Synchronisations- und Recoverykonzepte für Transaktionen in kooperativen Entwurfsumgebungen: ein objektorientierter Ansatz
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
1997
|
| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Berichte aus der Informatik
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| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | X, 252 S. graph. Darst. |
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| adam_text | Titel: Synchronisations- und Recoverykonzepte für Transaktionen in kooperativen Entwurfsumgebungen
Autor: Meckenstock, Axel
Jahr: 1997
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Motivation 1
1.2 Beiträge der Dissertation 2
1.3 Überblick über die Dissertation 2
2 Aufgabenstellung 5
2.1 Überblick 5
2.2 Anwendungsszenario 5
2.2.1 Überblick 5
2.2.2 Entwurfsdaten für den Softwareentwurf 5
2.2.3 Werkzeuge für den Softwareentwurf 7
2.2.4 Entwurfsaufgaben beim Softwareentwurf 7
2.3 Aufgaben und Ziele von Entwurfsumgebungen . 8
2.3.1 Überblick und Motivation 8
2.3.2 Architektur 9
2.3.3 Datenhaltung 9
2.3.4 Werkzeugintegration 10
2.3.5 Entwurfsabläufe 1!
2.4 Aufgaben von Transaktionen in Entwurfsumgebungen 11
2.4.1 Überblick II
2.4.2 Gewährleistung von Konsistenz 12
2.4.3 Behandlung von Nebenläufigkeit 13
2.4.4 Kooperatives Arbeiten 13
2.4.5 Fehlerbehandlung 14
2.5 Zielsetzung !5
3 Objektorientierte Datsnbanksysteme 17
3.1 Überblick 17
3.2 Einführung in Datenbanksysteme 17
3.3 Eigenschaften objektorientierter Datenmodelle !8
3.3.1 Motivation 18
3.3.2 Komplexe Objekte und Beziehungen . 18
3.3.3 Methoden 19
3.3.4 Objektidentität und Enkapsulierung . 19
3.3.5 Typen, Klassen und Vererbung 20
3.4 Programmierspracheneinbettung 20
3.4.1 Überblick 20
3.4.2 Die ODMG-Spezifikation 20
3.4.3 Architektur eines ODMG-Datenbanksystems 22
II!
4 Grundlagen von Standard-Transaktionen 25
4.1 Überblick 25
4.2 Aufgaben von Transaktionen 25
4.3 Die ACID-Eigenschaften 27
4.4 Formales Modell für Transaktionen 28
4.4.1 Grundlegende Definitionen 28
4.4.2 Schedules 29
4.4.3 Eigenschaften von Schedules 29
4.5 Fehler in Transaktionssystemen 31
4.6 Geschachtelte Transaktionen 32
5 Synchronisation und Recovery für Standard-Transaktionen 35
5.1 Überblick 35
5.2 Synchronisationsverfahren für Standard-Transaktionen 35
5.2.1 Überblick 35
5.2.2 Sperrverfahren 36
5.2.2.1 Grundlegende Konzepte 36
5.2.2.2 Deadlocks und Livelocks 36
5.2.2.3 Das Zweiphasen-Sperrverfahren 37
5.2.2.4 Das hierarchische Sperrverfahren 38
5.2.3 Zeitstempelverfahren 39
5.2.4 Optimistische Verfahren 39
5.2.5 Synchronisation geschlossen geschachtelter Transaktionen 40
5.3 Recoveryverfahren für Standard-Transaktionen 41
5.3.1 Überblick 41
5.3.2 Aufzeichnen von Recoveryinformationen 43
5.3.3 Undo/Redo-Strategien 44
5.3.4 Checkpointing 45
5.3.5 Sicherungspunkte 45
5.3.6 Recovery für Sekundärspeicher-Recoveryereignisse 45
5.3.7 Recovery für Kommunikations-Recoveryereignisse 46
