數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用 教學(xué)課件 作者 林 小 玲第6章 數(shù)據(jù)庫的管理

上海大學(xué)自動化系林小玲第6章數(shù)據(jù)庫的管理3

6.1

數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)6.1.1

事務(wù)的基本概念6.1.2

數(shù)據(jù)庫恢復(fù)概述6.1.3

數(shù)據(jù)庫故障類型6.1.4

數(shù)據(jù)庫故障恢復(fù)實行技術(shù)6.1數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)6.1.5

數(shù)據(jù)庫故障恢復(fù)策略

6.1.6

數(shù)據(jù)庫鏡像6.1.7

小結(jié)4

6.1.1事務(wù)的基本概念事務(wù)的特征事務(wù)定義5

一、事務(wù)(Transaction)定義一個數(shù)據(jù)庫操作序列一個不可分割的工作單位恢復(fù)和并發(fā)控制的基本單位

事務(wù)和程序比較在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，一個事務(wù)可以是一條或多條SQL語句,也可以包含一個或多個程序。一個程序通常包含多個事務(wù)

6

定義事務(wù)顯式定義方式

BEGINTRANSACTIONBEGINTRANSACTIONSQL語句1SQL語句1SQL語句2SQL語句2………………

COMMIT

ROLLBACK隱式定義方式當(dāng)用戶沒有顯式地定義事務(wù)時，DBMS按缺省規(guī)定自動劃分事務(wù)7

二、事務(wù)的特性(ACID特性)事務(wù)的ACID特性：原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔離性（Isolation）持續(xù)性（Durability）8

6.1.2數(shù)據(jù)庫恢復(fù)概述故障是不可避免的系統(tǒng)故障：計算機(jī)軟、硬件故障人為故障：操作員的失誤、惡意的破壞等。數(shù)據(jù)庫的恢復(fù) 把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)(亦稱為一致狀態(tài)或完整狀態(tài))9

6.1.3故障的種類系統(tǒng)故障

介質(zhì)故障

計算機(jī)病毒

事務(wù)內(nèi)部的故障

10

一、事務(wù)內(nèi)部的故障事務(wù)內(nèi)部的故障有的是可以通過事務(wù)程序本身發(fā)現(xiàn)的(見下面轉(zhuǎn)賬事務(wù)的例子)

有的是非預(yù)期的11

事務(wù)內(nèi)部的故障（續(xù)）例如，銀行轉(zhuǎn)賬事務(wù)，這個事務(wù)把一筆金額從一個賬戶甲轉(zhuǎn)給另一個賬戶乙。

BEGINTRANSACTION

讀賬戶甲的余額BALANCE；

BALANCE=BALANCE-AMOUNT；(AMOUNT為轉(zhuǎn)賬金額)

寫回BALANCE；

IF(BALANCE<0)THEN{

打印'金額不足，不能轉(zhuǎn)賬'；

ROLLBACK；(撤銷剛才的修改，恢復(fù)事務(wù))}ELSE{

讀賬戶乙的余額BALANCE1；

BALANCE1=BALANCE1+AMOUNT；寫回BALANCE1；

COMMIT；

}12

事務(wù)內(nèi)部的故障（續(xù)）這個例子所包括的兩個更新操作要么全部完成要么全部不做。否則就會使數(shù)據(jù)庫處于不一致狀態(tài)，例如只把賬戶甲的余額減少了而沒有把賬戶乙的余額增加。在這段程序中若產(chǎn)生賬戶甲余額不足的情況，應(yīng)用程序可以發(fā)現(xiàn)并讓事務(wù)滾回，撤銷已作的修改，恢復(fù)數(shù)據(jù)庫到正確狀態(tài)。13

事務(wù)內(nèi)部的故障（續(xù)）事務(wù)內(nèi)部更多的故障是非預(yù)期的，是不能由應(yīng)用程序處理的。運(yùn)算溢出并發(fā)事務(wù)發(fā)生死鎖而被選中撤銷該事務(wù)違反了某些完整性限制等以后，事務(wù)故障僅指這類非預(yù)期的故障

事務(wù)故障的恢復(fù)：撤消事務(wù)（UNDO）14

二、系統(tǒng)故障系統(tǒng)故障稱為軟故障，是指造成系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的任何事件，使得系統(tǒng)要重新啟動。整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行突然被破壞所有正在運(yùn)行的事務(wù)都非正常終止不破壞數(shù)據(jù)庫內(nèi)存中數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)的信息全部丟失

15

系統(tǒng)故障的常見原因特定類型的硬件錯誤（如CPU故障）操作系統(tǒng)故障DBMS代碼錯誤系統(tǒng)斷電16

系統(tǒng)故障的恢復(fù)發(fā)生系統(tǒng)故障時，事務(wù)未提交恢復(fù)策略：強(qiáng)行撤消（UNDO）所有未完成事務(wù)

發(fā)生系統(tǒng)故障時，事務(wù)已提交，但緩沖區(qū)中的信息尚未完全寫回到磁盤上。恢復(fù)策略：重做（REDO）所有已提交的事務(wù)17

