事务处理：概念与技术
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事务处理广泛地应用于数据库和操作系统领域，并在现代计算机系统中监控、控制和更新信息。本书向读者展示了大型的、分布的、异构的计算机系统是如何进行可靠工作的。作者使用事务作为基本概念，说明了在有限的资金和风险下如何构建高性能的高可用性应用。书中还详细阐述了各种可能发生的问题，以及解决这些问题的实际可用的技术。
本书列举了大量成功的商业和研究系统的实例，此外，列出了许多事务处理算法的可编译的c代码片段。本书对于那些对实现分布式系统或客户-服务器结构感兴趣的人来说，是值得一读的。
本书适合作为高校的教科书，也可作为计算机专业人员的参考书。
没有事务，分布式系统就不能满足典型应用的需要——这是许多系统实现人员和应用开发人员从实践中得到的经验。本书主要阐述事务概念是如何用于解决分布式系统问题的，以及这些概念如何使我们能够在有限的资金和风险范围内建立高性能、高可用性的应用系统。本书内容广泛，从系统的角度全面阐述事务处理的概念和技术，涉及终端上的表示管理、通信子系统、操作系统。数据库、程序设计语言的运行时系统以及应用开发环境等。
本书列举了大量成功的商业和研究系统的实例，此外，列出了许多事务处理算法的可编译的c代码片段。本书对于那些对实现分布式系统或客户-服务器结构感兴趣的人来说，是值得一读的。
本书适合作为高校的教科书，也可作为计算机专业人员的参考书。
没有事务，分布式系统就不能满足典型应用的需要——这是许多系统实现人员和应用开发人员从实践中得到的经验。本书主要阐述事务概念是如何用于解决分布式系统问题的，以及这些概念如何使我们能够在有限的资金和风险范围内建立高性能、高可用性的应用系统。本书内容广泛，从系统的角度全面阐述事务处理的概念和技术，涉及终端上的表示管理、通信子系统、操作系统。数据库、程序设计语言的运行时系统以及应用开发环境等。
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本书提供作译者介绍
译 者 简 介
孟小峰，1964年生，博士，教授，博士生导师，中国人民大学信息学院计算机系副主任。现任中国计算机学会理事、中国计算机学会数据库专委会委员秘书长、中国计算机学会青年计算机科技论坛（YOCSEF）学术委员会主席（2003~2004年）、《计算机研究与发展》编委、IEEE CS会员、ACM SIGMOD会员。曾先后在香港中文大学、香港城市大学、新加坡国立大学访问研究。主持或参加过十多项国家科技攻关项目、国家自然科学基金以及国家863项目。获国家科技进步二等奖1项、电子部科技进步特等奖1项、北京市科技.. << 查看详细
孟小峰，1964年生，博士，教授，博士生导师，中国人民大学信息学院计算机系副主任。现任中国计算机学会理事、中国计算机学会数据库专委会委员秘书长、中国计算机学会青年计算机科技论坛（YOCSEF）学术委员会主席（2003~2004年）、《计算机研究与发展》编委、IEEE CS会员、ACM SIGMOD会员。曾先后在香港中文大学、香港城市大学、新加坡国立大学访问研究。主持或参加过十多项国家科技攻关项目、国家自然科学基金以及国家863项目。获国家科技进步二等奖1项、电子部科技进步特等奖1项、北京市科技.. << 查看详细
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出版者的话
专家指导委员会
中文版序
译者序
译者简介
序
前言
第一部分 事务处理基础
第1章 概述 1
1.1 历史回顾 1
1.2 什么是事务处理系统 2
1.2.1 最终用户对事务处理系统的认识 4
1.2.2 管理员/操作员对事务处理系统
的认识 6
1.2.3 应用设计者对事务处理系统的认识 8
1.2.4 从资源管理器角度对事务处理系统
的认识 12
1.2.5 tp系统的核心服务 15
1.3 事务处理系统特征列表 16
1.3.1 应用开发特征 16
专家指导委员会
中文版序
译者序
译者简介
序
前言
第一部分 事务处理基础
第1章 概述 1
1.1 历史回顾 1
1.2 什么是事务处理系统 2
1.2.1 最终用户对事务处理系统的认识 4
1.2.2 管理员/操作员对事务处理系统
的认识 6
1.2.3 应用设计者对事务处理系统的认识 8
1.2.4 从资源管理器角度对事务处理系统
的认识 12
1.2.5 tp系统的核心服务 15
1.3 事务处理系统特征列表 16
1.3.1 应用开发特征 16
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译 者 序