5.3.8 Recovery geschlossen geschachtelter Transaktionen 47
6 Grundlagen von Nichtstandard-Transaktionen 49
6.1 Überblick 49
6.2 Anforderungen an Nichtstandard-Transaktionen 50
6.2.1 Überblick 50
6.2.2 Langlebigkeit 50
6.2.3 Kooperation 50
6.2.4 Konsistenz 51
6.2.5 Kontrollfluß 51
6.2.6 Objekte und Versionen 51
6.2.7 Performance 51
6.3 Einbeziehung von Semantik 52
6.3.1 Überblick 52
6.3.2 Semantik von Operationen 52
6.3.3 Konsistenzbedingungen 54
6.3.4 Vor- und Nachbedingungen 55
6.3.5 Unterbrechungspunkte 55
6.4 Offene Schachtelung 56
6.4.1 Überblick 56
6.4.2 Mehrschichten-Transaktionen 56
6.4.3 Transaktionen in objektorientierten Systemen 58
6.4.4 Andere Formen 61
6.5 Workspace-Konzept 61
6.6 Versionierung 62
6.7 Event-/Trigger-Mechanismen 63
6.8 Kontrollfluß 64
6.8.1 Überblick 64
6.8.2 Skriptbasierte Verfahren 64
6.8.3 Grammatiken 65
6.9 Das Meta-Modell ACTA zur Beschreibung von Transaktionsmodellen 65
7 Synchronisation und Recovery für Nichtstandard-Transaktionen 69
7.1 Überblick 69
7.2 Synchronisationsverfahren für Nichtstandard-Transaktionen 69
7.2.1 Überblick 69
7.2.2 Flexibilisierung und Erweiterung von Sperrverfahren 70
7.2.2.1 Nicht-Zweiphasiges Sperren 70
7.2.2.2 Flexible Sperrmodi 70
7.2.2.3 Versionsbasierte Verfahren 72
7.2.2.4 Sperrverfahren für komplexe Objekte 72
7.2.3 Synchronisation über Operationssemantik 74
7.2.3.1 Semantische Sperren 74
7.2.3.2 Synchronisation von Mehrschichten-Transaktionen 74
7.2.3.3 Synchronisation in objektorientierten Systemen 75
7.2.4 Synchronisation über Konsistenzbedingungen 75
7.2.4.1 Das prädikatweise Zweiphasen-Sperrverfahren 75
7.2.4.2 Synchronisation über Vor- und Nachbedingungen 75
7.2.5 Strukturorientierte Verfahren 76
7.2.5.1 Kooperative Synchronisation 76
7.2.5.2 Restrukturierung 76
7.2.5.3 Heterogene Schachtelung 77
7.2.5.4 Explizite Kooperationsbeziehungen 78
7.2.6 Ablauforientierte Verfahren 79
7.2.6.1 Persistente Abläufe 79
7.2.6.2 Explizite Spezifikation 79
7.2.7 Anwendungsorientierte Verfahren 80
7.2.8 Verfahren zur Unterstützung von Kooperation 81
7.2.9 Vergleich von Synchronisationsverfahren 82
7.3 Recoveryverfahren für Nichtstandard-Transaktionen 83
7.3.1 Überblick 83
7.3.2 Flexibilisierung beim Zurücksetzen von Transaktionen 83
7.3.2.1 Zurücksetzen von Komponenten-Transaktionen 83
7.3.2.2 Partielles und selektives Zurücksetzen 83
7.3.3 Recovery über Operationssemantik 84
7.3.3.1 Semantikbasiertes Zurücksetzen (Kompensation) 84
7.3.3.2 Semantikbasierte Wiederholung 86
7.3.3.3 Recovery bei offener Schachtelung und Mehrschichten-Transaktionen 87
7.3.4 Strukturorientierte Verfahren 87
7.3.4.1 Spezielle Komponenten-Transaktionen 87
7.3.4.2 Restriktionen der Interaktion 88
7.3.5 Ablauforientierte Verfahren 88
7.3.5.1 Persistente Abläufe 88
7.3.5.2 Explizite Spezifikation 89
7.3.6 Anwendungsorientierte Verfahren 89
7.3.7 Vergleich von Recoveryverfahren 89
8 Vergleich von existierenden Transaktionsmodellen 91
8.1 Überblick 91