三、介質(zhì)故障介質(zhì)故障:稱為硬故障，指外存故障磁盤損壞磁頭碰撞操作系統(tǒng)的某種潛在錯誤瞬時強(qiáng)磁場干擾18

介質(zhì)故障的恢復(fù)裝入數(shù)據(jù)庫發(fā)生介質(zhì)故障前某個時刻的數(shù)據(jù)副本

重做自此時始的所有成功事務(wù)，將這些事務(wù)已提交的結(jié)果重新記入數(shù)據(jù)庫19

四、計算機(jī)病毒計算機(jī)病毒一種人為的故障或破壞，是一些惡作劇者研制的一種計算機(jī)程序可以繁殖和傳播危害破壞、盜竊系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)破壞系統(tǒng)文件

20

故障小結(jié)各類故障，對數(shù)據(jù)庫的影響有兩種可能性一是數(shù)據(jù)庫本身被破壞二是數(shù)據(jù)庫沒有被破壞，但數(shù)據(jù)可能不正確，這是由于事務(wù)的運(yùn)行被非正常終止造成的。21

6.1.4恢復(fù)的實現(xiàn)技術(shù)6.1.4.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲

6.1.4.2登記日志文件

22

6.1.4恢復(fù)的實現(xiàn)技術(shù)恢復(fù)操作的基本原理：冗余 利用存儲在系統(tǒng)其它地方的冗余數(shù)據(jù)來重建數(shù)據(jù)庫中已被破壞或不正確的那部分?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)機(jī)制涉及的關(guān)鍵問題如何建立冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲（backup）登錄日志文件（logging）如何利用這些冗余數(shù)據(jù)實施數(shù)據(jù)庫恢復(fù)

23

6.1.4.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲方法

什么是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲

24

一、什么是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲是指DBA將整個數(shù)據(jù)庫復(fù)制到磁帶或另一個磁盤上保存起來的過程，備用的數(shù)據(jù)稱為后備副本或后援副本如何使用數(shù)據(jù)庫遭到破壞后可以將后備副本重新裝入重裝后備副本只能將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到轉(zhuǎn)儲時的狀態(tài)25

二、轉(zhuǎn)儲方法1．靜態(tài)轉(zhuǎn)儲與動態(tài)轉(zhuǎn)儲2．海量轉(zhuǎn)儲與增量轉(zhuǎn)儲3．轉(zhuǎn)儲方法小結(jié)26

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲在系統(tǒng)中無運(yùn)行事務(wù)時進(jìn)行的轉(zhuǎn)儲操作轉(zhuǎn)儲開始時數(shù)據(jù)庫處于一致性狀態(tài)轉(zhuǎn)儲期間不允許對數(shù)據(jù)庫的任何存取、修改活動得到的一定是一個數(shù)據(jù)一致性的副本優(yōu)點：實現(xiàn)簡單缺點：降低了數(shù)據(jù)庫的可用性轉(zhuǎn)儲必須等待正運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束新的事務(wù)必須等轉(zhuǎn)儲結(jié)束27

動態(tài)轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲操作與用戶事務(wù)并發(fā)進(jìn)行轉(zhuǎn)儲期間允許對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存取或修改優(yōu)點不用等待正在運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束不會影響新事務(wù)的運(yùn)行缺點不能保證副本中的數(shù)據(jù)正確有效[例]在轉(zhuǎn)儲期間的某個時刻Tc，系統(tǒng)把數(shù)據(jù)A=100轉(zhuǎn)儲到磁帶上，而在下一時刻Td，某一事務(wù)將A改為200。轉(zhuǎn)儲結(jié)束后，后備副本上的A已是過時的數(shù)據(jù)了28

動態(tài)轉(zhuǎn)儲利用動態(tài)轉(zhuǎn)儲得到的副本進(jìn)行故障恢復(fù)需要把動態(tài)轉(zhuǎn)儲期間各事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的修改活動登記下來，建立日志文件后備副本加上日志文件才能把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到某一時刻的正確狀態(tài)29

2．海量轉(zhuǎn)儲與增量轉(zhuǎn)儲海量轉(zhuǎn)儲:每次轉(zhuǎn)儲全部數(shù)據(jù)庫

增量轉(zhuǎn)儲:只轉(zhuǎn)儲上次轉(zhuǎn)儲后更新過的數(shù)據(jù)

海量轉(zhuǎn)儲與增量轉(zhuǎn)儲比較從恢復(fù)角度看，使用海量轉(zhuǎn)儲得到的后備副本進(jìn)行恢復(fù)更方便但如果數(shù)據(jù)庫很大，事務(wù)處理又十分頻繁，則增量轉(zhuǎn)儲方式更實用更有效30

3．轉(zhuǎn)儲方法小結(jié)轉(zhuǎn)儲方法分類

轉(zhuǎn)儲狀態(tài)