值此译稿完成之时，从DBWORLD惊悉关系模型的发明人E·F Codd博士于2003年4月18日不幸辞世（1923年~2003年）。人虽逝去，但关系模型这一知识财富却在造福着人类。在整个计算机软件领域，恐怕难以找到第二个像关系模型这样简单，但所带来的市场价值却如此巨大的概念。其实，传承这一发明并使之真正实用化的关键人物有两人：一是C·J Date，他使关系模型概念普及化，为大众所接受；另一个当属本书的作者之一Jim Gray博士，他使关系模型的技术实用化，为大众服务。在IBM工作期间，Jim Gray参与和主持过IMS、System R、 SQL/DS、DB2等项目的开发。其中，除了System R仅作为研究原型，没有成为产品外，其他几个项目都发展成数据库市场上有影响力的产品。这其中Jim Gray博士在事务处理技术方面的贡献功不可没。
在关系数据库理论基本成熟后，各大公司在关系数据库管理系统（RDBMS）的实现和产品开发中都遇到一系列技术问题。主要是在数据库的规模愈来愈大，数据库的结构愈来愈复杂，又有愈来愈多的用户共享数据库的情况下，如何保障数据的完整性、安全性、并发性以及故障恢复的能力，这些问题成为数据库产品是否能实用化并最终为用户接受的关键因素。Jim Gray在解决这些重大技术问题，使RDBMS成熟并顺利进入市场的过程中，起到了关键性作用。概括地说，解决上述问题的主要技术手段和方法是：把对数据库的操作划分为称为“事务”的基本原子单位，一个事务要么全做，要么全不做（即all-or-nothing原则）；用户在对数据库发出操作请求时，需要对有关的数据“加锁”，防止不同用户的操作之间互相干扰；在事务运行过程中，采用“日志”记录事务的运行状态，以便发生故障时进行恢复；对数据库的任何更新都采用“两阶段提交”策略。以上方法及其他各种方法总称为“事务处理技术”。Jim Gray在事务处理技术上的创造性思维和开拓性工作，使他成为这一领域公认的权威人士，并于1998年获得图灵奖，成为自图灵奖诞生32年来第三位因在数据库技术的发展中做出重大贡献而获此殊荣的学者（见《ACM图灵奖（1966~1999）》，高等教育出版社，2000年）。
本书即是Jim Gray博士和德国斯图加特大学Andreas Reuter教授多年来在事务处理领域所取得成就的结晶。本书有如下几个显著特征：
?内容的组织和叙述的方法独树一帜 计算机科学在其60多年的发展中已形成了一个综合性的学科体系，可分为硬件、软件、计算机原理、操作系统……等诸多领域。现有的书通常是某个学科领域的知识总结。本书却是一个例外。它好像是一位大师挥舞手中的巨擎，打破时空的界限，勾画出的印象派杰作。作者用一个系统实现者的眼光阐述有关问题，力图使读者“所学即能为我所用”，因此数据结构和程序片段在书中随处可见。它更注重实效，更加独树一帜。
?内容的广泛和技术的深入独一无二 本书的目的是解决如何建造大型的、分布的、异构的计算机系统的问题。事务处理技术只是作者阐述这一复杂问题的“一种集成的概念框架”，书中内容分为七个部分，即事务处理基础、容错技术、面向事务的计算、并发控制、恢复、资源管理器实例、系统综述；分别涉及计算机基本知识、数据库系统、分布式系统、操作系统等。该书的内容涉猎广泛，而在事务处理技术上讲述得深入透彻而且完整全面。本书更像是一本关于事务处理的小型百科全书，这在计算机界是独一无二的。
?技术的实践和学术的研究完美结合 其实本书在整体上主张技术实践优先论。事务处理是一个技术实践引导理论研究的领域。通常商业系统实现了某些思想之后很久，该思想才会在学术界出现。Jim Gray常年在工业界的研究机构工作，大部分时间从事实际系统的开发。他实际是在通过本书向进行学术研究的人们提个醒儿，计算机的技术创新应该从研究系统开始，两者的贡献是不分高下的。
?扎实的功底和渊博的知识力透纸背 书中叙述的有关“Sphere of Control”的概念闻所未闻（第4章，译为控制区域），事务理论详尽透彻（第7章），文件系统的实现滴水不漏（第13～15章）。在本书的翻译过程中，我们常常为作者深厚的功底和渊博的知识所折服，同时又为自己的知识欠缺而惭愧，自叹不能精确地传达作者精妙的论述。
当然本书也不是完美无缺的。由于本书的内容过多，在叙述上有些内容不够简练，有些内容的叙述甚至太过冗余。如事务的ACID特性，几乎每章都用到，但每次都要重新解释。这与本书的写作风格有关，力图使每章内容都相对保持独立。
全书共8个部分19章。本书的翻译、统稿和审校由孟小峰和于戈共同组织完成。孟小峰负责第1～8章，于戈负责第9～16章，其余部分共同负责。具体翻译分工如下：序、前言由孟小峰翻译；第1章由李凌伟、孟小峰翻译；第2章由王博、张荣翻译；第3章由白芸、王建华翻译；第4章由王海燕、丁锐翻译；第5章由豆昱、李明晴翻译；第6章由张新宇、肖震翻译；第7章由孟小峰翻译；第8章由张在建、罗学君、孟小峰翻译；第9～11章由宋宝燕翻译；第12章由王国仁、夏秀峰翻译；第13章由鲍玉斌翻译；第14章由王丹翻译；第15章由于亚新翻译；第16章由于戈翻译；第18、19章由于戈、孟小峰翻译。
译者曾在2001年在罗马VLDB大会上有幸见到Jim Gray，谈到翻译本书的打算，得到他的极大鼓励，并在随后的版权购买过程中给予很大的帮助。2002年在北京再次见到Jim Gray博士，谈起我们的翻译工作已接近尾声，Jim 显得极为高兴，并欣然在回美国的旅途中给本书中译本作了序。
