Transaktioner och samtidighet

Transkript

1 Databases Transaktioner och samtidighet Real World Model User 4 Updates User Queries 3 Answers Updates User Queries 2 Answers Updates UserQueries 1 Answers Updates Queries Answers Database management system Processing of queries and updates Access to stored data Physical database december december Varför ska man kunna det här: Bara 4 platser kvar på flyget. Ettannatexempel: Lena Book(sess1,flight1,4); Add_passenger(Lena,sess1); Add_passenger(Göran, sess1); Add_passenger(Filip,sess1); José Administratören: Update employee Set salary = salary Chefen: select sum(salary) from employee Add_passenger(Ludvig, sess1); Add_payment(Sess1, Lena); Confirm(Sess1,Tick); Fails Book(sess2,flight1,1); Add_passenger(Jose,sess2); Add_payment(sess1, Jose); Confirm(sess1,Tick); Generated code: For each emp in employee; Read(salary) Salary =salary Write(salary); december december

2 Denna föreläsning Vad är en transaktion? Samtidighet och serialisering Implementation av serialisering (låsning) Transaktioner december december Transaktioner Exempel på transaktioner En transaktion är den logiska enheten av databasbearbetning och kan bestå av en eller flera databasoperationer. Databasoperationer i en förenklad modell: read-item(x) write-item(x) december december

3 Transaktioner Read-item(X) Q: Hur exekverar man en read-item och en write-item? 1. Hitta blocket som innehåller X 2. Kopiera blocket till primärminnet (buffert) 3. Kopiera X från bufferten till programvariabel X Obs: mera om buffert i nästa föreläsning. december december Write-item(X) Exempel på transaktioner 1. Hitta blocket som innehåller X 2. Kopiera blocket till primärminnet (buffert) 3. Kopiera värdet av programvariabel X till rätt plats i bufferten 4. Lagra det modifierade blocket på skivan december december

4 Egenskaper hos transaktioner Egenskaper för transaktioner Minsta enhet av operation Kan ändra databasen Kan gå fel ACID: Atomicity, Consistency preservation, Isolation, Durability A: En transaktion är en atomär enhet för bearbetning. Allt eller inget. ACID-egenskaperna C: En databas som befinner sig i ett konsistent tillstånd (d.v.s. databasen uppfyller alla villkor i schemat och eventuella andra villkor) före exekveringen av en transaktion, befinner sig i ett konsistent tillstånd även efter exekveringen. december december Egenskaper för transaktioner Egenskaper för transaktioner ACID: Atomicity, Consistency preservation, Isolation, Durability Hur uppnår man ACID-egenskaperna? I: En transaktion borde framstå som om den exekverades isolerad från andra transaktioner. A: återställningssystemet C: programmeraren + DBMS I: samtidighetskontroll D: Ändringar som gjordes i databasen av en committad transaktion består i databasen. D: återställningssystemet december december

5 Enanvändarsystem - Fleranvändarsystem Samtidighet Enanvändarsystem: högst 1 användare kan använda systemet vid varje tidpunkt Fleranvändarsystem: flera användare kan använda systemet samtidigt flera CPU: parallell bearbetning en CPU: interfoliering (eng. interleaving) december Notation Interfoliering december december

6 Transactionsschema Vad händer om? När två transaktioner interfolierar refererar vi till ordningen mellan operationerna som ett transaktionsschema. december december Problem med interfoliering Lost-update Det finns fyra typer av problem som kan uppstår när vi har interfoliering. - Lost update - Dirty read - Incorrect summary - Unrepeatable read december december

7 Temporary Update (Dirty-Read) Incorrect summary FAIL my-account := my-account1 - write-item(my-account1); my-account := my-account2 + write-item(my-account2); sum:= 0; sum := sum + my-account2; sum := sum + my-account1; december december Unrepeatable read Samtidighet Ett tidsschema S är seriellt om operationerna i varje transaktion T exekveras direkt efter varandra. Ett tidsschema S är serialiserbart om det finns ett ekvivalent seriellt tidsschema S'. ekvivalent: konfliktekvivalent Seriella scheman inneffektivs serialiserbara bättre Båda typerna undviker fel i transaktionerna december december

8 Seriella scheman Seriella scheman december december Konfliktekvivalens Konfliktekvivalens Två operationer är i konflikt om följande gäller: (i) de tillhör olika transaktioner (ii) de accessar samma data X (iii) en av operationerna är write-item(x) Två tidschema S och S' är konfliktekvivalenta om ordningen mellan varje par av operationer i konflikt är samma i S och S'. I ett (konflikt)serialiserbart tidsschema kan man omorganisera operationerna som inte är i konflikt tills vi får ett seriellt tidsschema. december december