動態(tài)轉(zhuǎn)儲

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲

轉(zhuǎn)儲方式

海量轉(zhuǎn)儲

動態(tài)海量轉(zhuǎn)儲

靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲

增量轉(zhuǎn)儲

動態(tài)增量轉(zhuǎn)儲

靜態(tài)增量轉(zhuǎn)儲

31

6.1.4.2登記日志文件日志文件的作用

登記日志文件

日志文件的格式和內(nèi)容

32

一、日志文件的格式和內(nèi)容什么是日志文件日志文件(log)是用來記錄事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新操作的文件日志文件的格式以記錄為單位的日志文件以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件33

日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以記錄為單位的日志文件內(nèi)容各個事務(wù)的開始標(biāo)記(BEGINTRANSACTION)各個事務(wù)的結(jié)束標(biāo)記(COMMIT或ROLLBACK)各個事務(wù)的所有更新操作以上均作為日志文件中的一個日志記錄(logrecord)34

日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以記錄為單位的日志文件，每條日志記錄的內(nèi)容事務(wù)標(biāo)識（標(biāo)明是哪個事務(wù)）操作類型（插入、刪除或修改）操作對象（記錄內(nèi)部標(biāo)識）更新前數(shù)據(jù)的舊值（對插入操作而言，此項為空值）更新后數(shù)據(jù)的新值（對刪除操作而言,此項為空值）35

日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件，每條日志記錄的內(nèi)容事務(wù)標(biāo)識（標(biāo)明是那個事務(wù)）被更新的數(shù)據(jù)塊36

二、日志文件的作用進(jìn)行事務(wù)故障恢復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)故障恢復(fù)協(xié)助后備副本進(jìn)行介質(zhì)故障恢復(fù)37

利用靜態(tài)轉(zhuǎn)儲副本和日志文件進(jìn)行恢復(fù)

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲

運(yùn)行事務(wù)正常運(yùn)行─┼───────┼─────────────

Ta

Tb

Tf

└────────────

重裝后備副本

利用日志文件恢復(fù)繼續(xù)運(yùn)行恢復(fù)

─┼───────┼┈┈┈┈┈┈┈┈┼────登記日志文件↓38

利用靜態(tài)轉(zhuǎn)儲副本和日志文件進(jìn)行恢復(fù)上圖中：系統(tǒng)在Ta時刻停止運(yùn)行事務(wù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲在Tb時刻轉(zhuǎn)儲完畢，得到Tb時刻的數(shù)據(jù)庫一致性副本系統(tǒng)運(yùn)行到Tf時刻發(fā)生故障為恢復(fù)數(shù)據(jù)庫，首先由DBA重裝數(shù)據(jù)庫后備副本，將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)至Tb時刻的狀態(tài)重新運(yùn)行自Tb～Tf時刻的所有更新事務(wù)，把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到故障發(fā)生前的一致狀態(tài)39

三、登記日志文件基本原則登記的次序嚴(yán)格按并行事務(wù)執(zhí)行的時間次序必須先寫日志文件，后寫數(shù)據(jù)庫寫日志文件操作：把表示這個修改的日志記錄寫到日志文件寫數(shù)據(jù)庫操作：把對數(shù)據(jù)的修改寫到數(shù)據(jù)庫中

40

登記日志文件（續(xù)）為什么要先寫日志文件寫數(shù)據(jù)庫和寫日志文件是兩個不同的操作在這兩個操作之間可能發(fā)生故障如果先寫了數(shù)據(jù)庫修改，而在日志文件中沒有登記下這個修改，則以后就無法恢復(fù)這個修改了如果先寫日志，但沒有修改數(shù)據(jù)庫，按日志文件恢復(fù)時只不過是多執(zhí)行一次不必要的UNDO操作，并不會影響數(shù)據(jù)庫的正確性41

6.1.5恢復(fù)策略6.1.5.1事務(wù)故障的恢復(fù)6.1.5.2系統(tǒng)故障的恢復(fù)

6.1.5.3介質(zhì)故障的恢復(fù)

*6.1.5.4具有檢查點故障恢復(fù)42

6.1.5.1事務(wù)故障的恢復(fù)事務(wù)故障：事務(wù)在運(yùn)行至正常終止點前被終止恢復(fù)方法由恢復(fù)子系統(tǒng)應(yīng)利用日志文件撤消（UNDO）此事務(wù)已對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行的修改事務(wù)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)自動完成，對用戶是透明的，不需要用戶干預(yù)43

事務(wù)故障的恢復(fù)步驟1.反向掃描文件日志（即從最后向前掃描日志文件），查找該事務(wù)的更新操作。2.對該事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作。即將日志記錄中“更新前的值”寫入數(shù)據(jù)庫。插入操作，“更新前的值”為空，則相當(dāng)于做刪除操作刪除操作，“更新后的值”為空，則相當(dāng)于做插入操作若是修改操作，則相當(dāng)于用修改前值代替修改后值44