译者感谢机械出版社华章公司的编辑们，没有他们的努力，本书是不可能完成的。
本书涉及面广，内容丰富，术语量大，这在一般的书籍中是不常见的，翻译难度可想而知。本书译词主要遵从教科书中的习惯用法，并参考《英汉计算机词典》（修订本，1998）等。为了搞清其他领域（如容错、操作系统等）中的词汇，我们专门请教了一些这方面的专家。但在翻译中仍感力不从心，译文中不当之处在所难免。诚恳读者批评指正并不吝赐教。如果你有任何建议或意见，欢迎发Email给xfmeng@public.bta.net.cn, yuge@ mail.neu.edu.cn。
译 者
2003年4月
值此译稿完成之时，从DBWORLD惊悉关系模型的发明人E·F Codd博士于2003年4月18日不幸辞世（1923年~2003年）。人虽逝去，但关系模型这一知识财富却在造福着人类。在整个计算机软件领域，恐怕难以找到第二个像关系模型这样简单，但所带来的市场价值却如此巨大的概念。其实，传承这一发明并使之真正实用化的关键人物有两人：一是C·J Date，他使关系模型概念普及化，为大众所接受；另一个当属本书的作者之一Jim Gray博士，他使关系模型的技术实用化，为大众服务。在IBM工作期间，Jim Gray参与和主持过IMS、System R、 SQL/DS、DB2等项目的开发。其中，除了System R仅作为研究原型，没有成为产品外，其他几个项目都发展成数据库市场上有影响力的产品。这其中Jim Gray博士在事务处理技术方面的贡献功不可没。
在关系数据库理论基本成熟后，各大公司在关系数据库管理系统（RDBMS）的实现和产品开发中都遇到一系列技术问题。主要是在数据库的规模愈来愈大，数据库的结构愈来愈复杂，又有愈来愈多的用户共享数据库的情况下，如何保障数据的完整性、安全性、并发性以及故障恢复的能力，这些问题成为数据库产品是否能实用化并最终为用户接受的关键因素。Jim Gray在解决这些重大技术问题，使RDBMS成熟并顺利进入市场的过程中，起到了关键性作用。概括地说，解决上述问题的主要技术手段和方法是：把对数据库的操作划分为称为“事务”的基本原子单位，一个事务要么全做，要么全不做（即all-or-nothing原则）；用户在对数据库发出操作请求时，需要对有关的数据“加锁”，防止不同用户的操作之间互相干扰；在事务运行过程中，采用“日志”记录事务的运行状态，以便发生故障时进行恢复；对数据库的任何更新都采用“两阶段提交”策略。以上方法及其他各种方法总称为“事务处理技术”。Jim Gray在事务处理技术上的创造性思维和开拓性工作，使他成为这一领域公认的权威人士，并于1998年获得图灵奖，成为自图灵奖诞生32年来第三位因在数据库技术的发展中做出重大贡献而获此殊荣的学者（见《ACM图灵奖（1966~1999）》，高等教育出版社，2000年）。
本书即是Jim Gray博士和德国斯图加特大学Andreas Reuter教授多年来在事务处理领域所取得成就的结晶。本书有如下几个显著特征：
?内容的组织和叙述的方法独树一帜 计算机科学在其60多年的发展中已形成了一个综合性的学科体系，可分为硬件、软件、计算机原理、操作系统……等诸多领域。现有的书通常是某个学科领域的知识总结。本书却是一个例外。它好像是一位大师挥舞手中的巨擎，打破时空的界限，勾画出的印象派杰作。作者用一个系统实现者的眼光阐述有关问题，力图使读者“所学即能为我所用”，因此数据结构和程序片段在书中随处可见。它更注重实效，更加独树一帜。
?内容的广泛和技术的深入独一无二 本书的目的是解决如何建造大型的、分布的、异构的计算机系统的问题。事务处理技术只是作者阐述这一复杂问题的“一种集成的概念框架”，书中内容分为七个部分，即事务处理基础、容错技术、面向事务的计算、并发控制、恢复、资源管理器实例、系统综述；分别涉及计算机基本知识、数据库系统、分布式系统、操作系统等。该书的内容涉猎广泛，而在事务处理技术上讲述得深入透彻而且完整全面。本书更像是一本关于事务处理的小型百科全书，这在计算机界是独一无二的。
?技术的实践和学术的研究完美结合 其实本书在整体上主张技术实践优先论。事务处理是一个技术实践引导理论研究的领域。通常商业系统实现了某些思想之后很久，该思想才会在学术界出现。Jim Gray常年在工业界的研究机构工作，大部分时间从事实际系统的开发。他实际是在通过本书向进行学术研究的人们提个醒儿，计算机的技术创新应该从研究系统开始，两者的贡献是不分高下的。
?扎实的功底和渊博的知识力透纸背 书中叙述的有关“Sphere of Control”的概念闻所未闻（第4章，译为控制区域），事务理论详尽透彻（第7章），文件系统的实现滴水不漏（第13～15章）。在本书的翻译过程中，我们常常为作者深厚的功底和渊博的知识所折服，同时又为自己的知识欠缺而惭愧，自叹不能精确地传达作者精妙的论述。