8.2 Vergleichskriterien 91
8.3 Vergleich von Transaktionsmodellen 94
8.3.1 Überblick 94
8.3.2 Konventionelle Transaktionen 94
8.3.3 Geschlossen geschachtelte Transaktionen 94
8.3.3.1 Grundmodell von Moss 94
8.3.3.2 ReLaX 94
8.3.3.3 Der Ansatz von Härder und Rothermel 95
8.3.4 Offen geschachtelte Transaktionen 95
8.3.4.1 Mehrschichten-Transaktionen 95
8.3.4.2 Transaktionsmodell für Publikationsumgebungen 95
8.3.4.3 Sagas 95
8.3.4.4 ConTracts 95
8.3.5 Mischformen zwischen geschlossener und offener Schachtelung 96
8.3.5.1 Das Flex-Transaktionsmodell 96
8.3.5.2 Das ATM-Modell 96
8.3.5.3 Das DOM-Transaktionsmodell 96
8.3.6 Entwurfstransaktionsmodelle 97
8.3.6.1 Entwurfstransaktionen nach Kimetal 97
8.3.6.2 Gruppentransaktionen 97
8.3.6.3 CAD-Transaktionen 97
8.3.6.4 DAMOKLES 97
8.3.6.5 Flexibles Transaktionsmodell für den Softwareentwurf 98
8.3.6.6 Das CONCORD-Modell 98
8.3.6.7 Kooperative Transaktionen für Entwurfsdatenbanken 98
8.3.6.8 Das CoAct-Modell 99
8.3.7 Baukasten- und Metamodelle 99
8.3.7.1 Der Transaktionsbaukasten 99
8.3.7.2 ACTA-basierte Ansätze 100
8.3.8 Fazit des Vergleichs 100
9 Das Transaktionsmodell für Entwurfsumgebungen Podest: Anforderungen und Kon¬
zepte 105
9.1 Überblick 105
9.2 Allgemeine Aspekte 106
9.2.1 Überblick 10*
9.2.2 Anwendergruppen 106
9.2.3 Schnittstelle 107
9.2.4 Konfigurierbarkeit und Erweiterbarkeit 108
9.2.5 Modellierung von Daten 110
9.2.6 Modellierung von Abläufen 111
9.3 Entwurfstransaktionen 112
9.3.1 Allgemeine Eigenschaften 112
9.3.1.1 Aufgabe von DTs 112
9.3.1.2 Schachtelung von DTs 112
9.3.1.3 Workspace-Konzept 112
9.3.1.4 Nebenläufigkeit von DTs 113
9.3.1.5 Konsistenz 114
9.3.2 Synchronisation 115
9.3.2.1 Synchronisationsprotokolle 115
9.3.2.2 Kooperation zwischen DTs 115
9.3.2.3 Konfigurierbarkeit und Bildung von Subsystemen 116
9.3.2.4 Berücksichtigung von Abhängigkeiten 116
9.3.3 Recovery 117
9.3.3.1 Partielle und Selektive Recovery 117
9.3.3.2 Berücksichtigung von Abhängigkeiten 118
9.3.3.3 Konfigurierbarkeit 118
9.3.3.4 Bildung von Subsystemen 119
9.3.3.5 Persistenz 119
9.4 Werkzeugtransaktionen 120
9.4.1 Allgemeine Eigenschaften 120
9.4.1.1 Aufgabe von TTs 120
9.4.1.2 Schachtelung von TTs 120
9.4.1.3 Zuordnung zu DTs 121
9.4.1.4 Nebenläufigkeit von TTs 121
9.4.1.5 Integration mit dem Datenbanksystem 122
9.4.1.6 Konsistenz 122
9.4.2 Synchronisation 123
9.4.2.1 Synchronisationsprotokolle 123
9.4.2.2 Kooperation zwischen TTs 123
9.4.2.3 Konfigurierbarkeit 124
9.4.2.4 Berücksichtigung von Abhängigkeiten 124
9.4.3 Recovery 125
9.4.3.1 Objekt- und operationsbasierte Recovery 125
9.4.3.2 Berücksichtigung von Abhängigkeiten 125
9.4.3.3 Konfigurierbarkeit 126
9.4.3.4 Persistenz 126
9.5 Gesamtüberblick 127
9.5.1 Unterschiede zwischen DTs und TTs 127
9.5.2 Architektur von Podest 128
9.6 Zusammenfassung 129
10 Grundlagen der Synchronisation und Recovery in Podest 131
10.1 Überblick 131
10.2 Integration mit dem objektorientierten Datenbanksystem 131
