JPS59502041A - デ−タベ−スのロツキング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 データベースのロッキング 基１鋒と１ 本発明はデータベース、特に単一のデータベースの内容を多数で同時に更新しな いようにするためのデータベースのロッキングに関する。

背景技術 ディジタル記憶装置とプログラム方式によるディジタル計算機をそれぞれデータ ベース記憶媒体ならびにデータベースマネージャとして使用することは良く知ら れている。記憶装置は大量の情報をディジタル形式で記憶するのに用いられ、一 方データベースマネージャはデータベースを読み、書き、探索するための計算機 プログラムである。

レコードを基本的なデータベースの単位として定義するのは便利である。各レコ ードは多数のフィールドから成り、フィールドはレコードの内容を形成する特定 の情報を記憶する。多数の類似したレコードが集ってファイルを形成する。トラ ンザクションとはデータベースファイルをある矛盾のない状態からそのレコード のフィールドを変更して他の矛盾のない状態にする段階すなわち手続きの集合で ある。

データベース中のレコードを変更して、場合によっては誤りを修正し、場合によ っては在庫の追加や減少、資源の消費のような物理的世界の変化を反映してデー タベース中のレコードを変更することは頻々必要になる。実際に、多数のユーザ を持つ大きなデータベースでは１Å以上のユーザが同時にレコードにアクセスし てそのレコードを変更しようとすることができる。この多数同時アクセスの可能 性によってデータベースの内容にあいまいさが生ずることがないようにカードす る必要がある。すなわち、−人のユーザによって使用されるデータベースのレコ ードはすべての他のユーザが使用しないようにロックアウトしなければならない 。

これが多数のトランザクションが同時に存在するときの周知のデータロッキング お問題である。

任意のユーザがそのデータベースにアクセスしている間には全データベースをロ ックアウトすることももちろん可能である。しかしデータベースに対してアクセ スできる直列トランザクションの数は許容できなくなる位に低くなるので、これ は多数のユーザを持つデータベースでは現実的な解決方法ではない。このときに はシステムのスルーブツトは応用の要求を満足できないものになる。例えば航空 座席予約システムでは１日の便の予約のために１日の時間より長い時間がかかっ てしまうようなことにもなる。

これに対してすべての他のレコードをアクセスできるようにしておいて、実際に アクセスされているレコードだけをロックアウトすることもできる。しかし各デ ータレコードをロック、アンロックしたりするにはかなりの時間を必要とするか ら、すべてのレコードアクセスについてこのような時間を消費していてもシステ ムのスルーブツトは許容できるレベルより下ってしまう。

望ましいことは、データベース全体の比較的小さいサブセットで、個々のレコー ドの中でかなりｄ相関を持った集合であるレコードのブロックをロックアウトす るという妥協である。サブセットのロッキングは実行することができ、今までも 任意に行われて来たから、最適の機能のためにはいくつかの他のパラメータが適 合していなければならない。データのロックをかけたり、外したりするためのオ ーハヘソドは最小にしなければならず、ロックされるサブセットは任意に選択で きるようになっているべきである。

発」坏と」枚 本発明の一実施例に従えば、データベース中のデータレコードのサブセットはデ ータのロックアウトのために最適に選択されており、このようなロックアウトは 各トランザクションにひとつのローカルリストによって助けられる。データレコ ードの間の内部的に明白な関係を使って、変更によって相互に最も影響がありそ うなレコードを含むロッキングのレコードサブセットが選択される。さらにファ イルシステムによって各サブセントのひとつのレコードだけがロックアウトされ る。各サブセントの残りのレコードの識別情報は各トランザクションに関連しこ れらの他のレコードのロックアウト状態を判定するために返送することができる 各トランザクションに関連したロックアウトリストの中に保たれる。

これによってファイルシステムのロックアウトシステムの負荷は最小化される。

図面の簡単な説明 第１図はコンピュータによるデータベース管理システムのロッキングの手順を示 す一般的ブロック図；第２図は設備のユーザに対して設備を割当てるためのデー タベースのひとつの応用のブロック図： 第３図は電話サービスを提供するために用いられる電話の外部プラント設備の一 般的ブロック図； 第４図は特定の電話加入者にサービスを与えるのに用いられる典型的な外部プラ ント設備のグラフ表現；第５閏は第４図の設備の在庫を表わす有向グラフ；第６ 図は第４図の設備の接続を表わす有向グラフ；第７閏は第６図のグラフのひとつ のノードの完全なグラフ表現；第８図ロック情報を表わす第７図のノードの典型 的なデータへ−スレコード； 第９図は第６図のグラフのノードをロックするための有向性非周期グラフの一部 のグラフによる表現である。