当然本书也不是完美无缺的。由于本书的内容过多，在叙述上有些内容不够简练，有些内容的叙述甚至太过冗余。如事务的ACID特性，几乎每章都用到，但每次都要重新解释。这与本书的写作风格有关，力图使每章内容都相对保持独立。
全书共8个部分19章。本书的翻译、统稿和审校由孟小峰和于戈共同组织完成。孟小峰负责第1～8章，于戈负责第9～16章，其余部分共同负责。具体翻译分工如下：序、前言由孟小峰翻译；第1章由李凌伟、孟小峰翻译；第2章由王博、张荣翻译；第3章由白芸、王建华翻译；第4章由王海燕、丁锐翻译；第5章由豆昱、李明晴翻译；第6章由张新宇、肖震翻译；第7章由孟小峰翻译；第8章由张在建、罗学君、孟小峰翻译；第9～11章由宋宝燕翻译；第12章由王国仁、夏秀峰翻译；第13章由鲍玉斌翻译；第14章由王丹翻译；第15章由于亚新翻译；第16章由于戈翻译；第18、19章由于戈、孟小峰翻译。
译者曾在2001年在罗马VLDB大会上有幸见到Jim Gray，谈到翻译本书的打算，得到他的极大鼓励，并在随后的版权购买过程中给予很大的帮助。2002年在北京再次见到Jim Gray博士，谈起我们的翻译工作已接近尾声，Jim 显得极为高兴，并欣然在回美国的旅途中给本书中译本作了序。
译者感谢机械出版社华章公司的编辑们，没有他们的努力，本书是不可能完成的。
本书涉及面广，内容丰富，术语量大，这在一般的书籍中是不常见的，翻译难度可想而知。本书译词主要遵从教科书中的习惯用法，并参考《英汉计算机词典》（修订本，1998）等。为了搞清其他领域（如容错、操作系统等）中的词汇，我们专门请教了一些这方面的专家。但在翻译中仍感力不从心，译文中不当之处在所难免。诚恳读者批评指正并不吝赐教。如果你有任何建议或意见，欢迎发Email给xfmeng@public.bta.net.cn, yuge@ mail.neu.edu.cn。
译 者
2003年4月
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前 言
买书的同时若能买到读书的时间，将是再好不过了。
亚瑟·叔本华：附录和补遗
写作此书的目的
本书的目的就是帮助读者理解大型、分布、异构的计算机系统可靠工作的原理。与常见的分布计算的复杂方法不同，本书力图展示一种易于使用的分布系统应用开发方法。为什么书名不用诸如分布系统、高可靠性、互操作性或客户/服务器等词汇，而使用了一个比较一般的术语—事务处理呢？对很多人来说这是一个表示老式数据处理的词汇，指面向批处理和大型主机的工作方式。
问题的关键是，一个大型的应用系统可能具有上千个终端，用到上百台计算机，需提供绝对没有停机时间的服务，对这种系统的设计、实现和操作，只从一个角度来阐述清楚是不可能的，这也是本书如此浩繁的原因。因此需要用一种综合的观察角度和方法来解决分布系统的问题。我们的宗旨是说明，事务提供了这样一种集成的概念框架，而面向分布事务的操作系统可以作为具体的实现技术。客户/服务器范型提供了一种结构化系统和开发应用的好方式，但仍然需要用事务来控制客户/服务器的交互操作。简而言之：没有事务，分布式系统不能满足典型实际应用的需要。
不过这并不是最关键的理由；更重要的是，这是许多人（包括系统实现者、系统管理者和应用开发人员）从实践中得到的收获。当然，开发大型系统的概念已经由来已久。事实上，在批处理处于全盛的时期，一些主要思想老早就被人们提出了，而且至今它们也不显得过时。事务处理概念是为解决单处理器联机应用的复杂性而被提出的。其实，这些概念对具有更高复杂性的海量分布系统的有效实现，显得更为至关重要。本书主要阐述事务概念是如何用于解决分布系统问题的，以及这些概念如何使我们在有限的资金和风险范围内，能够建立高性能、高可用性的应用。我们试图通过一些我们所熟悉的“历史教训”来阐述这一开发理念。归结一点，事务有助于掩盖，甚至避免分布系统的复杂性。
目前有很多的书是关于数据库系统（传统的数据库和分布数据库）、操作系统、计算机通信、应用开发的—还可以列很多。围绕这些术语的学科划分已深深地根植于世界各地的计算机科学的教学体系中。相应的教育和专家也按此分门别类。有关的书籍通常是以一种枚举的风格，将过去十多年在这一领域的技术文献中的主要思想罗列给读者。这种写作风格试图提供很多观点和可供选择的方案，但很少告诉读者什么观点是好的，什么是不怎么好的，以及为什么好与不好。更确切地说，你若要真的设计和实现一个实际系统，这些有关算法的一般综述几乎不能说明什么，例如，如何开始以及从哪里开始你的系统设计。
我们的宗旨是帮助读者解决实际问题。本书的重点在于，对问题只提供一两个解决方法和有关的说明，而对许多其他的方法并不一一涉及，也就是说本书不采用百科全书式的叙述风格。但本书的内容是广泛的，它将从一个系统的角度全面阐述事务处理的概念和技术。要使一个大型的系统正常运行，必须采用一种真正的“一条龙”的观点，即从一个请求开始，通过系统的各个层次和构件，直到结果被安全地输出为止。这其中要涉及终端上的表示管理、通信子系统、操作系统、数据库、程序设计语言的执行系统以及应用开发环境等。设计一个集成度如此之高的系统，所需要的一套设计方案将完全有别于功能有限的算法设计。这种全面整体性的方法是在其他有关分布系统和数据库的著作中所未曾见到的。自1986年我们开始写作本书以来，我们一直深信这种方法是必需的。
