资源的访问的权限。共享锁可被并发准予给多个进程，从而允许它们拥有共享某种形式的访问(例如，读取访问)的权限。“独占锁”只能被并发准予给一个进程。一旦被准予，该锁就防止对该资源准予此类和其他类的锁。在对于某个资源持有独占锁时，称该资源被独占锁定。

由于与这些锁相关联的各种许可和保证，锁的某些组合是不允许被并发准予的。例如，如果进程拥有关于某一资源的独占锁，则其他进程都不能再被准予独占锁或共享锁。如果进程拥有共享锁，则其他进程可被准予共享锁，但不可被准予独占锁。不能被组合的锁在这里被称为不兼容的或者冲突的。

对锁的易失性存储导致过多恢复处理

锁被存储在计算机的易失性存储器中。因此，当主导者的存储器被终止时，锁不再存在并且消亡。当易失性存储器终止不在计划中时，这对于多层锁管理系统是有问题的。

当节点发生故障时，需要对被独占锁定并可能已被节点修改的共享资源执行恢复过程。对于不由故障节点主导的共享资源，幸免的主导者节点知道故障节点对哪些共享资源持有锁以及这些锁的状态。但是，故障节点所主导的资源上的锁的状态对于其他节点来说则是未知的。实际上，主导者的共享资源的状态可能是未知的。这些状况导致对故障主导者所主导的共享资源的不必要的恢复处理。

例如，多节点系统中的主导者持有对共享数据块的独占锁。多节点系统中的其他节点都不知道主导者持有这些独占锁或者拥有表明主导者持有这些独占锁的数据。当主导者发生故障时，其他节点不知道主导者的数据块中的哪些被主导者独占锁定。实际上，除非另一节点持有关于主导者的某一数据块的共享锁，其他节点不会知道主导者是否曾持有该数据块的独占锁。主导者在该数据块上可能不持有任何独占锁；也可能主导者持有独占锁并且已对该数据块作出了改变。

作为一种安全措施，当主导者发生故障时，假定所有主导者数据块都被主导者独占锁定并修改。主导者的所有数据块都被独占锁定并且它们都被执行恢复过程。

基于以上内容，很明显希望提供一种机制，其减少在主导者发生故障时必须执行的恢复处理的量。

附图说明

在附图中以示例方式而非限制方式示出了本发明，附图中相似的标号指代类似的元件，其中：

图1是示出根据本发明一个实施例用于管理对共享锁/资源的并发控制的方法的示图。

图2是示出在实现本发明实施例时可使用的计算机系统的框图。

具体实施方式

在以下描述中，出于说明目的，阐述了许多具体细节以帮助全面理解本发明。但是，很明显，没有这些具体细节也能实现本发明。在其他情况下，以框图形式示出公知的结构和设备，以避免不必要地模糊本发明。

这里的描述是用于在主导者终止后保持主导者在易失性存储器中为资源维护的锁的状态的技术。通过存储锁的持久性拷贝来保持锁。主导者的多节点系统中的其他节点可访问持久存储的锁拷贝。锁的拷贝不需要是锁的严格复制品，而是可包含或表示锁的一部分，并且可包含额外的信息。以这种方式为其存储持久性拷贝的锁被称为持久锁。

数据的持久性拷贝是以下述存储器的形式存储的拷贝：该存储器在存储该数据的易失性存储器不能存储之后仍能存储该拷贝。这种存储器的示例包括盘存储装置和能够幸免于其易失性存储器存储该数据的计算机的失灵和故障的另一计算机的易失性存储器。

图1示出了本发明的一个实施例，其中，多节点系统中的主导者节点存储锁的持久性拷贝。在图1中，节点102是共享资源104的主导者节点。响应于主导者节点102获取关于共享资源104的锁106，锁106的持久性拷贝，即锁拷贝106′，被创建并随后被存储在持久性存储装置110中。锁拷贝106′至少在锁106持续期间被维护。

持久性存储装置110可以是多节点系统中的另一节点的易失性存储器。在本发明的另一实施例中，锁106的额外的持久性拷贝被存储并维护在多节点系统中的多个节点的易失性存储器中。该方法提供了某种额外的可靠性，因为持久性拷贝更有可能幸免于涉及多个节点的故障。

在本发明的另一个实施例中，锁的拷贝被存储在非易失性存储器中，例如存储在共享盘上。共享盘可被多节点系统中的所有节点直接访问，而不是必须经由另一节点访问，也就是说，所有节点都可以访问共享盘上的数据，而无需先将数据传送到另一节点。该方法确保了持久性，因为共享的非易失性存储器不会受到任何节点终止的影响。

持久性减少了恢复处理。不同于锁定发生故障的主导者的所有资源，需要为其获取锁并执行恢复过程的资源只是这样的资源：对于这些资源，在主导者发生故障时，存在发生故障的主导者所持有的锁的持久性拷贝。