事務(wù)故障的恢復(fù)步驟3.繼續(xù)反向掃描日志文件，查找該事務(wù)的其他更新操作，并做同樣處理。4.如此處理下去，直至讀到此事務(wù)的開始標(biāo)記，事務(wù)故障恢復(fù)就完成了。

45

6.1.5.2系統(tǒng)故障的恢復(fù)系統(tǒng)故障造成數(shù)據(jù)庫不一致狀態(tài)的原因未完成事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新已寫入數(shù)據(jù)庫已提交事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新還留在緩沖區(qū)沒來得及寫入數(shù)據(jù)庫恢復(fù)方法1.Undo故障發(fā)生時未完成的事務(wù)2.Redo已完成的事務(wù)系統(tǒng)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)在重新啟動時自動完成，不需要用戶干預(yù)46

系統(tǒng)故障的恢復(fù)步驟1. 正向掃描日志文件（即從頭掃描日志文件）重做(REDO)隊列:在故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務(wù)這些事務(wù)既有BEGINTRANSACTION記錄，也有COMMIT記錄撤銷(Undo)隊列:故障發(fā)生時尚未完成的事務(wù)這些事務(wù)只有BEGINTRANSACTION記錄，無相應(yīng)的COMMIT記錄47

系統(tǒng)故障的恢復(fù)步驟

2.對撤銷(Undo)隊列事務(wù)進(jìn)行撤銷(UNDO)處理反向掃描日志文件，對每個UNDO事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作即將日志記錄中“更新前的值”寫入數(shù)據(jù)庫

3.對重做(Redo)隊列事務(wù)進(jìn)行重做(REDO)處理正向掃描日志文件，對每個REDO事務(wù)重新執(zhí)行登記的操作即將日志記錄中“更新后的值”寫入數(shù)據(jù)庫48

6.1.5.3介質(zhì)故障的恢復(fù)1.重裝數(shù)據(jù)庫2.重做已完成的事務(wù)

49

介質(zhì)故障的恢復(fù)（續(xù)）恢復(fù)步驟1.裝入最新的后備數(shù)據(jù)庫副本(離故障發(fā)生時刻最近的轉(zhuǎn)儲副本)，使數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到最近一次轉(zhuǎn)儲時的一致性狀態(tài)。對于靜態(tài)轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)庫副本，裝入后數(shù)據(jù)庫處于一致性狀態(tài)對于動態(tài)轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)庫副本，還須同時裝入轉(zhuǎn)儲時刻的日志文件副本，利用與恢復(fù)系統(tǒng)故障的方法（即REDO+UNDO），才能將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到一致性狀態(tài)。50

介質(zhì)故障的恢復(fù)（續(xù)）2.裝入有關(guān)的日志文件副本(轉(zhuǎn)儲結(jié)束時刻的日志文件副本)，重做已完成的事務(wù)。首先掃描日志文件，找出故障發(fā)生時已提交的事務(wù)的標(biāo)識，將其記入重做隊列。然后正向掃描日志文件，對重做隊列中的所有事務(wù)進(jìn)行重做處理。即將日志記錄中“更新后的值”寫入數(shù)據(jù)庫。51

介質(zhì)故障的恢復(fù)（續(xù)）介質(zhì)故障的恢復(fù)需要DBA介入DBA的工作重裝最近轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)庫副本和有關(guān)的各日志文件副本執(zhí)行系統(tǒng)提供的恢復(fù)命令具體的恢復(fù)操作仍由DBMS完成52

6.1.5.4具有檢查點的恢復(fù)技術(shù)檢查點技術(shù)

利用檢查點的恢復(fù)策略

問題的提出

53

一、問題的提出兩個問題搜索整個日志將耗費(fèi)大量的時間REDO處理：重新執(zhí)行，浪費(fèi)了大量時間54

解決方案具有檢查點（checkpoint）的恢復(fù)技術(shù)在日志文件中增加檢查點記錄（checkpoint）增加重新開始文件恢復(fù)子系統(tǒng)在登錄日志文件期間動態(tài)地維護(hù)日志55

二、檢查點技術(shù)檢查點記錄的內(nèi)容1.建立檢查點時刻所有正在執(zhí)行的事務(wù)清單2.這些事務(wù)最近一個日志記錄的地址重新開始文件的內(nèi)容記錄各個檢查點記錄在日志文件中的地址

56

檢查點技術(shù)（續(xù)）具有檢查點的日志文件和重新開始文件57

動態(tài)維護(hù)日志文件的方法動態(tài)維護(hù)日志文件的方法周期性地執(zhí)行如下操作：建立檢查點，保存數(shù)據(jù)庫狀態(tài)。具體步驟是：1.將當(dāng)前日志緩沖區(qū)中的所有日志記錄寫入磁盤的日志文件上2.在日志文件中寫入一個檢查點記錄3.將當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的所有數(shù)據(jù)記錄寫入磁盤的數(shù)據(jù)庫中4.把檢查點記錄在日志文件中的地址寫入一個重新開始文件58

