Les bases de données temps-réel

1. École Nationale Supérieure des Télécommunications Les bases de données temps-réel Christophe Hermant Mémoire de fin d ’études option CASI 1er juillet 1999

2. Plan • SGBD et applications temps-réel • Comment intégrer ces deux mondes ? • Spécification des caractéristiques temps-réel • Suppression des aléas de temps de transaction • Contrôle de concurrence • Un exemple de SGBD temps-réel : StarBase • Conclusion Les bases de données temps-réel

3. Les applications temps-réel • Gestion de systèmes dont les comportements doivent être prévisibles et opportuns • Paramètres évoluant au cours du temps • Actions à mener au moment voulu avant une date limite • Familles de temps-réel : dur, ferme, mou Les bases de données temps-réel

4. Les SGBD • Format des données indépendant des applications les utilisant • Gestion, stockage, interrogation très efficaces de grands volumes de données • Garanties d’intégrité, de cohérence et de récupération des données en cas de panne. •  Les applications temps-réel peuvent en avoir besoin Les bases de données temps-réel

5. Exemples d’applications • Gestion de salles de marchés • Contrôle du trafic aérien • Applications militaires (gestion d ’un champ de bataille) • Télécom : routeurs, commutateurs • Gestion d ’une centrale nucléaire • ... Les bases de données temps-réel

6. Des objectifs différents • SGBD : objectifs de performance globale, sans garantie pour une transaction particulière. Pas de notion de temps. • Applications temps-réel : besoin d ’assurance de résultats pour des requêtes individuelles. •  Aménagements nécessaires pour rendre les SGBD compatibles avec les applications temps-réel. Les bases de données temps-réel

7. Les aménagements • Spécifications des caractéristiques temps-réel pour les données et les transactions • Suppression des aléas de temps de transaction : gestion des index, BD résidente en mémoire, relâchement de contraintes de cohérence • Nouveaux algorithmes de contrôle de concurrence Les bases de données temps-réel

8. Caractéristiques temps-réel • Sur les données : estampillage et durée de validité • Sur les transactions : date limite, facteur critique, fonction de valeur  priorité • Autres paramètres utiles : fréquence, ressources et données nécessaires, temps d ’exécution estimé…  classification des transactions Les bases de données temps-réel

9. Un modèle objet évolué : RTSORAC • Reprend les attributs précédents des données et transactions • Sur les données : imprécision admise • Sur les transactions : fonction de compatibilité pour concurrence entre méthodes du même objet, mesures à prendre en cas d’échec d’une méthode Les bases de données temps-réel

10. Suppression des aléas • Méthodes adaptées de gestion des index • Base de données résidente en mémoire • Relâchement de contraintes de cohérence Les bases de données temps-réel

11. Gestion des index • Les index permettent un accès plus rapide aux données • Idée : limitation du nombre de transactions concurrentes • Problème des index : reconstruction utilisation de B+-arbres relâchés, permet un rééquilibrage différé Les bases de données temps-réel

12. BD résidente en mémoire • Avantage : suppression des accès disque, meilleure prévision des temps de transactions • Meilleure utilisation des ressources  nouveau contrôle de concurrence : utilisation de verrous à gros grain (niveau relation) • Sinon, importance de l’organisation de la hiérarchie mémoire : répartition entre données en mémoire et sur disque Les bases de données temps-réel

13. Relâchement de contraintes • Propriétés ACID garanties par les SGBD : • Atomicité • Cohérence • Isolation • Durabilité • Contrôle de concurrence assure la sérialisabilité, parfois trop lourde à mettre en œuvre. Les bases de données temps-réel

14. Sérialisabilité et cohérence externe • Cohérence externe : toutes les données utilisées sont valides temporellement • Critère souvent suffisant pour assurer des transactions cohérentes, permet de différer le rétablissement de la cohérence interne • Augmente le degré de concurrence possible • Nouveau contrôle de concurrence Christophe Hermant: reflet de l ’environnement physique du moment Christophe Hermant: lecture d’une donnée continue compatible avec sa mise à jour Les bases de données temps-réel

15. Ordonnancement et contrôle de concurrence • Introduction des priorités pour ordonnancer les transactions et gérer les conflits • Deux types d ’algorithmes classiques : • Verrouillage à deux phases : algorithmes 2PL-HP et 2PL-WP • Contrôle de concurrence optimiste : OCC-FV, WAIT-X… • Performances : OCC meilleur que 2PL Les bases de données temps-réel

16. Un prototype : StarBase • Objectifs : gestion de contraintes temps-réel fermes, BD non répartie, sur disque, modèle relationnel • Repose sur un OS temps-réel : RT-Mach • Objectif de performance : maximiser le taux de transactions exécutées avant leur date limite • Implémentation détaillée du SGBD Les bases de données temps-réel

17. StarBase : caractéristiques • Limitation du nombre de transactions concurrentes • Ordonnancement des transactions natif RT-Mach, fondé sur les priorités • Contrôle de concurrence : WAIT-X(S) • Détection de conflits plus fine : sérialisation précise Les bases de données temps-réel

18. Les autres produits • Stades d’avancement variés : peu sont aboutis • Produits spécialisés et adaptés aux applications temps-réel associées • La plupart utilisent des BD réparties • Toutes les techniques développées ne sont pas utilisées Les bases de données temps-réel

19. Conclusion • Axes de recherches privilégiés : contrôle de concurrence, relâchement des contraintes • Sujets de recherches plus tournés vers le temps-réel que vers l’implémentation d’un SGBD • Pas de vrai SGBD temps-réel commercial • Sujet ouvert Les bases de données temps-réel