Ứng dụng máy trạng thái trong quản lý giao tác

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ĐÀM THỊ THANH HẰNG ỨNG DỤNG MÁY TRẠNG THÁI TRONG QUẢN LÝ GIAO TÁC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN - 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ĐÀM THỊ THANH HẰNG ỨNG DỤNG MÁY TRẠNG THÁI TRONG QUẢN LÝ GIAO TÁC Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 84 801 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: PGS TSKH NGUYỄN XUÂN HUY THÁI NGUYÊN - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Trong trình làm luận văn học viên hoàn toàn sử dụng kiến thức tổng hợp từ nguồn tài liệu có xuất xứ rõ ràng trích dẫn hợp pháp Học viên xin chịu trách nhiệm lời nói nhận hình thức kỷ luật theo quy định làm sai Thái Nguyên, tháng 04 năm 2018 Học viên Đàm Thị Thanh Hằng ii LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành luận văn “Ứng dụng máy trạng thái quản lý giao tác” học viên nhận hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình nhiều tập thể cá nhân Trước hết, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến ban lãnh đạo quý thầy cô khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Công nghệ truyền thơng, Đại học Thái Ngun tận tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm tạo điều kiện thuận lợi cho học viên suốt thời gian học tập thực đề tài Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn PGS TSKH Nguyễn Xuân Huy, người gợi cho học viên ý tưởng đề tài, tận tình hướng dẫn giúp đỡ để đề tài thực hoàn thành Xin trân trọng gửi đến gia đình, bạn bè người thân tình cảm tốt đẹp giúp đỡ động viên suốt khóa học hồn thành luận văn Thái Ngun, tháng 04 năm 2018 Học viên Đàm Thị Thanh Hằng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Đối tượng nghiên cứu Bố cục luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN VÀ BÀI TOÁN CẬP NHẬT NHIỀU BẢN SAO .3 1.1 Cơ sở liệu phân tán 1.2 Hệ quản trị sở liệu phân tán 1.3 Vấn đề phân tán liệu 1.3.1 Sự phân mảnh liệu (Fragmentation) 1.3.2 Tạo (Replication) 1.4 Bài toán cập nhật nhiều .10 CHƯƠNG MÁY TRẠNG THÁI VÀ CÁC NGHI THỨC THỎA THUẬN PHÂN TÁN .12 2.1 Máy trạng thái 12 2.2 Tổng quan quản lý giao tác nghi thức thỏa thuận phân tán 22 2.2.1 Các tính chất giao tác .24 2.2.2 Thỏa thuận phân tán nghi thức thỏa thuận đơn giản 26 2.2.3 Nghi thức thỏa thuận hai pha (Two-phase commit – 2PC) 31 2.2.4 Nghi thức thỏa thuận ba pha (Three-phase commit – 3PC) 35 2.3 Khôi phục thỏa thuận phân tán .41 2.3.1 Khôi phục thỏa thuận hai pha .41 2.3.2 Khôi phục thỏa thuận ba pha 41 CHƯƠNG CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH VÀ THỬ NGHIỆM 45 iv 3.1 Tổ chức liệu 45 3.2.1 Kịch dựng sẵn 45 3.2.2 Kịch ngẫu nhiên .46 3.2 Thử nghiệm đánh giá 49 KẾT LUẬN .60 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 61 Tài liệu tiếng Việt: 63 Tài liệu tiếng Anh: 63 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc mẫu sở liệu phân tán Hình Sơ đồ trạng thái hoạt động thang máy/cabin 16 Hình 2 Sơ đồ hoạt động thang máy phát có khói 17 Hình Sơ đồ trạng thái việc toán bán hàng 18 Hình Mơ hình máy bán vé tự động 20 Hình Trạng thái làm việc máy bán vé tự động 21 Hình Sơ đồ trạng thái thành viên thỏa thuận đơn giản 28 Hình Sơ đồ trạng thái điều phối viên thỏa thuận đơn giản 29 Hình Sơ đồ trạng thái thành