10.2.1 Überblick 131
10.2.2 Entwurfsobjekte 132
10.2.3 Beziehung zu Datenbanktransaktionen 132
10.2.4 Einbettung in das Datenbanksystem 134
10.2.5 Abbildung auf eine oder mehrere Datenbanken 135
10.3 Abhängigkeiten zwischen Objekten 136
10.3.1 Überblick 136
10.3.2 Berücksichtigung von Operationen 136
10.3.3 Berücksichtigung schemakonformer Beziehungen zwischen Objekten 137
10.4 Synchronisation und Kooperation 138
10.4.1 Synchronisationsprotokolle und Sperrmodi 138
10.4.2 Kooperationsformen 140
10.4.3 Berücksichtigung von Abhängigkeiten 142
10.5 Recovery 143
10.5.1 Grundlegende Aspekte 143
10.5.2 Recoveryereignisse 143
10.5.2.1 Recoveryereignisse auf der Ebene von Datenbanktransaktionen ... 143
10.5.2.2 Recoveryereignisse im Ablauf einer Transaktion 144
10.5.2.3 Recoveryereignisse in einer terminierten Transaktion 144
10.5.2.4 Recoveryereignisse bei der Abwicklung von Kooperationsprotokollen 145
10.5.3 Alternativen für die Recovery 145
10.5.3.1 Definition von Restriktionen 145
10.5.3.2 Selektive Recovery 145
10.5.3.3 Einbeziehung von Transaktionssemantik 147
10.5.4 Objektbasierte Recovery 147
10.5.4.1 Objektbasierte Recovery innerhalb einer Transaktion 147
10.5.4.2 Objektbasierte Recovery bei nebenläufigen Transaktionen 147
10.5.4.3 Objektbasierte Recovery bei geschachtelten Transaktionen 149
10.5.4.4 Commit-Reihenfolge 150
10.5.4.5 Berücksichtigung von Abhängigkeiten 150
10.5.4.6 Transitivität von Abhängigkeiten 152
10.5.4.7 Zusammenfassung der Eigenschaften objektbasierter Recovery ... 152
10.5.5 Operationsbasierte Recovery 153
10.5.5.1 Grundlegende Betrachtungen 153
10.5.5.2 Spezifikation von inversen Methoden 153
10.5.5.3 Geschachtelte Methoden 154
10.5.5.4 Kompensation auf Kopien 156
10.5.5.5 Kaskadierende Kompensation 156
10.5.5.6 Optimierung von kaskadierender Kompensation 159
10.5.5.7 Kbmpensierbarkeit 159
10.5.5.8 Zusammenfassung der Eigenschaften operationsbasierter Recovery 160
10.5.6 Vergleich von Recoveryverfahren und Kombinationsmöglichkeiten 161
10.6 Zusammenfassung 164
11 Spezielle Aspekte der Synchronisation und Recovery in Podest 165
11.1 Überblick I65
11.2 Werkzeugtransaktionen l65
11.2.1 Allgemeine Eigenschaften von Werkzeugtransaktionen 165
11.2.2 Synchronisation von Werkzeugtransaktionen 167
11.2.2.1 Synchronisationsverfahren 167
11.2.2.2 Sperrmodi 167
11.2.2.3 Zusammenarbeit von TTs und DTs 168
11.2.2.4 Kooperationsformen 169
11.2.3 Recovery von Werkzeugtransaktionen 170
11.2.3.1 Überblick 170
11.2.3.2 Recoveryereignisse für TTs 170
11.2.3.3 Ansätze für die Recovery von TTs 171
11.2.3.4 Objektbasierte Recovery 172
11.2.3.5 Operationsbasierte Recovery 172
11.3 Entwurfstransaktionen 173
11.3.1 Allgemeine Eigenschaften von Entwurfstransaktionen 173
11.3.2 Synchronisation von Entwurfstransaktionen 174
11.3.2.1 Synchronisationsverfahren 174
11.3.2.2 Sperrmodi 175
11.3.2.3 Kooperationsformen 175
11.3.3 Recovery von Entwurfstransaktionen 179