内容的选择和组织
由于采用“一条龙”的观点，这需要我们覆盖很多基础性的东西，我们将重点放在事务处理的基本概念上：如简单的TP系统的结构化问题、简单的事务模型、简单的加锁、简单的写日志、简单的恢复等等。随便翻翻目前的教材和参考书，就会发现它们在基本概念上是模糊不清的。例如，在现有的教材中，我们还没有发现有关B树的真正实现的描述。而B树目前是用于数据库、文件系统、信息检索系统等之中的基本存取路径结构，是真正基本的东西。本书更像一本编译课程的教材或Tanenbaum的操作系统书。其中提供了很多代码片段用于说明基本算法和数据结构。
本书注重实效，详尽阐述并覆盖基本的事务处理问题。本书的写作使我们确信这是一种好的方法，不过这种写作方法和风格可能看起来比较陌生。我们的动机就是要以注重实效的观点阐述问题。目前没有结构化复杂系统的理论；因此重大决策不是依赖理论，更合适的做法是依赖良好的基础修养和依从好的工程原则—即注重实效的标准。我们相信，这些从面向事务处理的基本概念中导出的原则，会在未来若干年内显得至关重要。
本书主体部分有7个主题，共分16章，阅读上可或多或少地相互独立，并可按不同的次序阅读。
第一个内容是事务处理的总体概述（第1章）。它讲述了总体的系统概貌。介绍了基本的事务特性：原子性（要么全做，要么全不做）、一致性（状态的正确转换）、隔离性（没有并发冲突）、永久性（已提交的更新不受任何系统故障的影响）—简称为ACID。没有技术背景的读者阅读到此，就能够对本领域有大致的了解。
第2章是为那些对计算机科学基本术语不甚熟悉的读者准备的。本章介绍了有关硬件、软件、协议标准等等方面最为重要的术语和概念。所有这些术语是后续讨论所必需的。
第3章阐述为什么系统会失败，并给出如何避免此类故障的建议。本章回顾了硬件和软件的容错概念和技术（如彻底失败、冗余、模块化、修复）。若你想使用不完善的现成组件开发一个具有1万年平均无故障时间的模块，本章可以提供这方面的内容。第3章解释了在构建高可用软件时事务的重要意义。
第4～6章讲述了事务的有关理论和使用。第4章详细讨论了把应用系统构造为事务的具体含义。重点讨论了目前不能被扁平事务很好支持的计算类型。进行这些计算的应用需要事务概念的扩展和广义性。第5章通过描述TP监控器的作用，解释了面向事务的计算究竟对操作系统和其他低级别部件意味着什么。同时还解释了事务程序如何与这些系统服务交互作用。第6章是面向程序设计人员的。它提供了很多程序控制结构和代码片段来解释事务型的远程过程调用的工作原理、请求调度的处理，以及其他精妙之处。对位级（bit-level）事件不感兴趣的读者可略过本章的前半部分，直接从6.4节事务队列的内容开始阅读。
第7、8章介绍了并发的理论和实践。事务处理系统将应用中的所有并行执行部分掩盖起来，因此支持了ACID特性中的隔离性。第7章叙述了这些技术背后的理论，第8章则展示了如何用封锁技术实现这一理论。
第9～12章介绍了事务管理和恢复技术，即与事务原子性和永久性有关的内容。第9章讲述写日志和归档的处理。第10章讨论如何编写事务型资源管理器，如数据库系统或队列管理器。它阐述了资源管理器如何与事务相结合，如何写日志记录、获得锁和参与事务的提交和回滚。书中给出了一个简单的资源管理器（一位资源管理器）来具体展示这方面的技术。第11章介绍事务管理器，它具体负责确定事务的状态和了解参与此事务的资源管理器的情况。本章给出了一个简单事务管理器的具体实现—当然对具体细节不感兴趣的读者同样可以略过这些内容。第12章是事务管理器所用到的高级概念和技术的汇总。
第13～15章讨论一个相对独立的内容：一个非常重要的资源管理器—事务型文件系统的实现。从裸金属（磁盘）开始，讨论空间管理问题，并详细论述了系统中缓冲管理器的角色。接下来，介绍了在定长页面中变长元组的组织，以及支持面向元组存取的所有文件组织方式。最后，第15章讨论了关联存取，主要介绍B树及其在高并行环境下的实现问题。所有这些都以一种支持ACID特性的方式实现，即产生的文件、元组和存取路径均是事务型对象。
买书的同时若能买到读书的时间，将是再好不过了。
亚瑟·叔本华：附录和补遗
写作此书的目的
本书的目的就是帮助读者理解大型、分布、异构的计算机系统可靠工作的原理。与常见的分布计算的复杂方法不同，本书力图展示一种易于使用的分布系统应用开发方法。为什么书名不用诸如分布系统、高可靠性、互操作性或客户/服务器等词汇，而使用了一个比较一般的术语—事务处理呢？对很多人来说这是一个表示老式数据处理的词汇，指面向批处理和大型主机的工作方式。