詳細な説明 第１図を参照すれば、図には典型的なデータベース管理システムのファイルアク セスプロセスの一般的フローチャートを示している。プロセスはボックス１０で 始まり、示されたレコード識別（ｒｉｄ　）番号によって識別されるレコードに アクセスするための要求が与えられる（ＦＥＴＣＨ）。ボックス１１においては 、このレコードのロック状態がローカルあるいはグローバルのロッキング情報を 使ってチェックされる。もし何が他のトランザクションによってレコードがロッ クされていれば、現在のトランザクションは単にロックがクリアされるのを待つ 。

アクセスされるレコードがもはやロックされていなくなると、ボックス１２に入 り、この状態ではアクセスされるべきレコードがロックされ、このユーザがレコ ードを使用しているときには、他のユーザがアクセスするのを防止することにな る。レコードアクセスが一部ロツクされると、データベースマネージャはボック ス１３でレコードにアクセスすることができ、これを計算機のワークスベースに 持って来る。ボックス１４で示されるように、応用プログラムはレコードの内容 を変死するためにレコードを処理することができる。

レコードの取扱いあるいは使用が完了すると、ボックス１５を使ってレコードを データベースに戻すことができる。最後にボックス１６において、レコードがデ ータベースに戻された後、ファイルアクセスはロック解除され、手続きは元の要 求した点に戻る。

第１図のアクセス手続きは完全に一般的であり、実質的にすべてのデータベース システムで使用することができる。このプロセスをもっと詳しく説明するために 、特定のデータベースとデータベース応用について詳しく述べ、本発明のロッキ ング手続きをより容易に理解できるようにしよう。

第２図を参照すれば、図には特定のデータベース応用の一般的プロ・７り図を示 している。第２図の情報処理システムは磁気ディスクバンクに含まれているもの と図示されたデータベース３ｏ、データベースマネージャ３１．応用プログラム ３２のグループ、入力装置３３および出力装置３４から成る。データベースマネ ージャ３１と応用プログラムは共にプログラマによってソースコードで書かれ、 コンバイプログラム（図示せず）によってオブジェクトコードにコンパイルされ 、汎用データプロセッサ３５の内部メモリーに格納された計算機のプログラムで ある。ファイルロッキングの機構は通常はデータベースマネージャ３１の一部で ある。

入力装置３３はデータベース３０中の情報を要求するサービスのために応用プロ グラム３２に対して要求を与える。応用プログラム３２はサービス要求を満足す るためにどのような情報が必要かを判定して特定のレコードのための要求をフォ ーマット化し、その要求をデータベースマネージャ３１に転送する。データベー スマネージャ３１はレコードを検索し蓄積する。

データベースマネージャ３１のレコードアクセスルーチンはデータベース３０か ら所望のレコードを検索し、情報を値として応用プログラム３２に戻す。これら のレコードは次に応用プログラムにより利用され、場合によっては変更されて入 力装置３３によって与えられた特定のサービス要求を満足させる。その結果は出 力装置３４に与えられる。

装置３３はキーボードで、装置３４は表示スクリーンでこれは人間のユーザによ って操作される完全な端末になっｔいてもよいが、装置３３は同様に自動電子あ るいは機械装置（例えば、組立ラインの部品カウンタ）で、装置３４は同様に自 動装置（例えば、在庫のレベルが低くなりすぎたときに在庫を注文する購入指示 発生器）であってもよい。このときには第２図のシステムは単に情報提供システ ムではなく、サービス提供システムとなる。サービス（在庫管理、設備割当、切 符発行その他）はデータベース３゜中の情報を利用することに依存しているが、 外部世界であるタイプのサービスの基本を与えるためにその情報の先に行く。

