主要观点:作者通过阅读《Database Internals》学习数据库实现,以 B 树为例,用 TLA+建模来更好地理解。B 树是关系数据库用于存储磁盘数据的结构,作者先创建键值存储的输入输出行为描述,用 TLA+的变量建模函数调用,包括插入请求(InsertReq)和插入响应(InsertResp)等操作,还定义了一些辅助函数如 Present 和 Absent 来检查键是否存在。同时,作者跟踪函数调用状态,用 state 变量表示是否有函数调用在进行。接着作者介绍了 B 树的结构和节点类型,用 TLA+函数建模节点和关系,如 isLeaf、keysOf 等。在插入操作中,需要处理多种情况,如节点分裂等,作者定义了不同的状态来表示插入过程的不同阶段,并定义了新的变量如 focus 和 toSplit 来跟踪插入过程。还通过概念“free”节点来动态分配新节点。作者定义了一些不变式来检查 B 树规范的行为是否符合预期,如 InnersMustHaveLast 等。模型中未实现删除操作,通过定义细化映射(refinement mapping)检查 B 树是否符合键值存储的行为规范,发现未实现删除操作不影响细化映射的正确性,但要检查 B 树实现删除函数需要定义活性属性(liveness property)。最后讨论了选择抽象粒度的问题,作者选择不建模 B 树叶子节点的内部细节,认为行为本身已经足够复杂。整个过程体现了形式化建模作为思维工具的作用,能抽象掉不相关细节,迫使思考各种情况。
关键信息:
- 用 TLA+建模 B 树相关操作,如插入请求和响应。
- 定义多种变量和函数来描述 B 树结构和行为。
- 未实现删除操作及相关讨论。
- 强调形式化建模作为思维工具的作用。
重要细节:
- TLA+中函数调用用 op、args 和 ret 变量建模。
- B 树结构包括内节点和叶节点,内节点存储键和指针,叶节点存储键值对。
- 插入操作时要处理节点分裂及相关情况,定义多种状态和变量。
- 定义不变式来检查 B 树规范的正确性。
- 通过细化映射检查 B 树与键值存储的行为规范。
- 讨论选择抽象粒度的问题及不建模叶子节点内部细节的原因。
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