9 Serialiserbart schema? Serialiserbart schema? december december Serialierbart schema? Algoritm för testning av serialiserbarhet Med hjälp av en riktad graf 1. skapa en nod för varje transaktion 2. om T j exekverar read-item(x) efter att T i exekverar writeitem(x), skapa en båge T i T j 3. om T j exekverar write-item(x) efter att T i exekverar readitem(x), skapa en båge T i T j december december

10 Algoritm för testning av serialiserbarhet Algoritm för testning av serialiserbarhet 4. om T j exekverar write-item(x) efter att T i exekverar writeitem(x), Med hjälp av en riktad graf 1. skapa en nod för varje transaktion skapa en båge T i T j 2-4. för varje par av operationer i konflikt, skapa en båge T först T sist 5. S är serialiserbar om grafen inte innehåller någon cykel. 5. S är serialiserbar om grafen inte innehåller någon cykel. december december Serialiserbara scheman? Serialiserbara scheman? december december

11 Implementation av serialiserbarhet Låsning Problem: Transaktioner uppstår interativt I realtid. Effektivitet viktigt grafsökning dyrt. Låsning: kontrollera access till data delade/odelade lås eller läs-/skrivlås: read-lock(x) write-lock(x) unlock(x) december december Delad/Odelad Låsning Delad/Odelad Låsning 1. En transaktion T ska låsa X m.h.a. read-lock(x) eller writelock(x) före exekvering av read-item(x). 4. En transaktion T ska inte använda ett read-lock(x) om den redan har ett läslås eller ett skrivlås på X. 2. En transaktion T ska låsa X m.h.a. write-lock(x) före exekvering av write-item(x). 5. En transaktion T ska inte använda ett write-lock(x) om den redan har ett läslås eller ett skrivlås på X. 3. En transaktion T måste låsa upp X m.h.a. unlock(x) efter att alla read-item(x) och write-item(x) i T har exekverats. december december

12 Låsning Exempel Ursprunglig transaktion Med lås read-lock(my-account1); unlock(my-account1); write-lock(my-account2); write-lock(my-account); write-lock(my-account); my-account2:= my-account ; write_item(myaccount2); my-account2:= my-account2+200; write_item(myaccount2); unlock(my-account2); unlock(my-account); write-lock(other-account); unlock(my-account); unlock(other-account); december december Exempel Serialiserbarhet genom Tvåfaslåsning write-lock(account1); read-item(account1); account1 := account1-200; write_item(myaccount1); unlock(account1); write-lock(account2); read-item(account2); account2:= account ; write_item(account2); unlock(account2); sum:=0; read-lock(account1); read-item(account1); sum := sum + account1; unlock(account1); read-lock(account2); read-item(account2); sum := sum + account2; unlock(account2); En transaktion följer tvåfaslåsningsprotokollen om alla låsoperationer (read-lock, write-lock) kommer före den första unlock-operationen i transaktionen. En transaktion som följer tvåfaslåsningsprotokollen har en expansionsfas och en krympfas. december december

13 Exempel fortsättning Tvåfaslåsning? write-lock(my-account1); my-account1 := my-account1-200; write_item(myaccount1); write-lock(my-account2); unlock(my-account1); my-account2:= my-account ; write_item(myaccount2); unlock(my-account2); sum:=0; read-lock(account1); read-item(account1); sum := sum + account1; read-lock(account2); unlock(account1); read-item(account2); sum := sum + account2; unlock(account2); read-lock(my-account1); write-lock(my-account2); unlock(my-account1); my-account2:= my-account2+200; write_item(myaccount2); unlock(my-account2); read-lock(my-account1); unlock(my-account1); write-lock(my-account2); my-account2:= my-account2+200; write_item(myaccount2); unlock(my-account2); december december Serialiserbarhet genom Tvåfaslåsning Vad händer om? Om alla transaktioner följer tvåfaslåsningsprotokollen då får man ett serialiserbart tidsschema. write-lock(my-account1); my-account1 := my-account1-200; write_item(myaccount1); write-lock(my-account2); my-account2:= my-account ; write_item(myaccount2); unlock(my-account1); unlock(my-account2); write-lock(my-account2); my-account2 := my-account2*1.1; write_item(myaccount2); write-lock(my-account1); my-account1:= my-account1*1.1; write_item(myaccount1); unlock(my-account1); unlock(my-account2); december december

14 Deadlock Deadlock Två eller flera transaktioner väntar på varandra för data som är låst av en annan transaktion. TID förhindra deadlock: Write-lock(my-account1) Write-lock(my-account2) - protokoll: lås all data på förhand, wait-die, wound-wait, no waiting, cautious waiting Write-lock(my-account2) upptäcka deadlock: wait-for graph, timeouts Write-lock(my-account1) december Utsvältning Summering En transaktion exekveras inte för en obestämt tid medan de andra transaktioner exekveras normalt. Transaktioner ACID-egenskaper Problem med samtidighet Seriella och serialiserbara scheman Låsning och tvåfaslåsning Deadlock och lösningar till detta december december