数据库系统中的事务的故障恢复处理

锁的持久性还有助于事务故障恢复处理，其中多节点数据库系统中的幸免的节点(“恢复节点”)完成故障节点曾在执行的未完成事务。未完成事务在幸免节点上被作为“故障恢复事务”来执行。根据故障节点发生故障时它所持有的锁的持久性拷贝，恢复节点能够判定哪些资源需要被锁定，以便以避免重新执行在故障前故障节点已执行过的工作的方式来继续执行该事务。没有这种信息，恢复节点则需要将数据库回退到节点故障前拥有的事务一致状态，然后从该点开始继续事务的故障恢复处理。(在事务一致状态中，数据库反映已提交的事务所进行的所有改变，而不反映未提交的事务所进行的改变。)利用这些持久性拷贝，恢复节点能够获得为故障恢复事务持有的锁，而无需与获取冲突的锁的其他节点竞争。

此外，关于事务的状态的信息可被存储在为该事务获取的锁(“事务锁”)的持久性拷贝中。该信息可用来允许更高效地执行事务故障恢复处理。

硬件概述

图2是示出本发明的实施例可在其上实现的计算机系统200的框图。计算机系统200包括用于传输信息的总线202或其他通信机构以及与总线202相耦合用于处理信息的处理器204。计算机系统200还包括诸如随机访问存储器(RAM)或其他动态存储设备之类的主存储器206，其耦合到总线202，用于存储信息和处理器204要执行的指令。主存储器206还可用于存储在处理器204执行指令期间的临时变量或其他中间信息。计算机系统200还包括只读存储器(ROM)208或其他静态存储设备，其耦合到总线202，用于存储静态信息和处理器204的指令。提供了诸如磁盘或光盘之类的存储设备210，其耦合到总线202，用于存储信息和指令。

计算机系统200可以经由总线202耦合到显示器212，例如阴极射线管(CRT)，用于向计算机用户显示信息。包括字母数字和其他键的输入设备212被耦合到总线202，用于向处理器204传输信息和命令选择。另一类用户输入设备是光标控制装置216，例如鼠标、轨迹球或光标方向键，用于向处理器204传输方向信息和命令选择，并用于控制显示器212上的光标移动。该输入设备通常具有两个轴(第一轴(例如x)和第二轴(例如y))上的两个自由度，其允许设备指定平面中的位置。

本发明涉及使用计算机系统200来实现这里描述的技术。根据本发明的一个实施例，这些技术由计算机系统200响应于处理器204执行包含在主存储器206中的一条或多条指令的一个或多个序列而执行。这种指令可以被从另一计算机可读介质(如存储设备210)读取到主存储器206中。对包含在主存储器206中的指令序列的执行使得处理器204执行这里描述的过程步骤。在替换实施例中，可以使用硬线电路来替代软件指令或与软件指令相组合以实现本发明。因此，本发明的实施例并不限于硬件电路和软件的任何特定组合。

这里所用的术语“机器可读介质”指参与提供使得机器以特定方式工作的数据的任何介质。在利用计算机系统200实现的实施例中，例如，在向处理器204提供指令以供执行时，涉及了各种机器可读介质。这种介质可以采取许多形式，包括但不限于：非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质例如包括光盘或磁盘，如存储设备210。易失性介质包括动态存储器，如主存储器206。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括含总线202的线路。传输介质也可以采取声波或光波的形式，例如在无线电波和红外数据通信期间生成的声波或光波。所有这种介质都必须是有形的，以使得介质所承载的指令能够被将指令读取到机器中的物理机构所检测。

机器可读介质的常见形式例如包括软盘、柔性盘、硬盘、磁带或任何其他磁介质，CD-ROM、任何其他光介质，穿孔卡、纸带、任何其他具有孔图案的物理介质，RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或卡盘，下文中描述的载波，或者计算机可以读取的任何其他介质。

各种形式的机器可读介质可用于将一条或多条指令的一个或多个序列传送到处理器204以供执行。例如，指令可以首先承载在远程计算机的磁盘上。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中，并利用调制解调器经由电话线发送指令。计算机系统200本地的调制解调器可以接收电话线上的数据，并使用红外发送器来将数据转换为红外信号。红外检测器可以接收在红外信号中携带的数据，并且适当的电路可以将数据置于总线202上。总线202将数据传送到主存储器206，处理器204从主存储器206取得指令并执行指令。主存储器206接收的指令可以可选地在处理器204执行之前或之后存储在存储设备210上。

计算机系统200还包括耦合到总线202的通信接口218。通信接口218提供到与本地网络222相连接的网络链路220的双向数据通信耦合。例如，通信接口218可以是综合业务数字网络(ISDN)卡或调制解调器，以提供与相应类型电话线的数字通信连接。又例如，通信接口218可以是局域网(LAN)卡，以提供与兼容LAN的数据通信连接。也可以实现无线链路。在任何这种实现方式中，通信接口218发送并接收电信号、电磁信号或光信号，这些信号携带了表示各种类型信息的数字数据流。

