清華大學(xué)數(shù)據(jù)庫access課件 第10章：事務(wù)

1、2022-6-131第第1010章事務(wù)與故障恢復(fù)章事務(wù)與故障恢復(fù)從用戶的觀點(diǎn)看，數(shù)據(jù)庫上一些操作的集合通常被認(rèn)為是一個(gè)獨(dú)立的單元。不論是否發(fā)生故障，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須保證事務(wù)的正確執(zhí)行：或者執(zhí)行整個(gè)事務(wù)或者屬于該事務(wù)的操作一個(gè)也不執(zhí)行。事務(wù)的概念事務(wù)的概念調(diào)度的可恢復(fù)性調(diào)度的可恢復(fù)性事務(wù)的狀態(tài)事務(wù)的狀態(tài)隔離性的實(shí)現(xiàn)隔離性的實(shí)現(xiàn)原子性和持久性的實(shí)現(xiàn)原子性和持久性的實(shí)現(xiàn)SQLSQL中事務(wù)的定義中事務(wù)的定義事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行沖突可串行化的判定沖突可串行化的判定調(diào)度的可串行化調(diào)度的可串行化本章總結(jié)本章總結(jié)2022-6-132DBMSDBMS總體結(jié)構(gòu)回顧：事務(wù)管理器總體結(jié)構(gòu)回顧：事務(wù)管理器應(yīng)用界面

2、應(yīng)用界面索引索引統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典應(yīng)用程序應(yīng)用程序交互查詢交互查詢數(shù)據(jù)庫模式數(shù)據(jù)庫模式嵌入式嵌入式DMLDML預(yù)編譯器預(yù)編譯器DMLDML編譯器編譯器DDLDDL解釋器解釋器查詢計(jì)算引擎查詢計(jì)算引擎事務(wù)管理器事務(wù)管理器緩沖區(qū)管理器緩沖區(qū)管理器文件管理器文件管理器日志日志2022-6-13310.110.1事務(wù)的概念事務(wù)的概念背景知識 古老而典型的例子： 提起事務(wù)，就會用到銀行中兩個(gè)賬戶之間轉(zhuǎn)帳的例子，即從賬戶A轉(zhuǎn)XX元錢到賬戶B，它同時(shí)涉及到兩個(gè)不同賬戶的讀寫操作。 事務(wù)中涉及數(shù)據(jù)庫訪問的基本操作： 讀，read(X)：從數(shù)據(jù)庫中傳送數(shù)據(jù)項(xiàng)X到執(zhí)行read操作的那

3、個(gè)事務(wù)的局部緩沖區(qū)。 寫，write(X)：從執(zhí)行write的那個(gè)事務(wù)的局部緩沖區(qū)中把數(shù)據(jù)項(xiàng)X傳回?cái)?shù)據(jù)庫。2022-6-13410.110.1事務(wù)的概念事務(wù)的概念背景知識 事務(wù)之間的相互影響： 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中同時(shí)可能有很多事務(wù)在執(zhí)行，這些事務(wù)要么互不相干，要么訪問相同的數(shù)據(jù)項(xiàng)； 對于那些訪問相同數(shù)據(jù)項(xiàng)的事務(wù)之間的相互影響要特別處理：2022-6-13510.110.1事務(wù)的概念事務(wù)的概念事務(wù)的特性 為了保證數(shù)據(jù)庫的完整性(一致性)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須維護(hù)事務(wù)的以下特性：ACID 原子性(Atomicity)事務(wù)中的所有操作要么全部執(zhí)行，要么都不執(zhí)行。 一致性(Consistency)如果在執(zhí)行事

4、務(wù)之前數(shù)據(jù)庫是一致的，那么在執(zhí)行事務(wù)之后數(shù)據(jù)庫也還應(yīng)該是一致的。 隔離性(Isolation)即使多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行，每個(gè)事務(wù)都感覺不到系統(tǒng)中有其他事務(wù)在執(zhí)行，以保證數(shù)據(jù)庫的一致性。 持久性(Durability)事務(wù)成功執(zhí)行后它對數(shù)據(jù)庫的修改是永久的，即使系統(tǒng)出現(xiàn)故障。2022-6-13610.110.1事務(wù)的概念事務(wù)的概念一致性 單個(gè)事務(wù)的一致性： 由具體事務(wù)的語義決定。例如對圖中的 事務(wù)Ti來說，一致性要求就是事務(wù)的執(zhí) 行不改變賬戶A和賬戶B的和； 單個(gè)事務(wù)的一致性是由對該事務(wù)進(jìn)行編碼的應(yīng)用程序員負(fù)責(zé)的。 整個(gè)數(shù)據(jù)庫的一致性： 簡單地說，就是數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的完整性，包括它們的正確性； 在單個(gè)