第１図、第２図に関連して本発明を一般的に説明したので、残りの図面はデータ ベース表現の特定の応用を詳細に説明するために使用する。この応用は物理的設 備（線、ケーブル、端子ボックスその他）を加入者に割当ててその加入者の電話 機をローカル電話局に接続する問題である。このような割当は比較的長時間の間 不変であるが、顧客が引越しをすれば設備の割当は変更しなければならない。何 方もの顧客を取扱かう交換局ではこのような設備の割当は労力を要する大きな仕 事である。このような割当の能率を最大にし、コストを最小にすることは従って 、電話会社の重要な活動である。

第３図を参照すれば、図には電話加入者をローカル交換局に接続するのに使用さ れる典型的な設備の説明図を示している。これらの設備はすべて交換局４０の外 にあるからこれらは外部プラント設備と呼ばれる。このような外部プラント設備 はケーブル４１乃至４５のような多導体ケーブルを含み、その各々は多数銅線の より対線、多チヤネルペアゲインシステムあるいは光ファイバを含む。一般にひ とつのより対線が一人の顧客に電話サービスを提供するのに使用される。ある地 域では外部プラント相互接続システムで三つあるいはそれ以上のレベルのケーブ ル（ｆ３、ｆ４その、他）を必要とする。

相互接続端子４４および４７は電気的な線の対を相互に接続するための装置であ る。これらは交換局からの線対を接続するためのパインディングポストの集合（ 内側の集合）と他の方向（フィールド側）の線対を接続する他方の集合（外側の 集合）とを有している。さらに相互接続端子は選択された内側の対と選択された 外側の対を接続し、これによって分配ケーブル対とフィーダケーブル対の間の物 理的相互接続を行うジャンパ線を持っている。ケーブルおよび対には交換局側の 端とフィールド側の端がある。

ケーブル４１乃至４５の選択された点には分配端子４８がある。

これらの分配端子もまたケーブル対を顧客の家５１および５２に接続されたそれ ぞれドロップ線４９および５０のような顧客サービス線に接続するためのパイン ディングポストを持っている。分配端子は典型的には家の集中した所に設けられ ており、歩道あるいは顧客宅内の電柱上に位置する。

電話サービスを電話加入者の家に提供するための割当問題はデータベース中で加 入者の電話機セントと交換局の間で完全な電気回路（ローカルループ）を形成す るのに必要な線、端子、パインディングポストおよび顧客サービス線を割当てる 問題である。データベース中で一度割当てをした後、サービス開始の時点でフィ ールドにおいて対応する物理的接続を形成しなければならない。

第４図には第３図の家５２に対して電話サービスを提供するために割当てられる 特定の設備を図示している。この場合は交換局４０を相互接続端子４６に接続す るケーブル４１はケーブル″０１″として示されている。ケーブル０１の中の家 ５２に割当てられた特定の対は対“２１”であり、これは二項記法“０１：２１ 　”で表わされる。対０１：２１のフィールド端は端子４６の内側のバインディ ングポスト５２に接続されている。内側のバインディングポスト５２はジャンパ 線によって外側のパインディングポスト３０２に接続されている。ケーブル４４ の１２１番目の対（対０１０１：１２１）の交換局側の端は、端子４６のバイン ディングポスト３０２に接続されている。他端（フィールド端）においては、対 ０１０１　：１２１は分配端子４８を通してドロップ線５０に接続され、そこか ら家５２に行っている。

このループに使用されている設備はタイプ（対、ケーブル、端子、その他）と内 部識別番号を持ち、オプションとして外部識別番号を持っていることがわかる。

一般的な問題は設備の在庫管理に用いられ、同時に顧客と交換局の間のサービス を提供するループにこれらの設備を割当てたり、割当変更したりするのに使用で きるデータベースを形成することである。

第５図には第４図にグラフで示した外部プラント設備を形成する設備在庫の従来 技術による有向グラフを用いた標準的な表現を示している。第５図の各ボックス はグラフのノードであり、ひとつのノードが在庫の中の物理的実体ごとに設けら れている。この場合ボックス６０はケーブル４１を表わすグラフのノードであり 、ノード６１は相互接続端子４６を表わし、ノード６２は対０１：２１を表わし 、ノード６３はケーブル４４を表わし、ノード６４は対０１０１：１２１を表わ し、ノード６５は分配端子４８を表わし、ノード６６は家５２を表わす。これら のノードは実体関係データベースにおける実体である。