问题的关键是，一个大型的应用系统可能具有上千个终端，用到上百台计算机，需提供绝对没有停机时间的服务，对这种系统的设计、实现和操作，只从一个角度来阐述清楚是不可能的，这也是本书如此浩繁的原因。因此需要用一种综合的观察角度和方法来解决分布系统的问题。我们的宗旨是说明，事务提供了这样一种集成的概念框架，而面向分布事务的操作系统可以作为具体的实现技术。客户/服务器范型提供了一种结构化系统和开发应用的好方式，但仍然需要用事务来控制客户/服务器的交互操作。简而言之：没有事务，分布式系统不能满足典型实际应用的需要。
不过这并不是最关键的理由；更重要的是，这是许多人（包括系统实现者、系统管理者和应用开发人员）从实践中得到的收获。当然，开发大型系统的概念已经由来已久。事实上，在批处理处于全盛的时期，一些主要思想老早就被人们提出了，而且至今它们也不显得过时。事务处理概念是为解决单处理器联机应用的复杂性而被提出的。其实，这些概念对具有更高复杂性的海量分布系统的有效实现，显得更为至关重要。本书主要阐述事务概念是如何用于解决分布系统问题的，以及这些概念如何使我们在有限的资金和风险范围内，能够建立高性能、高可用性的应用。我们试图通过一些我们所熟悉的“历史教训”来阐述这一开发理念。归结一点，事务有助于掩盖，甚至避免分布系统的复杂性。
目前有很多的书是关于数据库系统（传统的数据库和分布数据库）、操作系统、计算机通信、应用开发的—还可以列很多。围绕这些术语的学科划分已深深地根植于世界各地的计算机科学的教学体系中。相应的教育和专家也按此分门别类。有关的书籍通常是以一种枚举的风格，将过去十多年在这一领域的技术文献中的主要思想罗列给读者。这种写作风格试图提供很多观点和可供选择的方案，但很少告诉读者什么观点是好的，什么是不怎么好的，以及为什么好与不好。更确切地说，你若要真的设计和实现一个实际系统，这些有关算法的一般综述几乎不能说明什么，例如，如何开始以及从哪里开始你的系统设计。
我们的宗旨是帮助读者解决实际问题。本书的重点在于，对问题只提供一两个解决方法和有关的说明，而对许多其他的方法并不一一涉及，也就是说本书不采用百科全书式的叙述风格。但本书的内容是广泛的，它将从一个系统的角度全面阐述事务处理的概念和技术。要使一个大型的系统正常运行，必须采用一种真正的“一条龙”的观点，即从一个请求开始，通过系统的各个层次和构件，直到结果被安全地输出为止。这其中要涉及终端上的表示管理、通信子系统、操作系统、数据库、程序设计语言的执行系统以及应用开发环境等。设计一个集成度如此之高的系统，所需要的一套设计方案将完全有别于功能有限的算法设计。这种全面整体性的方法是在其他有关分布系统和数据库的著作中所未曾见到的。自1986年我们开始写作本书以来，我们一直深信这种方法是必需的。
内容的选择和组织
由于采用“一条龙”的观点，这需要我们覆盖很多基础性的东西，我们将重点放在事务处理的基本概念上：如简单的TP系统的结构化问题、简单的事务模型、简单的加锁、简单的写日志、简单的恢复等等。随便翻翻目前的教材和参考书，就会发现它们在基本概念上是模糊不清的。例如，在现有的教材中，我们还没有发现有关B树的真正实现的描述。而B树目前是用于数据库、文件系统、信息检索系统等之中的基本存取路径结构，是真正基本的东西。本书更像一本编译课程的教材或Tanenbaum的操作系统书。其中提供了很多代码片段用于说明基本算法和数据结构。
本书注重实效，详尽阐述并覆盖基本的事务处理问题。本书的写作使我们确信这是一种好的方法，不过这种写作方法和风格可能看起来比较陌生。我们的动机就是要以注重实效的观点阐述问题。目前没有结构化复杂系统的理论；因此重大决策不是依赖理论，更合适的做法是依赖良好的基础修养和依从好的工程原则—即注重实效的标准。我们相信，这些从面向事务处理的基本概念中导出的原则，会在未来若干年内显得至关重要。
本书主体部分有7个主题，共分16章，阅读上可或多或少地相互独立，并可按不同的次序阅读。
第一个内容是事务处理的总体概述（第1章）。它讲述了总体的系统概貌。介绍了基本的事务特性：原子性（要么全做，要么全不做）、一致性（状态的正确转换）、隔离性（没有并发冲突）、永久性（已提交的更新不受任何系统故障的影响）—简称为ACID。没有技术背景的读者阅读到此，就能够对本领域有大致的了解。
第2章是为那些对计算机科学基本术语不甚熟悉的读者准备的。本章介绍了有关硬件、软件、协议标准等等方面最为重要的术语和概念。所有这些术语是后续讨论所必需的。
第3章阐述为什么系统会失败，并给出如何避免此类故障的建议。本章回顾了硬件和软件的容错概念和技术（如彻底失败、冗余、模块化、修复）。若你想使用不完善的现成组件开发一个具有1万年平均无故障时间的模块，本章可以提供这方面的内容。第3章解释了在构建高可用软件时事务的重要意义。
第4～6章讲述了事务的有关理论和使用。第4章详细讨论了把应用系统构造为事务的具体含义。重点讨论了目前不能被扁平事务很好支持的计算类型。进行这些计算的应用需要事务概念的扩展和广义性。第5章通过描述TP监控器的作用，解释了面向事务的计算究竟对操作系统和其他低级别部件意味着什么。同时还解释了事务程序如何与这些系统服务交互作用。第6章是面向程序设计人员的。它提供了很多程序控制结构和代码片段来解释事务型的远程过程调用的工作原理、请求调度的处理，以及其他精妙之处。对位级（bit-level）事件不感兴趣的读者可略过本章的前半部分，直接从6.4节事务队列的内容开始阅读。
