45997 (Объектно-ориентированная СУБД (прототип)), страница 5

Развитие возможностей информационных систем и Internet и желание обеспечить их взаимодействие между собой, привело к необходимости разработки единого прото­кола взаимодействия. Для этого была создана OMG, которая и занялась этим вопросом. В результате была разработана эталонная модель, которая определяет концептуальную схему для поддержки технологии, удовлетворяющей техническим требованиям OMG. Она идентифицирует и характеризует компоненты, интерфейсы и протоколы, состав­ляющие Архитектуру Управления Объектами OMG (Object Management Architecture (OMA)), не определяя, впрочем, их детально.

Согласованная с OMA прикладная система состоит из совокупности классов и экземпляров, взаимодействующих при помощи Брокера Объектных Заявок (Object Request Broker (ORB)). Объектные Службы (Object Services) представляют собой коллек­цию служб, снабженных объектными интерфейсами и обеспечивающих поддержку базо­вых функций объектов. Общие Средства (Common Facilities) образуют набор классов и объектов, поддерживающих полезные во многих прикладных системах функции. При­кладные объекты представляют прикладные системы конечных пользователей и обеспе­чивают функции, уникальные для данной прикладной системы.

CORBA (Common Object Request Broker Architecture) определяет среду для различных реализаций ORB (Object Request Broker), поддерживающих общие сервисы и интерфейсы. Это обеспечивает переносимость клиентов и реализаций объектов между различными ORB.

Брокер Объектных Заявок обеспечивает механизмы, позволяющие объектам посылать или принимать заявки, отвечать на них и получать результаты, не заботясь о положении в распределенной среде и способе реализации взаимодействующих с ними объектов.

Объектные Службы:

• Служба Уведомления Объектов о Событии (Event Notification Service).

• Служба Жизненного Цикла Объектов (Object Lifecycle Service).

• Служба Именования Объектов (Name Service).

• Служба Долговременного Хранения Объектов (Persistent Object Service).

• Служба Управления Конкурентым Доступом (Concurrency Control Service).

• Служба Внешнего Представления Объектов (Externalization Service).

• Служба Объектных Связей (Relationships Service).

• Служба Транзакций (Transaction Service).

• Служба Изменения Объектов (Change Management Service).

• Служба Лицензирования (Licensing Service)/

• Служба Объектных Свойств (Properties Service).

• Служба Объектных Запросов (Object Query Service).

• Служба Безопасности Объектов (Object Security Service).

• Служба Объектного Времени (Time Service).

Общие Средства заполняют концептуальное пространство между ORB и объект­ными службами с одной стороны, и прикладными объектами с другой. Таким образом, ORB обеспечивает базовую инфраструктуру, Объектные Службы – фундаментальные объектные интерфейсы, а задача Общих Средств – поддержка интерфейсов сервисов высокого уровня. Общие Средства подразделяются на две категории: "горизонтальные" и "вертикальные" наборы средств. "Горизонтальный" набор средств определяет операции, используемые во многих системах, и не зависящие от конкретных прикладных систем. "Вертикальный" набор средств представляет технологию поддержки конкретной при­кладной системы (вертикального сегмента рынка), такого, как здравоохранение, произ­водство, управление финансовой деятельностью, САПР и т.д.

• Средства поддержки пользовательского интерфейса (User Interface Common Facilities)

• Средства управления информацией (Information Management Common Facilities)

• Средства управления системой (System Management Common Facilities)

• Средства управления задачами (Task Management Common Facilities)

• Вертикальные общие средства (Vertical Common Facilities)

• Вертикальные общие средства предназначены для использования в качестве стандартных для обеспечения интероперабельности в специфических прикладных областях.

• Поддержка интероперабельности брокеров в стандарте CORBA 2.0

О роли СУООБД в архитектуре OMG можно прочесть в [13].

На основе анализа вышеизложенного, были выбраны в качестве основания следующие базовые службы СУООБД:

• Служба Долговременного Хранения Объектов – управление хранением объектов

• Служба Управления Конкурентным Доступом и Служба Транзакция – объединены вместе протоколом согласованного управления.

• Служба Изменения Объектов – управление журнализацией изменений

3.2 Менеджер памяти

Менеджер памяти является ключевым модулем системы.

Его наличие позволяет

• Абстрагироваться от особенностей обращения к различным видам памяти.

• Создавать сколь угодно вложенные друг в друга структуры данных.

• Иметь единый интерфейс на каждом уровне вложенности.

• Организовать кэширование объектов

В состав менеджера памяти входит 3 системы управления:

1. Система управления виртуальной памятью

2. Система управления каналами

3. Система управления кэшированием объектов

3.3 Виртуальная память и каналы

Виртуальная память представляет собой непрерывную для пользователя, с ней работающего, область памяти, которая может быть вложена в другую виртуальную память. Виртуальная память состоит из сегментов, связанных между собой в дву­направленную цепь. Каждому сегменту известно его положение относительно нижнего логического уровня. Работа с виртуальной памятью происходит через канал, выделенный для нее. Канал – это набор характеристик описывающих: где расположена виртуальная память, и в каком ее месте мы находимся. Количество каналов ограничено, поэтому канал выделяется той виртуальной памяти, которая нужна в данный момент. Система имеет набор каналов, которые могут иметь ссылку на виртуальную память, либо быть незанятыми. Первые 5 каналов – это базовые каналы, отображенные на физические носители (оперативная память, файл). Вторые 5 каналов – каналы виртуальной памяти, хранящие каталоги объектов. Остальные каналы предназначены для работы с объ­ектами. Все каналы основываются на каких-либо других каналах, образуя, в общем случае, 5 независимых деревьев. Корень – один из базовых каналов (0..4). Одна и та же виртуальная память не может быть загружена в два канала. При переходе от верхнего канала к нижнему выполняется трансляция адреса.