5、事務(wù)都是一致的狀態(tài)下(靜態(tài))，DBMS如何保證執(zhí)行事務(wù)后整個(gè)數(shù)據(jù)庫的一致性(動態(tài))？2022-6-13710.110.1事務(wù)的概念事務(wù)的概念原子性 如果事務(wù)沒有原子性的保證，則在發(fā)生系統(tǒng)故障的情況下，數(shù)據(jù)庫就有可能處于不一致狀態(tài)。如圖所示： 即使沒有故障發(fā)生，系統(tǒng)在某一時(shí)刻也會處于不一致狀態(tài)。原子性的要求就是這種不一致狀態(tài)除了在事務(wù)執(zhí)行當(dāng)中出現(xiàn)外，在其他任何時(shí)刻都是不允許的。 保證原子性是DBMS的責(zé)任： 事務(wù)管理器 數(shù)據(jù)庫日志和恢復(fù)管理器2022-6-13810.110.1事務(wù)的概念事務(wù)的概念持久性 事務(wù)成功執(zhí)行后，對數(shù)據(jù)庫的更新是永久的 可以用以下兩種方式來達(dá)到持久性的目的： 以犧牲應(yīng)用系

6、統(tǒng)的性能為代價(jià)：事務(wù)對數(shù)據(jù)庫所做的任何更新在事務(wù)結(jié)束前已經(jīng)寫入磁盤； 以多占用磁盤空間為代價(jià)：事務(wù)已執(zhí)行的和已寫到磁盤的、對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新的信息是充分的，使得DBMS在系統(tǒng)出現(xiàn)故障后重新啟動時(shí)，能夠重新構(gòu)造更新。 保證持久性也是DBMS的責(zé)任： 事務(wù)管理器 數(shù)據(jù)庫日志和恢復(fù)管理器2022-6-13910.110.1事務(wù)的概念事務(wù)的概念 如何利用日志保證持久性并提高應(yīng)用系統(tǒng)性能？ 一個(gè)事務(wù)的日志日志記錄記錄在向客戶進(jìn)程發(fā)送事務(wù)提交的應(yīng)答之前必須寫入磁盤，但對數(shù)據(jù)的實(shí)際變化即含有數(shù)據(jù)變化的緩沖區(qū)的臟頁臟頁卻沒有必要馬上寫入磁盤！什么是事務(wù)的提交?2022-6-131010.110.1事務(wù)的概念事務(wù)

7、的概念隔離性 事情的起因： 訪問相同數(shù)據(jù)項(xiàng)的不同事務(wù)同時(shí)執(zhí)行時(shí)相互影響 解決的辦法： 串行執(zhí)行：一個(gè)接一個(gè)地執(zhí)行事務(wù)； 并發(fā)執(zhí)行：同時(shí)執(zhí)行多個(gè)事務(wù)，用并發(fā)控制機(jī)制來解決訪問相同數(shù)據(jù)項(xiàng)的不同事務(wù)間的相互影響 隔離性的保證： 確保事務(wù)并發(fā)執(zhí)行后的系統(tǒng)狀態(tài)與這些事務(wù)按某種次序串行執(zhí)行后的系統(tǒng)狀態(tài)是等價(jià)的。 保證隔離性也是DBMS的責(zé)任： 除了事務(wù)、日志，主要是并發(fā)控制管理器。2022-6-131110.210.2事務(wù)的狀態(tài)事務(wù)的狀態(tài)基本術(shù)語 中止事務(wù)： 執(zhí)行中發(fā)生故障、不能執(zhí)行完成的事務(wù)。 回滾事務(wù)： 將中止事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新撤消掉。 已提交事務(wù)： 成功執(zhí)行完成的事務(wù)； 事務(wù)一旦提交，就不能中止它。