これらの実体の間の関係は第５図でノードの間の矢印によって表わされる。この 場合矢印６７はケーブル４１が端子４６に接続されているので、“接続されてい る”という関係を表わす。矢印６８は対０１：２１がケーブル４１に含まれてい るがら、“含まれている”という関係を表わす。最後に矢印６９は“接続されて いる”という情報と、さらにバインディングポストじＣＯＲＰ５２”）に関する 他の情報、すなわち、端子４６の交換局側（内側）のバインディングポスト５２ の情報を表わす。第５回の他の矢印も同様の意味を持つが、分配端子４８と家５ ２が“取扱かわれる”と“取扱かう”という相互関係を持ち、顧客サービス線５ ０については簡単のため省略しであるということ以外ここでは説明しない。

第５図に示された在庫情報はループプラントで使用される物理的設備を管理する のに必要である。しかしこれは顧客に対して電気回路（ループ）を割当てるのに は、特に便利ではない。第６図にはこれらと同一のノードの間のエツジの集合で 、ループの割当にもっと適したものを示す。

第６図には第５図に示したのと同一のノード（ケーブル・ノードを除く）が繰返 されており、これに回線ノード８ｏが加わっている。第６図は部品の在庫（第５ 図）とは別に通信回線の接続を表わしている。回線（通常はループと呼ばれ、ノ ード８ｏの電話番号で名付けられる。）は三つの部分すなわち二対Ｑ１：２１、 対０１０１：１２１および家５２　（ドロップ線５ｏによる）から成る。これら の三つの部分は端子を通して相互に接続されている。

割当処理の効率化のためには対０１：２１が対０１０１：１２１と接続されてい ることを直接知ることが望ましい。これと同時に、これらの相互接続が端子と特 定のバインディングポストで行われていることを知る必要がある。エツジ８１と ８２は接続された対とそれを通して接続が行われている端子を同時に示している 。第６図の表現では、対と対の接続は検出することができるが、設備の割当のた めにデータヘースをさらに探索することは非常に能率が悪い。

対０１０１：１２１　（ボックス６４）と家５２（ボックス６６）の相互接続は 同様に二つのエツジ８３および８４で表わされており、これは回線のこの部分と 同一の機能を持っている。在庫を変更することなく、ジャンパ線を使って物理的 設備を他の回線に割当てることができることに注意していただきたい。すなわち 第６図の接続は第５図の在庫を変化することなく変更できるのである。

第６図のグラフは割当てられた電気的回線の在庫を管理するのに使用され、第５ 図は物理的部分の在庫の管理に使用される。これらは共に電話加入者を適切に取 扱かうために必要である。

第７図には第３図に示した物理的設備と回線割当の両方を表わすのに使用される データヘースのひとつのレコードのグラフによる表現を示している。第８図で表 わされたレコードは対０１０１：１２１を示すものである。レコードは本体部（ ボックス６２）と複数のエツジ部８２．８３．８６．８７．８８および８９を含 み、その一部（８２，８３）はハイパエツジである。第７図に示されたレコード は対０１０１：１２１に関するデータヘース中のすべての情報を含んでいる。外 部世界でこの対を示す名前（対１０１：１２１）はエツジ９０番うよって指され る別個の実体９１になっていることに注目されたい。各レコードの内部識別情報 は内部番号によって行われ、これによって関連するレコードに直接アクセスでき るようになっている。さらに、その内部参照番号をすべて変更しなくても、実体 の外部名は変更できる。

第８図には対０１０１：ｊ２１のデータヘース中のレコードの英数字による表現 を示している。レコードの本体部がまず現われるが、エツジは任意の順序になっ ている。この構成では特定のエツジを探索しなければならない。その代わり、エ ツジを予め定められた順序にならべて直接にアクセスするようにしても良い。次 に第８図のデータレコードの内容について説明しよう。

まず各々の物理的設備は外部世界で知られている名前とは異なった内部識別番号 によって識別されることに注意しておく。これらの内部識別番号は識別されるレ コードに対して一義的であり、これによってコンピュータによるレコードの管理 を単純化し、外部世界における名前を任意にし、しかも変更できるようにする。