建立檢查點恢復(fù)子系統(tǒng)可以定期或不定期地建立檢查點,保存數(shù)據(jù)庫狀態(tài)定期按照預(yù)定的一個時間間隔，如每隔一小時建立一個檢查點不定期按照某種規(guī)則，如日志文件已寫滿一半建立一個檢查點59

三、利用檢查點的恢復(fù)策略使用檢查點方法可以改善恢復(fù)效率當(dāng)事務(wù)T在一個檢查點之前提交

T對數(shù)據(jù)庫所做的修改已寫入數(shù)據(jù)庫寫入時間是在這個檢查點建立之前或在這個檢查點建立之時在進(jìn)行恢復(fù)處理時，沒有必要對事務(wù)T執(zhí)行REDO操作

60

利用檢查點的恢復(fù)策略（續(xù)）Tc

(檢查點)Tf(系統(tǒng)故障)

REDO

UNDO

UNDO

REDO

T2

T3

T4

T5

不要REDO

T1

系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，恢復(fù)子系統(tǒng)將根據(jù)事務(wù)的不同狀態(tài)采取不同的恢復(fù)策略61

利用檢查點的恢復(fù)策略（續(xù)）T1：在檢查點之前提交T2：在檢查點之前開始執(zhí)行，在檢查點之后故障點之前提交T3：在檢查點之前開始執(zhí)行，在故障點時還未完成T4：在檢查點之后開始執(zhí)行，在故障點之前提交T5：在檢查點之后開始執(zhí)行，在故障點時還未完成恢復(fù)策略：T3和T5在故障發(fā)生時還未完成，所以予以撤銷T2和T4在檢查點之后才提交，它們對數(shù)據(jù)庫所做的修改在故障發(fā)生時可能還在緩沖區(qū)中，尚未寫入數(shù)據(jù)庫，所以要REDOT1在檢查點之前已提交，所以不必執(zhí)行REDO操作62

利用檢查點的恢復(fù)策略1.從重新開始文件中找到最后一個檢查點記錄在日志文件中的地址，由該地址在日志文件中找到最后一個檢查點記錄

2.由該檢查點記錄得到檢查點建立時刻所有正在執(zhí)行的事務(wù)清單ACTIVE-LIST建立兩個事務(wù)隊列UNDO-LISTREDO-LIST把ACTIVE-LIST暫時放入UNDO-LIST隊列，REDO隊列暫為空。63

利用檢查點的恢復(fù)策略（續(xù)）3.從檢查點開始正向掃描日志文件，直到日志文件結(jié)束如有新開始的事務(wù)Ti，把Ti暫時放入UNDO-LIST隊列如有提交的事務(wù)Tj，把Tj從UNDO-LIST隊列移到REDO-LIST隊列4.對UNDO-LIST中的每個事務(wù)執(zhí)行UNDO操作對REDO-LIST中的每個事務(wù)執(zhí)行REDO操作64

6.1.6數(shù)據(jù)庫鏡像介質(zhì)故障是對系統(tǒng)影響最為嚴(yán)重的一種故障，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)庫的可用性介質(zhì)故障恢復(fù)比較費(fèi)時為預(yù)防介質(zhì)故障，DBA必須周期性地轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)庫

提高數(shù)據(jù)庫可用性的解決方案數(shù)據(jù)庫鏡像（Mirror）65

數(shù)據(jù)庫鏡像（續(xù)）數(shù)據(jù)庫鏡像DBMS自動把整個數(shù)據(jù)庫或其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)復(fù)制到另一個磁盤上DBMS自動保證鏡像數(shù)據(jù)與主數(shù)據(jù)庫的一致性每當(dāng)主數(shù)據(jù)庫更新時，DBMS自動把更新后的數(shù)據(jù)復(fù)制過去（如下圖所示）66

數(shù)據(jù)庫鏡像（續(xù)）67

數(shù)據(jù)庫鏡像的用途出現(xiàn)介質(zhì)故障時可由鏡像磁盤繼續(xù)提供使用同時DBMS自動利用鏡像磁盤數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)不需要關(guān)閉系統(tǒng)和重裝數(shù)據(jù)庫副本(如下圖所示)68

數(shù)據(jù)庫鏡像（續(xù)）沒有出現(xiàn)故障時可用于并發(fā)操作一個用戶對數(shù)據(jù)加排他鎖修改數(shù)據(jù)，其他用戶可以讀鏡像數(shù)據(jù)庫上的數(shù)據(jù)，而不必等待該用戶釋放鎖69

數(shù)據(jù)庫鏡像（續(xù)）頻繁地復(fù)制數(shù)據(jù)自然會降低系統(tǒng)運(yùn)行效率在實際應(yīng)用中用戶往往只選擇對關(guān)鍵數(shù)據(jù)和日志文件鏡像，而不是對整個數(shù)據(jù)庫進(jìn)行鏡像70