第7、8章介绍了并发的理论和实践。事务处理系统将应用中的所有并行执行部分掩盖起来，因此支持了ACID特性中的隔离性。第7章叙述了这些技术背后的理论，第8章则展示了如何用封锁技术实现这一理论。
第9～12章介绍了事务管理和恢复技术，即与事务原子性和永久性有关的内容。第9章讲述写日志和归档的处理。第10章讨论如何编写事务型资源管理器，如数据库系统或队列管理器。它阐述了资源管理器如何与事务相结合，如何写日志记录、获得锁和参与事务的提交和回滚。书中给出了一个简单的资源管理器（一位资源管理器）来具体展示这方面的技术。第11章介绍事务管理器，它具体负责确定事务的状态和了解参与此事务的资源管理器的情况。本章给出了一个简单事务管理器的具体实现—当然对具体细节不感兴趣的读者同样可以略过这些内容。第12章是事务管理器所用到的高级概念和技术的汇总。
第13～15章讨论一个相对独立的内容：一个非常重要的资源管理器—事务型文件系统的实现。从裸金属（磁盘）开始，讨论空间管理问题，并详细论述了系统中缓冲管理器的角色。接下来，介绍了在定长页面中变长元组的组织，以及支持面向元组存取的所有文件组织方式。最后，第15章讨论了关联存取，主要介绍B树及其在高并行环境下的实现问题。所有这些都以一种支持ACID特性的方式实现，即产生的文件、元组和存取路径均是事务型对象。
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中 文 版 序
本书的基本前提在于，事务概念是分布式计算的一个重要抽象。在某一层次上实现了事务，那么所有更高的层次上会有一个简化的失败语义（要么全做，要么全不做），并且错误处理也会简单的多。
十年前当本书初次面世时，这是一个基本的观点。自此以后，因特网蓬勃发展，分布式计算在CORBA、DCOM和现在的Web Service的支持下，变得更为切实可行。TP监控器已经被Web服务器和对象请求代理所取代。数据库系统也已经成熟多了。
今天我们看到，许多技术都已接受了这一观点。事务技术被广泛用于操作系统、事务型文件系统，并且事务管理器被加入到了大多数的操作系统中。由于事务技术已经成熟，所以事务型资源管理器（如队列管理器、工作流系统、持久对象系统和主存数据库系统等）日益推广流行。
本书中的一些内容已经过时了—甚至是作废了—但其核心概念和技术已从数据库系统扩展到了分布式计算的范畴。
我和Andreas Reuter感谢译者的辛勤工作。中文，作为更为简洁的语言，会使本书更薄些（也更轻了），中文版还会使十多亿人有机会阅读本书。我希望本书对各位是有价值和有帮助的。
Jim Gray
微软研究院
2002.10
序
企业、政府、科学、文化等领域的活动，正在变得越来越依赖于计算机信息资源。随着计算机系统获取和维护的信息量和种类日益增多，如何使用、管理和保护这些信息的技术对人类和现代工业社会变得至关重要。
事务处理技术是有效管理和使用计算机信息资源的关键。
事务处理涵盖了对所存储的信息和应用程序加以管理两方面的技术，其中应用程序负责对信息的解释和具体操作。从数据库恢复和并发控制，到事务监控器，负责初始化和控制应用的执行。这些事务处理技术为关键信息资源的管理和保护提供了必要的机制和措施，而这些关键信息资源其实已成为商业、科学、文化活动的基础。
为使日益剧增的计算机信息有用，要求它们必须能够准确反映现实世界的情况，并能保证应用程序可获得它们。通常，使用所存储的信息是指访问和修改有关的数据，这些数据集中描述或刻画了现实世界中的某些现象或活动的状态和演化。由于许多数据要一起被访问和修改以便正确反映现实世界，因此必须保证相关数据的一致性。任何对相关数据修改的中断，或对相关数据访问或修改的交错，都会造成数据的不一致性。
保证数据一致性的关键是要明确数据访问和更新的序列。这一序列称为事务。事务处理技术就是要确保一个事务要么完整地执行，要么根本不执行，并保证并发执行的事务彼此互不干扰，如同在隔离执行一样。这一技术的意义尤其在于，在一些复杂情况下上述保证仍能得到支持，如计算机部件发生故障、数据分布在不同计算机上或不同事务的交叉或并行执行等。
过去25年中，企业和大学的实验室在事务处理技术方面付出了巨大的努力，已使得该技术可以保证事务的“all-or-nothing”（要么全做，要么全不做）执行，以及并发事务的隔离性。本书第一次全面介绍了事务处理系统的技术和方法，用来控制和保护事务处理系统管理的有价值的信息资源。作者详细描述了商品化的和实验性的事务处理系统的技术现状。重点论证了这些技术的有效性和高效性。详细解释了为什么要面对这些问题以及如何解决这些问题，所有这些使得本书不仅对求知的学生，而且对系统开发人员都是十分有益的。