第８図に示すように特別のエツジ９０が外部名９１　（対“０１０１　：１２ビ ）を指６ており、これは第８図の行’ｇ　１−ｇ　３に示されている。

行ｃｌ−ｃ５と行ｆｌ−ｆ５のエツジはハイパエツジであり、各々は二つのレコ ード識別番号を含んでいる。各々の本体およびエツジは“応用データ”と呼ばれ るひとつあるいはそれ以上の行を含んでおり、これはデータベース情報を外部世 界の問題に応用するときに有用な情報である。例えば、行ｃ−５ではエツジは端 子の交換局側のバインディングポスト（これは端子のフィールド側のバインディ ングポストと区別される）を指すものであることが示される。行ｅ−３では対は 分配端子の内側（外側でなく）で、“青−緑”のスタブ線に接続されていること が示される。エツジｈｉｈ２はこの対がその一部となっているループ回線を示し ている。

この種のデータヘースでは通常そうであるように、レコードの内容があいまいに なること防止するために２Å以上のユーザがデータヘース中のレコードを同時に 変更するのを防止する必要がある。さらに、各レコードアクセスをロックアウト するあるいはそのどれかがアクセスされているときにすべてのレコードをロック アウトする通常の解決方法には大きな欠点がある。各々のレコー） ドを個々にロックアウトするのに必要なオーバヘッドは処理時間からも記憶空間 の大きさからも禁止的である。これに対して各アクセスのたびにすべてのレコー ドをロックアウトすることにすれば、すべてのアクセスは直列的になり、時間当 りに取扱かうことができるトランザクションの数は禁止的に減少してしまう。こ こで示している電話ループ設備割当制御システムの例ではいずれの方法も実現性 がない。

本発明に従えば、この問題に対する解決はアクセスされるレコードを含む小さい 部分集合をロックし、他のレコードをすべて同時にアクセスするよ′うに開いて おくようにすることによってこの問題に対する解決が得られる。詳しく述べれば 、データベースレコードによって表現される物理システムの属性を利用して、妥 当な大きさを持ち単一のレコードのアクセスの拒否によって全体の依存関係のあ る多レコードデータ構造をアクセスから保護できるような機能的関係を持つレコ ード′の部分集合が選択される。第３図乃至第８図に示した特定のシステムにお いては、ｆ１フィーダケーブル（交換局に一番近いケーブル）のレコードをロッ クすれば、そのフィーダケーブルによって取扱かわれる可能性があるすべての対 、端子および分μケーブルへのアクセスを防止することができる。設備の割当は すべて適切なフィーダケーブルの割当を必要とするから、もしそのフィーダケー ブルがロックアウトされれば、そのフィーダケーブルに接続できるすべての設備 に対するアクセスが止められることになる。

さらに本発明に従えば、ロック操作はロッキンググラフ、すなわち第７図および 第８図によって表わされる有向性グラフに重畳されたバーテックスとエツジのシ ステムの助けによって行われる。

この重畳されたロッキンググラフは元のグラフのすべてのバーテンクス（すべて の物理的設備）を含んでいるが、エツジについてはフィーダケーブルを指してい るものだけを含んでいる。この結果得られるを同性の非循環グラフを周知の方法 でたどって、それから特定のレコードがアクセスされるすべてのフィーダケーブ ルを識別することができる。これらのフィーダケーブルのレコードは次にロック されて任意の先にアクセスされたレコードへの第２のアクセスを止めることを保 証する。

さらに本発明に従えば、重畳された有向性非循環グラフは各レコードの本体に付 加されたロッキングフィールドＬＫ（線ａ−５）に含まれている。各レコードの ロッキング路が各レコードそのものの中に準備できているということはそのレコ ードをロックするために必要な処理時間を大幅に短縮し、これによってロック操 作のためのオーバヘッドが減少し、レコードをロック、アンロックする速度を向 上する。

第９図には第５図および第６図の有向性グラフのための部分ロッキング路を示し ている。第５図と共通の参照番号が第９図にもくりかえされている。第９図に示 したエツジはｆ１ケーブル６０（あるいは他のｆ１ケーブル）に向けたエツジだ けである。従って各ｆ１ケーブルのレコードはｆ１ケーブルのレコードを通して アクセスできるすべての他のレコードを含むトリーの“ルート”となっている。