6.1.7小結(jié)如果數(shù)據(jù)庫只包含成功事務(wù)提交的結(jié)果，就說數(shù)據(jù)庫處于一致性狀態(tài)。保證數(shù)據(jù)一致性是對數(shù)據(jù)庫的最基本的要求。事務(wù)是數(shù)據(jù)庫的邏輯工作單位DBMS保證系統(tǒng)中一切事務(wù)的原子性、一致性、隔離性和持續(xù)性

71

小結(jié)（續(xù)）DBMS必須對事務(wù)故障、系統(tǒng)故障和介質(zhì)故障進(jìn)行恢復(fù)恢復(fù)中最經(jīng)常使用的技術(shù)：數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲和登記日志文件恢復(fù)的基本原理：利用存儲在后備副本、日志文件和數(shù)據(jù)庫鏡像中的冗余數(shù)據(jù)來重建數(shù)據(jù)庫72

小結(jié)（續(xù)）常用恢復(fù)技術(shù)事務(wù)故障的恢復(fù)UNDO系統(tǒng)故障的恢復(fù)UNDO+REDO介質(zhì)故障的恢復(fù)重裝備份并恢復(fù)到一致性狀態(tài)+REDO73

小結(jié)（續(xù)）提高恢復(fù)效率的技術(shù)檢查點技術(shù)可以提高系統(tǒng)故障的恢復(fù)效率可以在一定程度上提高利用動態(tài)轉(zhuǎn)儲備份進(jìn)行介質(zhì)故障恢復(fù)的效率鏡像技術(shù)鏡像技術(shù)可以改善介質(zhì)故障的恢復(fù)效率74

6.2并發(fā)控制

6.2.1并發(fā)控制概述6.2.2封鎖6.2.3封鎖協(xié)議

6.2.4活鎖與死鎖6.2.5并發(fā)調(diào)度的可串行性

6.2.6兩段鎖協(xié)議

6.2.7封鎖粒度

6.2.8小結(jié)

75

回顧：事務(wù)(Transaction)事務(wù)是用戶定義的一個數(shù)據(jù)庫操作序列，這些操作要么全做，要么全不做，是一個不可分割的工作單位。例如銀行轉(zhuǎn)帳等應(yīng)用。事務(wù)的ACID特性：原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔離性（Isolation）持續(xù)性（Durability）76

續(xù)僅僅定義“事務(wù)”足夠了嗎？能夠滿足數(shù)據(jù)庫處理的所有要求嗎？請看下面的例子：

77

正確的應(yīng)該是共賣出5張票，A應(yīng)該是11，可上式中是14；

因此：T1的修改被T2覆蓋了！

讀A=16

A←A-2寫回A=14①讀A=16

②

③A←A-3

寫回A=13

④

事務(wù)T2事務(wù)T1例1：飛機(jī)訂票系統(tǒng)78

錯誤1：丟失修改丟失修改是指事務(wù)1與事務(wù)2從數(shù)據(jù)庫中讀入同一數(shù)據(jù)并修改；事務(wù)2的提交結(jié)果破壞了事務(wù)1提交的結(jié)果，導(dǎo)致事務(wù)1的修改被丟失。其過程可用下圖表示：79

“丟失修改”錯誤示意圖80

例2：數(shù)據(jù)核對系統(tǒng)對于T2來說，什么操作都沒有進(jìn)行，值卻變了，難道真有妖怪？事務(wù)T1事務(wù)T2①ReadA=10②ReadA=10

③A+=15

④Write(A)[A=25]

⑤ReadA=25??81

錯誤2：不可重復(fù)讀不可重復(fù)讀是指事務(wù)2讀取數(shù)據(jù)后，事務(wù)1執(zhí)行更新操作，使事務(wù)2無法再現(xiàn)前一次讀取結(jié)果?？捎孟聢D表示：82

“不可重復(fù)讀”錯誤示意圖83

“不可重復(fù)讀”錯誤種類事務(wù)2讀取某一數(shù)據(jù)后：1.事務(wù)1對其做了修改，當(dāng)事務(wù)2再次讀該數(shù)據(jù)時，得到與前一次不同的值。2.事務(wù)1刪除了其中部分記錄，當(dāng)事務(wù)2再次讀取數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)某些記錄神密地消失了。3.事務(wù)1插入了一些記錄，當(dāng)事務(wù)2再次按相同條件讀取數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)多了一些記錄。后兩種不可重復(fù)讀有時也稱為幻影現(xiàn)象（Phantomrow）84

幻影85

例3：利息計算對于T2來說，并不知道T1已經(jīng)回滾。事務(wù)T1事務(wù)T2①ReadA=900②A+=150

③Write(A)[A=1050]ReadA=1050④tax=A*10%⑤Write(tax)⑥Rollback⑦ReadA=900tax錯！86

錯誤3：讀“臟”數(shù)據(jù)事務(wù)1修改某一數(shù)據(jù)，并將其寫回磁盤；事務(wù)2讀取同一數(shù)據(jù)后，事務(wù)1由于某種原因被撤消，這時事務(wù)1把已修改過的數(shù)據(jù)恢復(fù)原值；事務(wù)2上次讀到的數(shù)據(jù)就與數(shù)據(jù)庫中目前的數(shù)據(jù)不一致，是不正確的數(shù)據(jù)，稱之為“臟”數(shù)據(jù)。87