8、 補(bǔ)償事務(wù) 撤消已提交事務(wù)對數(shù)據(jù)庫所造成影響的惟一方法是由DBA或程序員手動執(zhí)行一個(gè)補(bǔ)償事務(wù)，而2022-6-131210.210.2事務(wù)的狀態(tài)事務(wù)的狀態(tài)抽象事務(wù)模型 在系統(tǒng)中，事務(wù)必須處于以下狀態(tài)之一： 活動狀態(tài)： 事務(wù)開始執(zhí)行后就處于該狀態(tài)。 部分提交狀態(tài)： 事務(wù)的最后一條語句被執(zhí)行之后。 失敗狀態(tài)： 事務(wù)的正常執(zhí)行不能繼續(xù)后。 中止?fàn)顟B(tài)： 事務(wù)回滾且數(shù)據(jù)庫被恢復(fù)到事務(wù)開始前的狀態(tài)后。 提交狀態(tài)： 事務(wù)成功完成之后。2022-6-131310.210.2事務(wù)的狀態(tài)事務(wù)的狀態(tài)事務(wù)狀態(tài)圖已提交的或中止的事務(wù)稱為已經(jīng)結(jié)束的事務(wù)2022-6-131410.310.3原子性和持久性的實(shí)現(xiàn)原子性和持久

9、性的實(shí)現(xiàn)影子數(shù)據(jù)庫方案 在DBMS中： 事務(wù)管理器 數(shù)據(jù)庫日志和恢復(fù)管理器 提供對事務(wù)原子性和持久性實(shí)現(xiàn)的支持； 這是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，我們以一個(gè)簡單但效率極低的方案為例。這個(gè)方案就是最原始的影子數(shù)據(jù)庫(Shadow-Database)方案，其前提條件是： 某一時(shí)刻DBMS中只有一個(gè)活動事務(wù)； 要處理的數(shù)據(jù)庫只是磁盤上的一個(gè)文件； 磁盤上有一個(gè)稱為db-pointer指針指向該文件。2022-6-131510.310.3原子性和持久性的實(shí)現(xiàn)原子性和持久性的實(shí)現(xiàn)影子數(shù)據(jù)庫方案 原理： 在影子數(shù)據(jù)庫方案中，欲更新數(shù)據(jù)庫的事務(wù)首先創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的一個(gè)完整拷貝；所有的更新都在新建的拷貝上進(jìn)行，而原始數(shù)據(jù)

10、庫(稱為影子拷貝)則原封不動。 如果任何時(shí)候DBMS中的事務(wù)不得不中止：新拷貝簡單地被刪除，原始數(shù)據(jù)庫不受任何影響。 如果事務(wù)執(zhí)行完成，則它的提交過程如下： 首先操作系統(tǒng)確保數(shù)據(jù)庫新拷貝的緩沖區(qū)里的所有頁已被寫到磁盤上(Unix系統(tǒng)中，flush命令)； 在刷新完成后，db-pointer指針被修改為指向數(shù)據(jù)庫的新拷貝，而影子拷貝則被刪除。2022-6-131610.310.3原子性和持久性的實(shí)現(xiàn)原子性和持久性的實(shí)現(xiàn)影子數(shù)據(jù)庫方案 問題的核心： 只有當(dāng)修改后的db-pointer指針寫到磁盤上后，事務(wù)才算是提交了。因此無論是在db-pointer指針修改之前或之后發(fā)生故障，都能保證事務(wù)的原子性

11、和持久性。問題的核心變成了2022-6-131710.310.3原子性和持久性的實(shí)現(xiàn)原子性和持久性的實(shí)現(xiàn)在文本編輯中的應(yīng)用 整個(gè)文本編輯過程可以看成是一個(gè)事務(wù)，事務(wù)的更新操作就是讀文件和寫文件： 開始編輯之前都要復(fù)制舊文件的一個(gè)副本； 所有的文本編輯操作都在這個(gè)副本上進(jìn)行； 不存盤退出就相當(dāng)于中止事務(wù)，保留原來的舊文件，并刪除副本文件； 存盤退出就相當(dāng)于提交事務(wù)，保留新編輯的副本文件，并刪除舊文件。 文本編輯事務(wù)的提交過程： 相當(dāng)于執(zhí)行文件重命名命令； 文件重命名是文件系統(tǒng)上的原子操作。2022-6-131810.310.3原子性和持久性的實(shí)現(xiàn)原子性和持久性的實(shí)現(xiàn)影子數(shù)據(jù)庫方案的評價(jià) 要復(fù)制整