作者Jim Gray博士和Andreas Reuter教授，在商品化和实验性事务处理系统的实现技术方面，加起来已有五十多年的直接经验。他们对事务处理技术做出了巨大的贡献，并因他们的学术成就而享誉世界。本书既是他们对事务处理问题深刻理解的结晶，也是对大部分行之有效的事务处理实现技术的难得的评价。作者具有的对基本概念和使用方法的辨识能力，给读者理解事务处理系统的问题和技术，提供了坚实和实用的基础。
本书的基本前提在于，事务概念是分布式计算的一个重要抽象。在某一层次上实现了事务，那么所有更高的层次上会有一个简化的失败语义（要么全做，要么全不做），并且错误处理也会简单的多。
十年前当本书初次面世时，这是一个基本的观点。自此以后，因特网蓬勃发展，分布式计算在CORBA、DCOM和现在的Web Service的支持下，变得更为切实可行。TP监控器已经被Web服务器和对象请求代理所取代。数据库系统也已经成熟多了。
今天我们看到，许多技术都已接受了这一观点。事务技术被广泛用于操作系统、事务型文件系统，并且事务管理器被加入到了大多数的操作系统中。由于事务技术已经成熟，所以事务型资源管理器（如队列管理器、工作流系统、持久对象系统和主存数据库系统等）日益推广流行。
本书中的一些内容已经过时了—甚至是作废了—但其核心概念和技术已从数据库系统扩展到了分布式计算的范畴。
我和Andreas Reuter感谢译者的辛勤工作。中文，作为更为简洁的语言，会使本书更薄些（也更轻了），中文版还会使十多亿人有机会阅读本书。我希望本书对各位是有价值和有帮助的。
Jim Gray
微软研究院
2002.10
序
企业、政府、科学、文化等领域的活动，正在变得越来越依赖于计算机信息资源。随着计算机系统获取和维护的信息量和种类日益增多，如何使用、管理和保护这些信息的技术对人类和现代工业社会变得至关重要。
事务处理技术是有效管理和使用计算机信息资源的关键。
事务处理涵盖了对所存储的信息和应用程序加以管理两方面的技术，其中应用程序负责对信息的解释和具体操作。从数据库恢复和并发控制，到事务监控器，负责初始化和控制应用的执行。这些事务处理技术为关键信息资源的管理和保护提供了必要的机制和措施，而这些关键信息资源其实已成为商业、科学、文化活动的基础。
为使日益剧增的计算机信息有用，要求它们必须能够准确反映现实世界的情况，并能保证应用程序可获得它们。通常，使用所存储的信息是指访问和修改有关的数据，这些数据集中描述或刻画了现实世界中的某些现象或活动的状态和演化。由于许多数据要一起被访问和修改以便正确反映现实世界，因此必须保证相关数据的一致性。任何对相关数据修改的中断，或对相关数据访问或修改的交错，都会造成数据的不一致性。
保证数据一致性的关键是要明确数据访问和更新的序列。这一序列称为事务。事务处理技术就是要确保一个事务要么完整地执行，要么根本不执行，并保证并发执行的事务彼此互不干扰，如同在隔离执行一样。这一技术的意义尤其在于，在一些复杂情况下上述保证仍能得到支持，如计算机部件发生故障、数据分布在不同计算机上或不同事务的交叉或并行执行等。
过去25年中，企业和大学的实验室在事务处理技术方面付出了巨大的努力，已使得该技术可以保证事务的“all-or-nothing”（要么全做，要么全不做）执行，以及并发事务的隔离性。本书第一次全面介绍了事务处理系统的技术和方法，用来控制和保护事务处理系统管理的有价值的信息资源。作者详细描述了商品化的和实验性的事务处理系统的技术现状。重点论证了这些技术的有效性和高效性。详细解释了为什么要面对这些问题以及如何解决这些问题，所有这些使得本书不仅对求知的学生，而且对系统开发人员都是十分有益的。
作者Jim Gray博士和Andreas Reuter教授，在商品化和实验性事务处理系统的实现技术方面，加起来已有五十多年的直接经验。他们对事务处理技术做出了巨大的贡献，并因他们的学术成就而享誉世界。本书既是他们对事务处理问题深刻理解的结晶，也是对大部分行之有效的事务处理实现技术的难得的评价。作者具有的对基本概念和使用方法的辨识能力，给读者理解事务处理系统的问题和技术，提供了坚实和实用的基础。
评论交流
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发表于：2004-3-26 10:23:00
Jim Gray和Andreas Reuter的这本书在交易处理领域的崇高地位不逊色于文学界莎士比亚的经典名著，想梁实秋先生历时30年译出莎氏全集，实令人敬佩。翻译Gray先生的书，译者非有似梁实秋先生之精神、阅历和功底，孟小峰教授当有此能力，毋庸质疑，译者序就写得相当不错，但众多学生译者实不敢恭维，没有10年功力、经验，没有管理关系上百万用户日常生活的大型数据库的心理体验，没有经历成功的喜悦和失败的痛苦，没有服务用户的理念，没有科学和人文的精神，翻译不出书中滋味。英文版应同步推出。—— 纯属个人观点
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