一种适用于实时数据库的安全并发控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于实时数据库安全领域，涉及实时数据库并发控制技术、隐蔽通道安全 性问题以及实时响应问题，实现实时数据库系统的安全性与实时性要求。
【背景技术】
[0002] 传统的高优先级两段锁并发控制协议（HP-2PL)根据事务的优先级，确定是否提 交申请锁的事务。当发生冲突时，优先级牺牲方法（PS)解决冲突的方式为：当持有锁的事 务比申请锁事务优先级高时，则夭折重启申请锁事务；否则，提交申请锁的事务，并夭折重 启持有锁的事务。从安全角度看，PS策略没有考虑事务的安全级别，因此有可能在被夭折 重启事务和提交事务之间产生隐蔽通道而导致不安全性。
[0003] 以下基于HP-2PL协议对安全性与实时性的冲突问题进行分析。假设TA为锁请求 事务，TB为锁持有事务，P(TA)和E(TA)分别为TA的优先级和安全级别。由事务优先级分 配策略可知两待执行事务优先级不存在相等的情况。表1列出了TA锁请求事务和TB锁持 有事务的优先级和访问级别的组合可能：（设PHigh>Plow;EHigh>EEq>ELow)
[0004] 表1.事务TA和TB之间的优先级和安全级别的组合情况
【主权项】
1. 一种适用于实时数据库的安全并发控制方法，包括以下步骤： 步骤一、设含有n个事务的事务队列为T (Tl，T2，……，Tn)，该事务队列中，Ti为锁申 请事务，Tj为锁持有事务，且Ti，Tj G T ; 步骤二、当所述事务队列到达实时数据库应用系统时，从所述事务队列中找出最高优 先级MAXP和最低优先级MINP、最高安全级MAXE和最低安全级MINE的值； 步骤三、所述事务队列中的锁申请事务Ti申请对实时数据库中资源进行操作，判断该 锁申请事务Ti与锁持有事务Tj是否有冲突产生，即判断Conflict (Ti，Tj，D)是否为真，若 为真表示有冲突产生，执行步骤四；否则，锁申请事务Ti获得锁；Conflict (Ti，Tj，D)表示 锁申请事务Ti和锁持有事务Tj在实时数据库中的数据D上发生冲突操作； 步骤四、分别比较锁申请事务Ti的安全级Ei与锁持有事务Tj的安全级Ej及锁申请 事务Ti的优先级Pi与锁持有事务Tj的优先级Pj，有下述情形之一： 1) 若锁申请事务Ti的优先级Pi小于锁持有事务Tj的优先级Pj，锁申请事务Ti的安 全级Ei高于锁持有事务Tj的安全级Ej，则阻塞锁申请事务Ti ; 2) 若锁申请事务Ti的优先级Pi大于锁持有事务Tj的优先级Pj，锁申请事务Ti的安 全级Ei低于锁持有事务Tj的安全级Ej，则中断锁持有事务Tj，锁申请事务Ti获得锁； 3) 若锁申请事务Ti的优先级Pi小于锁持有事务Tj的优先级Pj，锁申请事务Ti的安 全级Ei与锁持有事务Tj的安全级Ej相等，则阻塞锁申请事务Ti ; 4) 若锁申请事务Ti的优先级Pi大于锁持有事务Tj的优先级Pj，锁申请事务Ti的安 全级Ei与锁持有事务Tj的安全级Ej相等，则中断锁持有事务Tj，锁申请事务Ti获得锁； 5) 若锁申请事务Ti的优先级Pi小于锁持有事务Tj的优先级Pj，锁申请事务Ti的安 全级Ei低于锁持有事务Tj的安全级Ej，则计算： WS (Ti, T j) = I Pi-P j I AMAXP-MINP) -1 Ei-E j I AMAXE-MINE)，并定义 WS 为系统安全因 子，WS G [-1，1];若WS(Ti，Tj)〈WS，则中断锁持有事务Tj，锁申请事务Ti获得锁；否则阻 塞锁申请事务Ti ; 6) 若锁申请事务Ti的优先级Pi大于锁持有事务Tj的优先级Pj，锁申请事务Ti的安 全级Ei高于锁持有事务Tj的安全级Ej，则计算： WS (Ti, Tj) = I Pi-Pj I AMAXP-MINP) -1 Ei-Ej I AMAXE-MINE)，若 WS (Ti，Tj)〈WS，则阻塞 锁申请事务Ti，否则中断锁持有事务Tj，锁申请事务Ti获得锁； 步骤五、定义某一事务的原子操作循环队列为CQ，将上述锁持有事务的原子操作按顺 序调入循环队列CQ ; 步骤六、判断该循环队列CQ队头的操作类型； 若队头是write操作，将该write原子操作调入循环队列队尾，并将write操作中的数 据放入高速缓存； 若队头是read操作，利用高速缓存中相应write操作的数据响应该read操作，当高 速缓存中write操作的数据无法响应该read操作时，通过访问数据库进行响应，并删除该 read操作； 步骤七，判断循环队列CQ中是否还有未处理的原子操作，若是，返回步骤六，否则，顺 序执行当前锁持有事务的write原子操作，并从循环队列CQ中删除该write原子操作，至 此完成锁持有事务，释放锁。
【专利摘要】本发明公开了一种适用于实时数据库的安全并发控制方法，当事务队列到达实时数据库应用系统时，从事务队列中找出最高、低优先级和最高、低安全级；队列中的锁申请事务Ti申请对资源进行操作，通过分别比较Ti和锁持有事务Tj的安全级及优先级，并引入可调节安全因子来解决事务冲突；在执行锁持有事务过程中利用原子操作循环队列思想，先执行读操作，尽量用写操作中的数据响应后面的读操作，减少了访问数据库的次数，将写操作中的数据写入高速缓存的任务由Cache Manager负责，另外，从高速缓存读数据耗时远小于访问一次数据库耗时，因此，有利于事务更好的满足其截止日期，使事务尽早完成，提高了性能和效率以及系统的实时性。
【IPC分类】G06F17-30
【公开号】CN104850631
【申请号】CN201510264204
【发明人】孙达志, 朱泽光, 李晓红, 许光全
【申请人】天津大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月21日