12、個(gè)數(shù)據(jù)庫、不允許并發(fā)執(zhí)行，因此效率太低； 為解決其他問題提供了思路：即副本方法。數(shù)據(jù)庫一致性的實(shí)現(xiàn) 在DBMS中，事務(wù)的ACID特征最終是為了保證整個(gè)數(shù)據(jù)庫的一致性，與保證單個(gè)事務(wù)的一致性不同，它的實(shí)現(xiàn)需要DBMS的： 事務(wù)管理器 數(shù)據(jù)庫日志和恢復(fù)管理器 并發(fā)控制管理器 的共同支持。并發(fā)控制的基礎(chǔ)和機(jī)制是什么？數(shù)據(jù)庫日志記錄什么內(nèi)容？恢復(fù)管理器是如何工作的？2022-6-131910.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫日志 DBMS利用日志來保存所有更新數(shù)據(jù)庫的事務(wù)的所有操作； DBMS的恢復(fù)管理器利用日志來恢復(fù)由 軟件系統(tǒng)故障(如，程序的非法中斷)，或 硬件系統(tǒng)故障 所造成的數(shù)據(jù)丟失； DBM

13、S利用日志可以將數(shù)據(jù)庫向前恢復(fù)到最近的一致性狀態(tài)，例如： 在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器出現(xiàn)故障后：回滾未提交的事務(wù)；回滾到最后一個(gè)已提交但還未寫入磁盤的事務(wù)。2022-6-132010.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫日志的內(nèi)容 存儲事務(wù)的 開始(Begin Trans)和提交(Commit)； 所涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)庫表、元組和屬性； 以及執(zhí)行前和執(zhí)行后的屬性值。 舉例：日志記錄插入/刪除：記錄INSERT/DELETE語句！2022-6-132110.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫日志的維護(hù)與管理 當(dāng)DBMS執(zhí)行事務(wù)時(shí)，自動更新日志內(nèi)容； 數(shù)據(jù)庫日志本身也要做好訪問控制、安全控制和轉(zhuǎn)儲(備份)，以降低系統(tǒng)

14、失敗的風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)庫日志的使用 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)： DBMS檢查日志中所有未提交的事務(wù)，并根據(jù)日志信息執(zhí)行回滾(Rollback)； 將日志中所有已提交事務(wù)的相關(guān)數(shù)據(jù)寫入磁盤。 日志增加了DBMS處理的開銷，但對維護(hù)數(shù)據(jù)庫的一致性和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫是非常有價(jià)值的。2022-6-132210.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫日志的結(jié)構(gòu) 日志本身也是DBMS要管理的一個(gè)重要對象： 其結(jié)構(gòu)是表？ 特殊格式的文件？例如，SQL Server將日志文件邏輯地劃分為沒有固定大小的虛擬日志文件(VLF)的序列，并且將所有的物理日志文件作為一個(gè)連續(xù)的文件循環(huán)使用。 日志本身的結(jié)構(gòu)一般是不公開的！為什么？ 商家的核心技

15、術(shù)與該技術(shù)的先進(jìn)性，怕露怯？ 像Windows一樣留有后門？見不得人？ 容易破解數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)信息，從而攻擊它； 對新應(yīng)用的巨大作用，如實(shí)體化視圖的更新2022-6-132310.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫恢復(fù) 通常是指在發(fā)生故障時(shí)，將數(shù)據(jù)庫從某個(gè)不一致的狀態(tài)恢復(fù)到某個(gè)一致的狀態(tài)； 數(shù)據(jù)庫恢復(fù)的基本技術(shù)：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲和日志。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(備份) 將數(shù)據(jù)庫信息復(fù)制到其他介質(zhì)上的過程。復(fù)制得到的備份文件稱為后援副本，簡稱副本 轉(zhuǎn)儲的方式： 海量轉(zhuǎn)儲(全備份)：每次轉(zhuǎn)儲整個(gè)數(shù)據(jù)庫； 增量轉(zhuǎn)儲：只轉(zhuǎn)儲自上次轉(zhuǎn)儲后變化的數(shù)據(jù)； 日志轉(zhuǎn)儲：只轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)庫日志。2022-6-132410.410.4故障恢復(fù)故障恢

