Transaktionen in föderierten Datenbanksystemen unter eingeschränkten Isolation Levels

Abstract

Atomarität und Isolation von Transaktionen sind Schlüsseleigenschaften fortgeschrittener Anwendungen in föderierten Systemen, die aus verteilten, heterogenen Komponenten bestehen. Während Atomarität von praktisch allen realen Systemen durch das Zweiphasen- Commitprotokoll gewährleistet wird, unterstützt kein System eine explizite föderierte Concurrency Control. In der Literatur wurden zwar zahlreiche Lösungsansätze vorgeschlagen, doch sie haben wenig Einfluss auf Produkte genommen, weil sie die weitverbreiteten Isolation Levels nicht berücksichtigen, die Applikationen Optimierungsmöglichkeiten auf Kosten einer eingeschränkten Kontrolle über die Konsistenz der Daten erlauben. Diese Arbeit vergleicht zunächst existierende Definitionen für Isolation Levels und entwickelt eine neuartige, formale Charakterisierung für Snapshot Isolation, dem Isolation Level des Marktführers Oracle. Anschließend werden Algorithmen zur föderierten Concurrency Control vorgestellt, die beweisbar auch unter lokaler Snapshot Isolation die korrekte Ausführung föderierter Transaktionen gewährleisten, und Isolation Levels für föderierte Transaktionen diskutiert. Die Algorithmen sind in ein prototypisches föderiertes System integriert. Performancemessungen an diesem Prototyp zeigen ihre praktische Einsetzbarkeit.

Atomicity and isolation of transactions are key requirements of advanced applications in federated systems consisting of distributed and heterogeneous components. While all existing federated systems support atomicity using the two-phase commit protocol, they lack support for federated concurrency control. Many possible solutions have been proposed in the literature, but they failed to make impact on real systems because they completely ignored the widely used concept of isolation levels, which offer optimization options to applications at the cost of less rigorous control over data consistency. This thesis compares existing definitions for isolation levels and develops a new characterization for Snapshot Isolation, an isolation level provided by Oracle, the market leader in the database field. We present algorithms for federated concurrency control that provably guarantee the correct execution of federated transactions even under local Snapshot Isolation, and discuss isolation levels for federated transactions. The algorithms are integrated into a federated system prototype. Performance measurements with this prototype show the practical viability of the developed methods.