网络链路220一般通过一个或多个网络提供到其他数据设备的数据通信。例如，网络链路220可以通过本地网络222提供与主机计算机222或由因特网服务供应商(ISP)226操作的数据设备的连接。ISP226进而通过全球分组数据通信网络(现在通常称为“因特网”)228提供数据通信服务。本地网络222和因特网228都使用携带数字数据流的电的、电磁的或光信号。经过各种网络的信号和在网络链路220上并经过通信接口218的信号(这些信号携带去往和来自计算机系统200的数字数据)是传输信息的载波的示例性形式。

计算机系统200可以通过(一个或多个)网络、网络链路220和通信接口218发送消息并接收数据，其中包括程序代码。在因特网示例中，服务器220可以通过因特网228、ISP 226、本地网络222和通信接口218发送针对应用程序的请求代码。

接收到的代码可以在接收时被处理器204执行，和/或被存储在存储设备210或其他非易失性存储介质中以供以后执行。以这种方式，计算机系统200可以获得载波形式的应用代码。

在以上说明书中，已参考对于不同实现方式可能不同的许多具体细节描述了本发明的实施例。因而，关于本发明是什么以及申请人希望本发明是什么的唯一和排他指示是根据本申请授权的那套采取其授权时的特定形式的权利要求，包括任何后续的更正。这里针对这种权利要求中包含的术语明确阐述的任何限定都应当决定这种术语在权利要求中使用时的含义。因此，在权利要求中没有明确记载的限定、要素、性质、特征、优点或属性都不应当以任何方式限制这种权利要求的范围。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种方法，包括：

多节点系统中的第一节点获取关于共享资源的锁，该共享资源可被所述多节点系统中的其他节点访问；以及

响应于获取所述共享资源，存储所述锁的持久性拷贝。

2.如权利要求1所述的方法，其中，存储持久性拷贝包括在非易失性存储器中存储持久性拷贝。

3.如权利要求2所述的方法，其中，在非易失性存储器中存储持久性拷贝包括在共享盘上存储所述持久性拷贝。

4.如权利要求1所述的方法，其中，存储持久性拷贝包括在一个或多个节点的特定集合的易失性存储器中存储持久性拷贝。

5.如权利要求1所述的方法，其中，该特定集合包括多个节点。

6.如权利要求1所述的方法，该方法还包括所述多节点系统中的第二节点读取所述持久性拷贝以确定第一节点对哪些资源持有锁。

7.如权利要求6所述的方法，其中，第一节点是所述资源的主导者。

8.如权利要求1所述的方法，其中，锁是为事务获取的，其中，步骤还包括在所述锁中存储关于该事务的状态的信息。

9.一种方法，包括以下步骤：

多节点系统中的主导者节点管理所述多节点系统中的一个或多个其他节点对特定共享资源的访问，其中所述主导者节点是所述特定共享资源的主导者；

在所述主导者节点的易失性存储器中，所述主导者节点存储所述主导者对所主导的共享资源所持有的所述特定锁；以及

所述主导者节点维护所述特定锁的持久性拷贝。

10.如权利要求1所述的方法，其中，步骤还包括响应于检测到所述第一节点发生了故障而执行恢复过程，其中，执行恢复过程的步骤包括第二节点基于所述持久性拷贝来判定锁定所述共享资源中的哪些。

11.一种承载一个或多个指令序列的计算机可读介质，所述指令序列在被一个或多个处理器执行时使得该一个或多个处理器执行如权利要求1所述的方法。

12.一种承载一个或多个指令序列的计算机可读介质，所述指令序列在被一个或多个处理器执行时使得该一个或多个处理器执行如权利要求2所述的方法。

13.一种承载一个或多个指令序列的计算机可读介质，所述指令序列在被一个或多个处理器执行时使得该一个或多个处理器执行如权利要求3所述的方法。

14.一种承载一个或多个指令序列的计算机可读介质，所述指令序列在被一个或多个处理器执行时使得该一个或多个处理器执行如权利要求4所述的方法。

15.一种承载一个或多个指令序列的计算机可读介质，所述指令序列在被一个或多个处理器执行时使得该一个或多个处理器执行如权利要求5所述的方法。

16.一种承载一个或多个指令序列的计算机可读介质，所述指令序列在被一个或多个处理器执行时使得该一个或多个处理器执行如权利要求6所述的方法。

17.一种承载一个或多个指令序列的计算机可读介质，所述指令序列在被一个或多个处理器执行时使得该一个或多个处理器执行如权利要求7所述的方法。

18.一种承载一个或多个指令序列的计算机可读介质，所述指令序列在被一个或多个处理器执行时使得该一个或多个处理器执行如权利要求8所述的方法。

19.一种承载一个或多个指令序列的计算机可读介质，所述指令序列在被一个或多个处理器执行时使得该一个或多个处理器执行如权利要求9所述的方法。

20.一种承载一个或多个指令序列的计算机可读介质，所述指令序列在被一个或多个处理器执行时使得该一个或多个处理器执行如权利要求10所述的方法。

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