16、復(fù)數(shù)據(jù)庫故障的類型與原因 系統(tǒng)故障： 軟件故障：OS、DBMS； 程序中斷：APP錯(cuò)誤-除數(shù)為0、非法操作； 系統(tǒng)死鎖：需要回滾事務(wù)。 介質(zhì)故障： 硬件故障：內(nèi)存、磁盤損壞，磁盤滿等； 外部因素：火災(zāi)、地震、洪水等。 病毒破壞： 人為因素：由于訪問控制與安全措施不到位，使得病毒攻擊了數(shù)據(jù)庫，破壞了硬盤數(shù)據(jù)。2022-6-132510.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫故障的恢復(fù) 事務(wù)故障： 指事務(wù)在運(yùn)行至正常終止點(diǎn)前被中止，這時(shí)恢復(fù)子系統(tǒng)應(yīng)利用日志文件撤消（UNDO）此事務(wù)對數(shù)據(jù)庫已做的修改； 最簡單的系統(tǒng)故障，例如死鎖。 事務(wù)故障的恢復(fù)由DBMS自動完成，對用戶來說是透明的。具體的恢復(fù)步驟是：

17、 反向掃描日志文件； 找出該事務(wù)的所有更新操作； 對每一個(gè)更新操作做它的逆操作； 一直處理到該事務(wù)的開始標(biāo)記。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器還正常運(yùn)行；主要是UNDO緩存的內(nèi)容，以便后續(xù)的計(jì)算正確進(jìn)行！事務(wù)所有的更新并沒有寫入磁盤，都還在緩存；檢查點(diǎn)不會在一個(gè)事務(wù)執(zhí)行的過程中插入執(zhí)行的。2022-6-132610.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫故障的恢復(fù) 系統(tǒng)故障： 造成數(shù)據(jù)庫不一致的具體原因：未提交的事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新已寫入磁盤；已提交的事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新未寫入磁盤。 系統(tǒng)故障的恢復(fù)步驟是： 正向掃描日志文件，找出在故障發(fā)生前：已提交的事務(wù)，進(jìn)入重做隊(duì)列；未提交的事務(wù)，進(jìn)入撤消隊(duì)列。 重做(REDO)與撤消

18、(UNDO)：REDO：正向掃描日志文件，根據(jù)重做隊(duì)列重新完成對數(shù)據(jù)庫的更新操作；UNDO：反向掃描日志文件，根據(jù)撤消隊(duì)列執(zhí)行相關(guān)事務(wù)的逆操作。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器已經(jīng)崩潰，以下描述的是在重新啟動系統(tǒng)后的恢復(fù)過程。2022-6-132710.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫故障的恢復(fù) 介質(zhì)故障與病毒破壞： 磁盤上的物理數(shù)據(jù)庫遭到破壞。 介質(zhì)故障的恢復(fù)步驟是： 安裝副本副本，使數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到備份時(shí)的一致狀態(tài)； 從故障點(diǎn)故障點(diǎn)開始反向掃描日志文件，找出所有已提交的事務(wù)，將其加入重做堆棧； 正向掃描日志文件，根據(jù)重做堆棧對每一個(gè)REDO事務(wù)(從棧頂開始處理REDO事務(wù))重新實(shí)施對數(shù)據(jù)庫的更新操作； 最后數(shù)據(jù)庫

19、恢復(fù)到故障前某一時(shí)刻的一致狀態(tài)。 因?yàn)槭歉北緮?shù)據(jù)庫，所以無須UNDO操作。2022-6-132810.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)檢查點(diǎn) 重裝副本，再將所有REDO事務(wù)重新執(zhí)行，需要相當(dāng)長的時(shí)間；但是，這也為在某些情況下盡可能少做REDO事務(wù)提供了思路： DBMS的檢查點(diǎn)機(jī)制：DBMS定時(shí)檢查數(shù)據(jù)庫和日志文件，及時(shí)將對數(shù)據(jù)庫的更新結(jié)果寫入磁盤，并在日志中寫入一條檢查點(diǎn)記錄。 當(dāng)需要恢復(fù)數(shù)據(jù)庫時(shí)，可能可能只有那些在檢查點(diǎn)后面的事務(wù)才需要恢復(fù)！檢查點(diǎn)僅僅是將緩沖區(qū)的臟頁及時(shí)更新到磁盤上，與事務(wù)提交與否無關(guān)！事務(wù)執(zhí)行完成與提交是兩回事情；檢查點(diǎn)只能在事務(wù)處于部分提交狀態(tài)或提交狀態(tài)時(shí)才能執(zhí)行，而不能在事