“讀臟數(shù)據(jù)”錯誤示意圖88

并發(fā)操作帶來的數(shù)據(jù)不一致性種類丟失修改（lostupdate）不可重復(fù)讀（non-repeatableread）讀“臟”數(shù)據(jù)（dirtyread）89

單事務(wù)與多事務(wù)因此，可以認(rèn)為：如果事務(wù)是串行執(zhí)行的，即：A事務(wù)完全執(zhí)行完畢后，B事務(wù)才開始執(zhí)行，則不會出現(xiàn)錯誤；否則，可能會出現(xiàn)前面描述的錯誤，如破壞事務(wù)的隔離性和數(shù)據(jù)庫的一致性。那為何還要使用多事務(wù)呢？90

并行VS串行(1)事務(wù)串行執(zhí)行：每個時刻只有一個事務(wù)運(yùn)行，其他事務(wù)必須等到這個事務(wù)結(jié)束以后方能運(yùn)行事務(wù)并發(fā)執(zhí)行：來自不同事務(wù)的指令可以交叉執(zhí)行交叉并發(fā)方式（interleavedconcurrency）：是單處理機(jī)系統(tǒng)中的并發(fā)方式同時并發(fā)方式（simultaneousconcurrency）：是多處理機(jī)系統(tǒng)中的并發(fā)方式91

并行VS串行(2)基本比較并行事務(wù)可能會破壞數(shù)據(jù)庫的一致性串行事務(wù)效率低并行的優(yōu)點一個事務(wù)由不同的步驟組成，所涉及的系統(tǒng)資源也不同。這些步驟可以并發(fā)執(zhí)行，以提高系統(tǒng)的吞吐量

系統(tǒng)中存在著周期不等的各種事務(wù)，串行會導(dǎo)致難于預(yù)測的時延。如果各個事務(wù)所涉及的是數(shù)據(jù)庫的不同部分，采用并發(fā)會減少平均響應(yīng)時間

核心問題：在保證一致性的前提下最大限度地提高并發(fā)度92

6.2.2解決之道：封鎖基本的封鎖類型

基本鎖的相容矩陣

什么是封鎖

93

一、什么是封鎖封鎖就是事務(wù)T在對某個數(shù)據(jù)對象（例如表、記錄等）操作之前，先向系統(tǒng)發(fā)出請求，對其加鎖；加鎖后事務(wù)T就對該數(shù)據(jù)對象有了一定的控制，在事務(wù)T釋放它的鎖之前，其它的事務(wù)不能更新此數(shù)據(jù)對象。封鎖是實現(xiàn)并發(fā)控制的一個非常重要的技術(shù)。

94

二、封鎖的類型DBMS通常提供了多種類型的封鎖。一個事務(wù)對某個數(shù)據(jù)對象加鎖后究竟擁有什么樣的控制是由封鎖的類型決定的?；痉怄i類型排它鎖（eXclusivelock，簡記為X鎖）共享鎖（Sharelock，簡記為S鎖）95

排它鎖排它鎖又稱為寫鎖；若事務(wù)T對數(shù)據(jù)對象A加上X鎖，則只允許T讀取和修改A；其它任何事務(wù)都不能再對A加任何類型的鎖，直到T釋放A上的鎖；96

共享鎖共享鎖又稱為讀鎖；若事務(wù)T對數(shù)據(jù)對象A加上S鎖，只允許事務(wù)T對該對象A進(jìn)行讀而不能進(jìn)行寫；其它任何事務(wù)只能再對A加S鎖，而不能加X鎖，直到T釋放A上的S鎖。

97

三、鎖的相容矩陣Y=Yes，相容的請求

N=No，不相容的請求

T1T2

X

S

無

X

N

N

Y

S

N

Y

Y

無

Y

Y

Y

98

如何使用鎖？

使用鎖的過程中遵循的法則：封鎖協(xié)議99

6.2.3封鎖協(xié)議封鎖協(xié)議(LockingProtocol):在運(yùn)用X鎖和S鎖對數(shù)據(jù)對象加鎖時，約定一些規(guī)則，包括：何時申請何種類型鎖何時釋放常用的封鎖協(xié)議：三級封鎖協(xié)議不同的封鎖協(xié)議，在不同的程度上為并發(fā)操作的正確調(diào)度提供一定的保證100

一級封鎖協(xié)議事務(wù)T在修改數(shù)據(jù)R之前必須先對其加X鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放正常結(jié)束（COMMIT）非正常結(jié)束（ROLLBACK）

Notice:ReaddonotbeConsidered!101

解決：丟失修改T1T2①

XlockA

獲得②

讀A=16

③A←A-1

寫回A=15CommitUnlockA④

⑤

XlockA等待等待等待等待獲得XlockA讀A=15A←A-1寫回A=14CommitUnlockA

102

不能解決：讀”臟“數(shù)據(jù)