viên thỏa thuận hai pha 33 Hình Sơ đồ trạng thái điều phối viên thỏa thuận hai pha 34 Hình 10 Sơ đồ trạng thái thành viên thỏa thuận ba pha .37 Hình 11 Sơ đồ trạng thái điều phối viên thỏa thuận ba pha .39 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt Coordinator điều phối viên Participant thành viên Distributed commit thỏa thuận phân tán Initial trạng thái khởi đầu Deciding định Begin-vote thông báo biểu Vote-commit biểu thỏa thuận Vote-abort biểu hủy bỏ Willing-to-commit mong muốn thỏa thuận Commit/Committed: Abort/Aborted định thỏa thuận/ thỏa thuận định hủy bỏ/ hủy bỏ Must Abort chắn hủy bỏ Must Commit chắn thỏa thuận Recover khôi phục Blocked phong tỏa Prepare-commit thông báo đồng ý chấp nhận thỏa thuận sẵn sàng thỏa thuận Ready to commit MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong xu hướng tồn cầu hóa nay, để phù hợp với nhu cầu phát triển, tổ chức thường phân bố chi nhánh phân tán nhiều vị trí địa lý khác Lúc này, việc sử dụng hệ sở liệu tập trung với một vài Sever phục vụ đa người dùng khơng cịn phù hợp Bởi với tốn liệu lớn gặp nhiều vấn đề khó khăn hiệu khai thác không cao, dễ xảy ùn tắc, tốc độ chậm, khơng an tồn Việc sử dụng sở liệu phân tán hệ sở liệu phân tán giải pháp phù hợp để giải vấn đề nêu Việc sử dụng nhiều Server đặt nhiều vị trí địa lý khác giúp cho Client truy xuất liệu vị trí mà cịn truy cập đến liệu vị trí khác Tuy nhiên, vấn đề khó khăn tốn đặt làm để quản lý giao tác phân tán cách hiệu nhất, nhằm hạn chế tối đa cố xảy như: không quán liệu nút mạng khác Đó lí mà học viên lựa chọn đề tài “Ứng dụng máy trạng thái quản lý giao tác” với mục đích tìm hiểu khái niệm, phương pháp thuật toán để quản lý giao tác cách hiệu Đối tượng nghiên cứu Trong luận văn tập trung nghiên cứu tìm hiểu khái quát sở liệu phân tán, tốn cập nhật nhiều Ngồi ra, cịn tìm hiểu máy trạng thái nghi thức thỏa thuận Từ xây dựng chương trình ứng dụng máy trạng thái để quản lý giao tác cách hiệu Bố cục luận văn Phần mở đầu: Nêu lý chọn đề tài, đối tượng nghiên cứu bố cục luận văn Phần nội dung: gồm ba chương chính: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN VÀ BÀI TOÁN CẬP NHẬT NHIỀU BẢN SAO - Giới thiệu tổng quan hệ sở liệu phân tán - Bài toán cập nhật nhiều Chương 2: MÁY TRẠNG THÁI VÀ CÁC NGHI THỨC THỎA THUẬN PHÂN TÁN Giới thiệu mơ hình máy trạng thái nghi thức thỏa thuận phân tán Chương 3: CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH VÀ THỬ NGHIỆM 3.1 Tổ chức liệu 3.2 Thử nghiệm đánh giá 49 5.2 C nhận dù phiếu chống: C định: HỦY CẬP NHẬT gửi định tới thành viên 5.3 Time out C định: HỦY CẬP NHẬT gửi định tới thành viên Time out: Là tình trạng hết thời gian chờ mà điều phối viên không nhận đủ số phiếu Điều xảy có thành viên khơng gửi phiếu gửi phiếu điều phối viên không nhận deg=true: n thành viên bỏ phiếu thuận deg = false: n thành viên bỏ phiếu THUẬN/CHỐNG theo xác suất 2/n Với kịch dựng sẵn sinh ngẫu nhiên trình bày minh họa phần thử nghiệm bên Từ đưa đánh giá chương trình xây dựng 3.2 Thử nghiệm đánh giá Chương trình thử nghiệm viết ngơn ngữ lập trình C++, mơi trường hoạt động DevCPP, cài đặt hệ điều hành Windows 7, 64 bit Chương trình mơ viết chia thành nội dung sau: + Đọc tổng số thành viên tham gia thỏa thuận số hiệu điều phối viên + Điều phối viên gửi thông báo đề nghị