20、務(wù)執(zhí)行的過程中執(zhí)行。2022-6-132910.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)SQL Server 2000中的故障恢復(fù) 事務(wù)的狀態(tài)與更新數(shù)據(jù)是否寫磁盤的關(guān)系： 提交已寫或提交未寫 活動已寫或活動未寫 故障恢復(fù)需要執(zhí)行REDO和UNDO操作： REDO操作要檢查已經(jīng)提交的事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新是否寫到了磁盤上，如果沒有，則要從日志中找出更新數(shù)據(jù)，寫入磁盤； UNDO操作檢查那些在發(fā)生故障時(shí)正在進(jìn)行，但尚未完成的事務(wù)，如果發(fā)現(xiàn)它們已經(jīng)將更新數(shù)據(jù)寫入磁盤，則必須從日志中找到數(shù)據(jù)的原始值，用該值將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到事務(wù)執(zhí)行前的狀態(tài)。2022-6-133010.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)SQL Server 200

21、0的故障恢復(fù)算法 Phase ：分析階段 從日志的最后一次檢查點(diǎn)開始，正向掃描日志直到故障點(diǎn)，構(gòu)造內(nèi)存臟頁表DPTDPT和活動事務(wù)表：避免讀那些不用恢復(fù)的頁(提交已寫)；避免重寫沒有日志記錄的數(shù)據(jù)更新(活動未寫)。 Phase ：重做階段 從最小恢復(fù)最小恢復(fù)LSNLSN開始，正向掃描日志，利用DPT重新執(zhí)行已提交的事務(wù)，直到故障點(diǎn)。 Phase ：反做階段 從故障點(diǎn)開始，反向掃描日志，利用DPT執(zhí)行活動事務(wù)的反操作，直到日志中最老的事務(wù)。2022-6-133110.410.4故障恢復(fù)故障恢復(fù)算法圖示最小恢復(fù)LSN2022-6-133210.510.5事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行為什么要并發(fā)執(zhí)行

22、？ 事務(wù)的串行執(zhí)行雖然簡單，但效率不高； 沒有充分利用計(jì)算機(jī)的磁盤I/O和CPU計(jì)算可以并行工作的特性； 利用磁盤I/O和CPU的并行性，并發(fā)地執(zhí)行多個(gè)事務(wù)，可以： 提高系統(tǒng)的吞吐量，即單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的事務(wù)數(shù) 減少事務(wù)的平均響應(yīng)時(shí)間，即一個(gè)事務(wù)從開始執(zhí)行到完成所需要的平均時(shí)間。否則：如果事務(wù)串行執(zhí)行，那么短事務(wù)就不得不等待排在它前面的長事務(wù)的漫長執(zhí)行，從而導(dǎo)致難以預(yù)測的時(shí)間延遲！2022-6-133310.510.5事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行并發(fā)執(zhí)行的基礎(chǔ) 并發(fā)執(zhí)行與并行執(zhí)行的區(qū)別？ DBMS如何并發(fā)執(zhí)行多個(gè)事務(wù)？通過事務(wù)調(diào)度：調(diào)度是指一組事務(wù)中指令交叉執(zhí)行的序列。一組事務(wù)的一個(gè)調(diào)度必須保證

23、：包含這組事務(wù)的全部指令；必須保持各條指令在各個(gè)事務(wù)中出現(xiàn)的順序，即調(diào)度不能改變單個(gè)事務(wù)中指令的先后關(guān)系。這種關(guān)系是由程序員決定的，它保證了單個(gè)事務(wù)的一致性。調(diào)度的目的：就是用于確定那些可以保證數(shù)據(jù)庫一致性的一組事務(wù)的所有指令的執(zhí)行序列！2022-6-133410.510.5事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行調(diào)度的分類 串行調(diào)度： 由來自各個(gè)事務(wù)的指令序列組成； 屬于同一個(gè)事務(wù)的指令在調(diào)度中緊挨在一起。 串行調(diào)度的方案： 對于有個(gè)事務(wù)的事務(wù)組，共有！個(gè)可能的串行調(diào)度方案； 舉例：包含兩個(gè)事務(wù)T1和T2的調(diào)度1。2022-6-133510.510.5事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行調(diào)度的分類 并發(fā)調(diào)度：