Рис 3: Связь каналов с хранилищами объектов

Таблица 2: Параметры канала

Параметр канала	Семантика
NCHAN	Номер текущего канала
LOWCH	Нижний канал; в него вложен этот канал
CHGCTX	Признак изменения данных заголовка фрагмента
TEKADR	Текущая позиция для чтения/записи
SYNCADDR	Адрес начала заголовка текущего сегмента в нижнем канале
TEKADR0	Позиция, соответствующая началу данных фрагмента
PREDADDR	Адрес заголовка предыдущего фрагмента (–1, если его нет)
NEXTADDR	Адрес заголовка следующего фрагмента (–1, если его нет)
BUSYLEN	Занятая длина
LEN	Выделенная длина

Таблица 3: Операции доступа к данным виртуальной памяти

Операция	Семантика (все операции работают с текущим каналом)
IBS	Чтение байта из канала
OBS	Запись байта в канал
GOTO	Переход по адресу в канале
@GOTO	Переход по смещению в канале
UPSIZE	Выделить доп. память в конце канала и встать на ее начало
DEFRAG	Сделать виртуальную память непрерывной на уровне нижнего канала (т.е. однофрагментной)

Начало виртуальной памяти соответствует нулевому значению TEKADR. Доступ осуществляется через операции позиционирования (GOTO и @GOTO), чтения байта (IBS) и записи байта (OBS). Остальные функции, реализуются через них (например, чтение длинного слова). К памяти может быть применена функция UPSIZE с аргументом, содер­жащим необходимое количество байт для выделения. Память может гаранти­ро­ванно вы­деляться до заполнения всей выделенной длины. При исчерпании выделенной длины, делается запрос к нижестоящему уровню о выделении дополнительной памяти. Если та­кой запрос применяется к каналу ниже 5-го, соответствующего дисковому файлу, файл увеличивается в размере, если его выделен­ная длина исчерпана. Если увеличение раз­мера файла невозможно из-за нехватки дискового пространства, то, в случае невоз­можности выделения памяти за счет упаковки, возбуждается ситуация NOMEMORY. При попытке доступа за пределы определенной вирту­альной памяти (например, чтение после расположения данных), возни­кает ситуация OUTDATA.

3.4 Система управления кэшированием объектов

Самостоятельное кэширование данных – неотъемлемая черта любой СУБД. Кэш состоит из двух частей: очереди кэшируемых объектов и памяти для кэшируемых объектов. Память для кэшируемых объектов – это оперативная память, в которую объект загружается. В этой памяти могут располагаться только те объекты, идентификаторы которых находятся в очереди кэшируемых объектов. Удаляемый из очереди объект выгружается в дисковую память. В данной дипломной работе все создаваемые объекты являются стабильными (Persistent), т.е. они обязательно сохраняются на диске и могут быть использованы после открытия базы данных для использования.

Задача управления кэшированием объектов подобна задаче управления памятью в операционной системе. В операционной системе для организации процесса обмена между оперативной и внешней памятью информация представлена набором сегментов (блоки переменной длины) или страниц (блоки фиксированной длины). Способ управ­ле­ния памятью называется алгоритмом замещения, который определяет состав сегментов или страниц в более быстродействующей основной памяти. Таким образом, частота об­ращений к внешней памяти, а, следовательно, и быстродействие двухуровневой памяти (уровень внешней памяти и уровень оперативной памяти) в целом, существенно зависят от выбранного алгоритма замещения. Наибольшее распространение получила стра­нич­ная структура памяти.

В дипломной работе роль страницы играет объект. Минимальную частоту обращений к ВП (внешней памяти) давал бы алгоритм, замещающий те объекты в ОП (оперативной памяти), обращение к которым в будущем произойдет через максимально долгое время. Однако реализовать такой алгоритм невозможно, поскольку заранее неиз­вестна информация о будущих обращениях к объектам программой.

Наиболее популярны следующие пять алгоритмов замещения:

1. Случайное замещение (СЗ): с равной вероятностью может быть замещен любой объект,

2. Раньше пришел – раньше ушел (РПРУ, или FIFO): замещается объект дольше всех находившийся в оперативной памяти,

3. Замещение наиболее давно использовавшегося объекта (НДИ),

4. Алгоритм рабочего комплекта (РК): хранятся в памяти только те объекты, к которым было обращение в течении времени , назад от текущего момента,

5. Лестничный алгоритм (ЛЕСТН): в списке объектов при обращении к объекту он ме­ня­ется местами с объектом, находящемся ближе к голове списка. При обращении к от­сутствующему в ОП объекту объект, находящийся в последней позиции вытесняет­ся.

Для алгоритма замещения желательно, чтобы он обладал двумя отчасти противоречивыми свойствами: с одной стороны, он должен сохранять в ОП объекты к которым обращения происходят наиболее часто, с другой – быстро обновлять содер­жимое ОП при смене множества рабочих объектов.

Например, алгоритм РПРУ эффективен только в отношении быстрого обновления ОП, он не выделяет в списке объектов объекты, обращения к которым происходят чаще, чем к остальным. Алгоритм НДИ также позволяет быстро обновлять содержимое ОП. Однако последовательность одиночных обращений достаточной длины к объектам, находящимся во ВП, вытеснит из ОП все объекты, к которым, в среднем, обращения происходят чаще всего.