従ってロック操作のアルゴリズムは単にそのルートの各々に有向非循環グラフ（ ＤＡＣ）を通ってたどってゆき各ルート（各ｆ１ケーブル）をロックするように アクセスされたレコードのロッキングエントリーを使用することになる。このよ うなりＡＣは少数のルートしか持たないから、このプロセスは迅速にわずかなソ フトウェアのオーバヘッドで実行できることになる。

第８図では、ロックのためのＤＡＣ情報社線ａ−５に見られ、ここで“ＬＫ”ロ ックエツジはノード４５３すなわちケーブル６３を指していることがわかる。こ の情報はデータベースマネージャによってこのレコードとｆ１ケーブルのレコー ド６０を含むすべての他のレコードをロックするために使用される。

レコードのロック操作は第１表の擬似コードによって実現される。すでにロック されているすべてのレコードがリスト上に来るように各トランザクションの間に リスト（Ｌ　Ｉ　ＳＴ）が構成される。この方法によって、トランザクションの 前の部分によってすべにロックされているレコードをロックしないようにして時 間の節約をはかる。多くのトランザクションはロック用０ＤＡＧの同一の技のレ コードに開扉しているから、ＬＩＳＴを保持しておく価値があるのである。

ａｄｄ　ｒｉｄ　ｔｏ　ＬＩＳＴ； ｒｅｔｕｒｎ； 手続き”　ＤＢＭＳＬＯＣＲ”は実際にルートレコード（ＬＫ”エントリーを持 つレコード）をロックするものであり、使用されるハードウェアのシステムに依 存するものである。

ＦＩＧ、／ ＦＩＧ、　３　翔忙裁） ＦＩＧ、７ Ｌつ一μ゛すす　０１０１：１２１ ＦＩＧ、　９ ０・ソフｍＰ）″ラフ 国際調育報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　データヘース管理システムにおいて、（１）該データベースシステム中の 情報レコードのすべての有向性非循環ロッキンググラフを生成し、（２）　アク セスされる各レコードについて、該ロッキンググラフを使用して該ロッキンググ ラフの最も近いルートレコードを識別し く３）　それに対する同時アクセスを防止するために該ルートレコードをロック する 段階を含むことを特徴とするレコードをロックする方法。 ２、請求の範囲第１項に記載のレコードをロックする方法において、有向性非循 環グラフを生成する該段階はさらに（４）該有向性非循環グラフの該レコードに 隣接したレコードを識別するための記憶位置を該レコードの各々に設ける段階を 含むことを特徴とするレコードをロックする方法。 ３、請求の範囲第１項に記載のレコードをロックする方法において、さらに （４）　単一のトランザクションの間に先にロックされたレコードのリストを保 持し、 （５）段階（２）および（３）を実行する前に該リストに対して現在のレコード を検査し、 （６）該リストが現在のレコードを含んでいないときだけ段階（２）および（３ ）を実行する 段階を含むことを特徴とするレコードをロックする方法。 ４、　請求の範囲第１項に記載のレコードをロックする方法において、段階（１ ）は （１ａ）該レコードを“で使用されている”あるいは“に含まれている”という 階層構造で関連付け、（１ｂ）レコードの間の該“で使用されている”あるいは “に含まれている”関係を表わす該有向性非循環ロッキンググラフのエツジを選 択する 段階を含むことを特徴とするレコードをロックする方法。 ５、複数のレコードを含むデータベースシステム中でデータのロックを行う装置 において、該装置は 該レコードのすべての有向性非循環ロッキンググラフを表わす手段と、 該グラフ表現を利用して該グラフのアクセスされたレコードに最も近いルートを 探す手段と、 該アクセスされたレコードに対するさらに他のアクセスを防止するために該ルー トレコードをロックする手段とを含むことを特徴とするデータロック装置。 ６、請求の範囲第５項に記載の装置において、さらに該有向性非循環グラフのエ ツジの少なくともひとつを記憶するための該ルートレコード以外の該レコードの 各々における手段を含むことを特徴とするデータロック装置。 ７、請求の範囲第５項に記載の装置において、さらに単一のトランザクションの 間に先にロックされたレコードのリストを記憶する手段と、 もし該アクセスされたレコードが該リスト中にあれば、該探索とロック手段を消 勢する手段と を含むことを特徴とするデータロック装置。