24、由來自各個(gè)事務(wù)的全部指令組成； 屬于不同事務(wù)的指令在調(diào)度中交叉在一起，但仍然保持在各自事務(wù)中的先后順序。 并發(fā)調(diào)度的執(zhí)行： 操作系統(tǒng)先選一個(gè)事務(wù)執(zhí)行一段時(shí)間； 然后切換上下文，執(zhí)行別的事務(wù)一段時(shí)間，接著又切換回去，如此下去2022-6-133610.610.6調(diào)度的可串行化調(diào)度的可串行化調(diào)度的目的？調(diào)度的等價(jià)性 如果一個(gè)并發(fā)調(diào)度的執(zhí)行效果與一個(gè)包含相同事務(wù)的串行調(diào)度的執(zhí)行效果是相同的，我們就說它們是等價(jià)的； 事務(wù)的串行執(zhí)行可以保證數(shù)據(jù)庫的一致性，這時(shí)不言而喻的； 因此，與之等價(jià)的并發(fā)調(diào)度也可以保證數(shù)據(jù)庫的一致性。 是不是任何一個(gè)并發(fā)調(diào)度都能變成一個(gè)與之等價(jià)的、包含相同事務(wù)的串行調(diào)度？2022-

25、6-133710.610.6調(diào)度的可串行化調(diào)度的可串行化調(diào)度的簡化 事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)，只有訪問相同數(shù)據(jù)項(xiàng)的讀/寫操作 read和write才會在事務(wù)間產(chǎn)生影響； 對于數(shù)據(jù)項(xiàng)Q，在 read(Q) 和write(Q)指令之間，事務(wù)可對駐留在事務(wù)局部緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)項(xiàng)Q的拷貝執(zhí)行任意操作； 從調(diào)度角度來看，事務(wù)的重要操作是read與write指令，通常調(diào)度中只顯示這些指令。2022-6-133810.610.6調(diào)度的可串行化調(diào)度的可串行化調(diào)度中指令的可交換性對于一個(gè)調(diào)度S來說，假設(shè)Im和In(mn)分別是屬于事務(wù)Ti和Tj的兩條連續(xù)的讀寫指令： 如果Im和In分別訪問不同的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則交換Im和In的順序

26、不會影響調(diào)度中任何事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果； 如果Im和In訪問相同的數(shù)據(jù)項(xiàng)Q，則兩者的順序就不能隨便交換，需要看Im和In是不是沖突指令。2022-6-133910.610.6調(diào)度的可串行化調(diào)度的可串行化調(diào)度中指令的可交換性T Ti iT Tj jI Im m: read(Q): read(Q)I In n: read(Q): read(Q)T Ti iT Tj jI Im m: write(Q): write(Q)I In n: read(Q): read(Q)T Ti iT Tj jI Im m: write(Q): write(Q)I In n: write(Q): write(Q)T Ti i

27、T Tj jI Im m: read(Q): read(Q)I In n: write(Q): write(Q)2022-6-134010.610.6調(diào)度的可串行化調(diào)度的可串行化指令的沖突 當(dāng)Im和In是不同事務(wù)在相同數(shù)據(jù)項(xiàng)上的操作，且其中至少有一條是write指令時(shí)，稱Im和In是沖突的 例如，左圖的調(diào)度3中： T1的write(A)與T2的read(A)是沖突的； T2的write(A)與T1的read(B)是不沖突的。 不沖突的指令可以交換先后順序。2022-6-134110.610.6調(diào)度的可串行化調(diào)度的可串行化非沖突指令的交換2022-6-134210.610.6調(diào)度的可串行化調(diào)度的

28、可串行化沖突等價(jià)與沖突可串行化 若Im和In是調(diào)度S中不同事務(wù)且不沖突的兩條連續(xù)指令，則交換Im和In的順序就得到一個(gè)與S等價(jià)的調(diào)度S； 若調(diào)度S經(jīng)過一系列非沖突指令交換變成調(diào)度S，則稱S與S是沖突等價(jià)的； 如果說一個(gè)調(diào)度S是沖突可串行化的，是指該調(diào)度S與一個(gè)串行調(diào)度沖突等價(jià)。如何判斷調(diào)度沖突可串行化2022-6-134310.610.6調(diào)度的可串行化調(diào)度的可串行化視圖等價(jià) 存在這樣的調(diào)度，它們產(chǎn)生相同的結(jié)果，但卻不是沖突等價(jià)的； 兩個(gè)有相同事務(wù)集的調(diào)度S和S，若S和S滿足下面三個(gè)條件，則它們是視圖等價(jià)的： 對每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)Q，若事務(wù)Ti在S中讀取了Q的初始值，那么Ti在S中也必須讀取Q的初始值；