cập nhật tới thành viên + Các thành viên gửi ý kiến bỏ phiếu cập nhật hay không cập nhật + Đếm số phiếu thuận, phiếu chống + Điều phối viên gửi thông báo cập nhật tất thành viên bỏ phiếu thuận gửi thông báo khơng cập nhật có thành viên bỏ phiếu chống 50  Với kịch dựng sẵn: Trong chương trình, để tiện cho việc chạy kịch dựng sẵn mô tả phần trên, học viên viết lại kịch thành kịch dài nối tiếp lưu file Scienario1.inp, có dạng sau: Số lượng kịch Kịch 1: gồm 15 thành viên tham gia thỏa thuận, số hiệu điều phối viên 1, thành viên bỏ phiếu chống Kịch 2: gồm 10 thành viên tham gia thỏa thuận, số hiệu điều phối viên 2, số hiệu thành viên bỏ phiếu chống 7,9 Kịch 3: gồm 12 thành viên tham gia thỏa thuận, số hiệu điều phối viên 7, số hiệu thành viên bỏ phiếu chống 1,6,9,11 Một số giao diện chạy chương trình: Hình 3.1 Giao diện chương trình 51 Để chạy chương trình với kịch dựng sẵn từ giao diện hình ta nhấn phím số Chương trình đọc có kịch dựng sẵn chạy kịch sau: Hình 3.2 Đọc kịch Đọc tổng số thành viên tham gia thỏa thuận số hiệu điều phối viên Hình 3.3 Đọc kịch Điều phối viên gửi thông báo đề nghị cập nhật tới thành viên 52 Hình 3.4 Đọc kịch Các thành viên gửi phiếu cập nhật hay khơng cập nhật tới điều phối viên Hình 3.5 Đọc kịch Tổng hợp kết quả, điều phối viên gửi thông báo cập nhật tới thành viên kết thúc thỏa thuận 53 Khi đọc xong kịch 1, để đọc tiếp kịch 2, từ giao diện ta nhấn phím Kịch diễn sau: Hình 3.6 Đọc kịch Đọc tổng số thành viên tham gia thỏa thuận số hiệu điều phối viên Hình 3.7 Đọc kịch Điều phối viên gửi thông báo đề nghị cập nhật tới thành viên Hình 3.8 Đọc kịch Các thành viên gửi phiếu cập nhật hay không cập nhật tới điều phối viên 54 Hình 3.9 Đọc kịch Tổng hợp kết quả, điều phối viên gửi thông báo hủy cập nhật tới thành viên kết thúc thỏa thuận Khi đọc xong kịch 2, để đọc tiếp kịch 3, từ giao diện ta nhấn phím Kịch diễn sau: Hình 3.10 Đọc kịch Đọc tổng số thành viên tham gia thỏa thuận số hiệu điều phối viên 55 Hình 3.11 Đọc kịch Điều phối viên gửi thông báo đề nghị cập nhật tới thành viên Hình 3.12 Đọc kịch Các thành viên gửi phiếu cập nhật hay không cập nhật tới điều phối viên 56 Hình 3.13 Đọc kịch Tổng hợp kết quả, điều phối viên gửi thông báo hủy cập nhật tới thành viên kết thúc thỏa thuận  Với kịch ngẫu nhiên Để chạy chương trình với kịch ngẫu nhiên 1, từ giao diện nhấn phím số Các kịch sinh ngẫu nhiên theo xác suất 2/n xây dựng phần 57 Hình 3.14 Kịch ngẫu nhiên với tổng số thành viên tham gia thỏa thuận số hiệu điều phối viên sinh ngẫu nhiên Hình 3.15 Điều phối viên gửi thông báo đề nghị cập nhật tới thành viên Hình 3.16 Các thành viên gửi phiếu cập nhật hay khơng cập nhật tới điều phối viên 58 Hình 3.17 Tổng hợp kết quả, điều phối viên gửi thông báo cập nhật tới thành viên kết thúc thỏa thuận Để chạy chương trình với kịch ngẫu nhiên 1, từ giao diện nhấn phím số Các kịch sinh ngẫu nhiên theo xác suất 2/n xây dựng phần Hình 3.18 Kịch ngẫu nhiên với tổng số thành viên tham gia thỏa thuận số hiệu điều phối viên sinh ngẫu nhiên 59 Hình 3.19 Điều phối viên gửi thông báo đề nghị cập nhật tới thành viên Hình 3.20 Các thành viên gửi phiếu cập nhật hay không cập nhật tới điều phối viên Hình 3.21 Tổng hợp kết quả, điều phối viên gửi thông báo cập nhật tới thành viên kết thúc thỏa thuận 60 KẾT LUẬN Hiện nay, với