11.3.3.1 Überblick 179
11.3.3.2 Recoveryereignisse für DTs 179
11.3.3.3 Ansätze für die Recovery von DTs 181
11.3.3.4 Objektbasierte Recovery innerhalb einer DT 181
11.3.3.5 Operationsbasierte Recovery für DTs 182
11.3.3.6 Recovery bei Kooperationsprotokollen 182
11.3.3.7 Restriktionen und Bildung von Subsystemen 184
11.4 Systematische Aufstellung der Abhängigkeiten 186
11.4.1 Überblick 186
11.4.2 Basisabhängigkeiten 186
11.4.2.1 Einführung 186
11.4.2.2 Abhängigkeiten zwischen Operationen 187
11.4.2.3 Abhängigkeiten zwischen Objekten 188
11.4.2.4 Wechselwirkungen zwischen Operationen und Objekten 188
11.4.2.5 Abhängigkeiten auf Transaktionsebene 189
11.4.3 Höherwertige Abhängigkeiten 189
11.4.3.1 Einführung 189
11.4.3.2 Abhängigkeiten auf Basis von Operationen 190
11.4.3.3 Abhängigkeiten auf Basis von Objekten 191
11.4.4 Zusammenfassung und Vergleich von Abhängigkeiten 193
11.5 Konfigurationsmöglichkeiten in Podest 194
11.5.1 Grundlegende Betrachtungen 194
11.5.2 Konfigurationsparameter 195
11.5.3 Wechselwirkungen zwischen Konfigurationsbereichen 197
11.5.4 Kombination von Verfahren 198
11.5.4.1 Synchronisation 198
11.5.4.2 Recovery 200
11.5.5 Unterstützung bei der Konfiguration 200
11.6 Zusammenfassung 201
12 Realisierung des Transaktionsmodells Podest 203
12.1 Überblick 203
12.2 Dienste des Systems 203
12.3 Architektur des Systems 205
12.3.1 Gesamtarchitektur 205
12.3.2 Objektorientiertes Datenbanksystem 205
12.3.3 Aufbau der Klassenbibliothek 206
13 Abgrenzung zu anderen Ansätzen 209
13.1 Überblick 209
13.2 Entwurfstransaktionsmodelle 209
13.3 Baukasten- und Metamodeile 211
13.4 Geschachtelte Transaktionen und Mischformen 212
13.5 Ansätze außerhalb von Transaktionsmodellen 212
13.6 Zusammenfassung 214
14 Ergebnisse der Dissertation und offene Fragen 215
14.1 Beitrag der Dissertation zum Forschungsgebiet 215
14.2 Offene Fragen und zukünftige Arbeiten 216
A Beispiel für die Anwendung von Podest 219
A.1 Überblick 219
A.2 Modellierung des Anwendungsszenarios 219
A.2.1 Modellierung von Entwurfsobjekten 219
A.2.1.1 Datenschema und Klassenhierarchie für Entwurfsobjekte 219
A.2.1.2 Anwendungsspezifische Methoden für Entwurfsobjekte 220
A.2.1.3 Verwaltung von Entwurfsobjekten 221
A.2.2 Einsatz von TTs und Realisierung von Werkzeugen 221
A.2.3 Definition von DT-Typen 223
A.2.4 Instantiierung der Entwurfsobjekte und der DT-Hierarchie 224
A.2.5 Beispiel für den Einsatz von DTs/TTs 225
A.2.6 Selektive Recovery 227
A.2.6.1 Partiell-selektive Recovery 227
A.2.6.2 Voll-selektive Recovery 228
A.2.7 Realisierung anwendungsspezifischer Transaktionskonzepte 229
A.3 Zusammenfassung 230
B Überblickstabellen 231
B.1 Abkürzungsverzeichnis 231
B.2 Die Programmiersprache C++ 232
B.3 DerODMG-Standard 233
B.4 Entwurfs- und Werkzeugtransaktionen 234
B.5 Anforderungen an das Transaktionsmodell 235
C Index 237
D Literaturverzeichnis 243
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