29、 對每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)Q，若事務(wù)Ti在S中執(zhí)行了read(Q) 且讀取的值是由Tj產(chǎn)生的(write(Q)，則Ti在S中讀取的值也必須是由Tj產(chǎn)生的(write(Q)； 對每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)Q，若在S中有事務(wù)執(zhí)行了最后的寫操作write(Q)，則在S中該事務(wù)也必須執(zhí)行最后的寫操作write(Q)。2022-6-134410.610.6調(diào)度的可串行化調(diào)度的可串行化視圖可串行化 在視圖等價(jià)的三個(gè)條件中，前兩個(gè)條件保證兩個(gè)調(diào)度中的每個(gè)事務(wù)都讀取了相同的值； 第三個(gè)條件和前兩個(gè)條件一起保證了兩個(gè)調(diào)度都能得到相同的最終結(jié)果； 視圖等價(jià)引出了視圖可串行化的概念。若某個(gè)調(diào)度視圖等價(jià)于一個(gè)串行調(diào)度，則該調(diào)度是視圖可串行化的。

30、 舉例：2022-6-134510.710.7調(diào)度的可恢復(fù)性調(diào)度的可恢復(fù)性問題的提出 若調(diào)度中事務(wù)Ti失敗了，怎么辦？ 調(diào)度中那些依賴于Ti的其他事務(wù)(如Tj：它讀取了由Ti所寫的數(shù)據(jù))怎么辦？問題的解決 可恢復(fù)調(diào)度： 對于每對事務(wù)Ti和Tj， 如果Tj讀取了由Ti所 寫的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則Ti應(yīng) 先于Tj提交。 為什么？2022-6-134610.710.7調(diào)度的可恢復(fù)性調(diào)度的可恢復(fù)性問題的解決 無級聯(lián)調(diào)度： 因一個(gè)事務(wù)回滾而導(dǎo)致調(diào)度中一系列事務(wù)回滾的現(xiàn)象稱為級聯(lián)回滾； 無級聯(lián)調(diào)度應(yīng)滿足：對于每對事務(wù)Ti和Tj， 如果Tj讀取了由Ti所 寫的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則Ti必 須在Tj讀取之前提交為什么？ 無級聯(lián)調(diào)度

31、的條件實(shí) 際上是說一個(gè)事務(wù)不 能讀2022-6-134710.810.8隔離性的實(shí)現(xiàn)隔離性的實(shí)現(xiàn)事務(wù)隔離性的目的 把DBMS中并發(fā)執(zhí)行的事務(wù)間的相互影響給隔離開，就好像它們是串行的一樣。因此就要尋找與這些并發(fā)事務(wù)等價(jià)的串行事務(wù)序列。隔離性的實(shí)現(xiàn)原理 沖突可串行化或視圖可串行化的調(diào)度可以保證并發(fā)調(diào)度與某個(gè)串行調(diào)度等價(jià)。并發(fā)控制機(jī)制 DBMS中并發(fā)控制管理器的并發(fā)控制機(jī)制要保證DBMS只產(chǎn)生沖突可串行化的或視圖可串行化的并發(fā)調(diào)度。2022-6-134810.810.8隔離性的實(shí)現(xiàn)隔離性的實(shí)現(xiàn)用于產(chǎn)生串行調(diào)度的并發(fā)機(jī)制下面用一個(gè)簡單的例子來說明，考慮如下機(jī)制： 一個(gè)事務(wù)在它開始前獲得整個(gè)數(shù)據(jù)庫的鎖，在它提交之后才釋放這個(gè)鎖； 當(dāng)一個(gè)事務(wù)持有鎖時(shí)，其他事務(wù)絕對不能獲得這個(gè)鎖，因此它必須等待別的事務(wù)釋放鎖； 采用上述封鎖策略，使得DBMS一次只能執(zhí)行一個(gè)事務(wù)，所以這種機(jī)制只會產(chǎn)生串行調(diào)度。2022-6-134910.9SQL10.9SQL中事務(wù)的定義中事務(wù)的定義事務(wù)的開始 begin transaction事務(wù)的結(jié)束 commit transaction rollback transaction實(shí)際問題 如果沒有用begin tran定義事務(wù)，那么DBMS如何認(rèn)定哪些SQL語句是一個(gè)事務(wù)呢？