xu tồn cầu hóa việc sử dụng mạng máy tính để làm việc giao dịch việc quản lý giao tác quan trọng Luận văn tập trung chủ yếu giải số toán cập nhật môi trường phân tán Qua tìm hiểu phân tích, luận văn đưa giải pháp để quản lý giao tác cách hiệu Đó nghi thức thỏa thuận hai pha nghi thức thỏa thuận ba pha Trong luận văn đưa điểm mạnh điểm yếu áp dụng hai nghi thức việc quản lý giao tác nhằm hướng nhà nghiên cứu đưa giải pháp tối ưu Những kết mà luận văn đạt được, gồm có: Nghiên cứu tài liệu, đưa số nghi thức thỏa thuận phân tán phù hợp để giải vấn đề toán cập nhật Phân tích nghi thức thỏa thuận, đưa điểm mạnh, điểm yếu nghi thức Thử nghiệm cài đặt thuật toán thỏa thuận hai pha máy tính 61 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN Qua tìm hiểu học viên thấy rằng, mơ hình thỏa thuận phân tán sử dụng công nghệ blockchain Blockchain công nghệ lưu trữ truyền tải thông tin khối liên kết với mở rộng theo thời gian Mỗi khối chứa đựng thông tin thời gian khởi tạo liên kết với khối trước Blockchain thiết kế để chống lại thay đổi liệu Thông tin blockchain bị thay đổi bổ sung thêm có đồng thuận tất nút hệ thống Ngay phần hệ thống blockchain đổ, máy tính nút khác tiếp tục hoạt động để bảo vệ thơng tin 62 Đặc biệt blockchain có khả truyền tải liệu mà khơng địi hỏi trung gian để xác nhận thông tin Hệ thống blockchain bao gồm nhiều nút độc lập có khả xác thực thông tin Với đặc thù này, công nghệ mở xu hướng ứng dụng tiềm cho nhiều lĩnh vực tài ngân hàng, bán lẻ, vận chuyển hàng hóa, sản xuất, viễn thơng Do kiến thức thời gian có hạn nên học viên khơng thể tìm hiểu sâu blockchain Qua học viên mong muốn luận văn giúp cho bạn u thích có đam mê với blockchain hiểu chất bên blockchain thỏa thuận bên tham gia cách chặt chẽ thống Từ xây dựng cho “lộ trình” đến với blockchain cách thật nghiêm túc đạt nhiều kết 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: [1] Vũ Đức Thái (2016), Thiết kế sở liệu, NXB Đại học Thái Nguyên [2] Lê Tiến Vương (2000), Nhập môn sở liệu quan hệ, Tái lần thứ 5, NXB Thống Kê, Hà Nội [3] Nguyễn Bá Tường (2005), Nhập môn sở liệu phân tán, NXB Khoa học kỹ thuật [4] Phạm Thế Quế (2010), Giáo trình sở liệu phân tán, NXB Thông Tin Truyền Thông [5] Lê Văn Sơn (2002), Hệ tin học phân tán, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Tài liệu tiếng Anh: [6] Garcia-Molina H., Ullman J., Widom J (2002), Database System: The Complete Book, Prentice Hall [7] Maier D (1983), The Theory of Relational Database, Computer Science Press, Rockville, Md [8] Ullman, J (1982), Principles of Data-base and Knowledge-base Systems, (Second Edition), Computer Science Press, Potomac, Md., (Có dịch tiếng Việt Trần Đức Quang.) ... thực giao dịch khác Giao tác tác vụ sở giao cho sở khác thực Và giao tác chứa nhiều giao dịch Vì mà luận văn học viên đồng giao tác giao dịch giống Vậy nói đến quản lý giao tác hiểu quản lý giao. .. giao tác Trong phần định nghĩa tính chất (properties) giao tác, mục đích quản lý giao tác phân tán đưa mơ hình giao tác phân tán 2.2.1 Các tính chất giao tác Như biết giao tác ứng dụng hay phần ứng. .. cần phải sử dụng đến chức quản lý giao tác (transaction management) Vậy quản lý giao tác gì? 23 Trước nói quản lý giao tác học viên xin giải thích thêm hai cụm từ giao dịch giao tác Bởi có nhiều