讀AA=15

上次讀的A為“臟”數(shù)據(jù)

①

XlockA

獲得②

讀A=16

A←A-1

寫回A=15③

④Rollback（A恢復(fù)為16）UnlockA

T2T1103

不能解決：不可重復(fù)讀

XlockB

獲得

讀B=100B←B*2

寫回B=200CommitUnlockB

①讀A=50

讀B=100

求和=150②

③讀A=50

讀B=200

求和=250(驗算不對)

T2T1104

一級封鎖協(xié)議作用小結(jié)因此，可以認(rèn)為：一級封鎖協(xié)議可防止“丟失修改”錯誤；在一級封鎖協(xié)議規(guī)定中，如果是讀數(shù)據(jù)，不需要加鎖，所以它不能保證可重復(fù)讀和不讀“臟”數(shù)據(jù)。105

二級封鎖協(xié)議定義為：一級封鎖協(xié)議+事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R前必須先加S鎖，讀完后即可釋放S鎖；二級封鎖協(xié)議可以防止：丟失修改讀“臟”數(shù)據(jù)在二級封鎖協(xié)議中，由于讀完數(shù)據(jù)后即可釋放S鎖，所以它不能保證可重復(fù)讀。106

可以解決：讀”臟“數(shù)據(jù)

SlockCWaitWaitWaitWait

獲得SlockC

讀C=100CommitCUnlockC①

XlockC

讀C=100

C←C*2

寫回C=200②

③Rollback(C恢復(fù)為100)UnlockA④

⑤T2T1107

不能解決：不可重復(fù)讀①

SclockA

獲得讀A=50UnlockA②SclockB

獲得讀B=100UnlockB③求和=150

XlockB等待等待獲得XlockB讀B=100B←B*2寫回B=200CommitUnlockBT2T1

④SclockA

獲得讀A=50UnlockA

SclockB

獲得讀B=200UnlockB

求和=250(驗算不對)

T2T1(續(xù))108

三級封鎖協(xié)議定義為：一級封鎖協(xié)議+事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對其加S鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放三級封鎖協(xié)議可防止：丟失修改讀臟數(shù)據(jù)不可重復(fù)讀109

可以解決：不可重復(fù)讀T1T2①

SlockA

讀A=50

SlockB

讀B=100

求和=150②

③讀A=50

讀B=100

求和=150CommitUnlockAUnlockB

XlockB等待等待等待等待等待等待等待等待

④獲得XlockB讀B=100B←B*2寫回B=200CommitUnlockB

T2T1(續(xù))110

可以解決：讀”臟“數(shù)據(jù)T1T2①XlockC

讀C=100C←C*2

寫回C=200②

③ROLLBACK(C恢復(fù)為100)UnlockC④

⑤

SlockC等待等待等待等待獲得SlockC讀C=100CommitCUnlockC111

封鎖協(xié)議小結(jié)三級協(xié)議的主要區(qū)別什么操作需要申請封鎖何時釋放鎖（即持鎖時間）112

6.2.4

活鎖和死鎖封鎖技術(shù)可以有效地解決并行操作的一致性問題，但也帶來一些新的問題死鎖活鎖113

如何避免活鎖

采用先來先服務(wù)的策略：當(dāng)多個事務(wù)請求封鎖同一數(shù)據(jù)對象時按請求封鎖的先后次序?qū)@些事務(wù)排隊該數(shù)據(jù)對象上的鎖一旦釋放，首先批準(zhǔn)申請隊列中第一個事務(wù)獲得鎖。

114

6.2.4.1

死鎖Xlock

R1

.

.

.

Xlock

R2

等待

等待

等待

..

.

Xlock

R2

.

.

Xlock

R1

等待

等待

.115

解決死鎖的方法兩類方法1.預(yù)防死鎖2.死鎖的診斷與解除

116

1.死鎖的預(yù)防產(chǎn)生死鎖的原因是兩個或多個事務(wù)都已封鎖了一些數(shù)據(jù)對象，然后又都請求對已為其他事務(wù)封鎖的數(shù)據(jù)對象加鎖，從而出現(xiàn)死等待。預(yù)防死鎖的發(fā)生就是要破壞產(chǎn)生死鎖的條件117

死鎖的預(yù)防（續(xù)）預(yù)防死鎖的方法一次封鎖法順序封鎖法118

（1）一次封鎖法要求每個事務(wù)必須一次將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，否則就不能繼續(xù)執(zhí)行一次封鎖法存在的問題：降低并發(fā)度擴(kuò)大封鎖范圍將以后要用到的全部數(shù)據(jù)加鎖，勢必擴(kuò)大了封鎖的范圍，從而降低了系統(tǒng)的并發(fā)度119

一次封鎖法（續(xù)）難于事先精確確定封鎖對象數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是不斷變化的，原來不要求封鎖的數(shù)據(jù)，在執(zhí)行過程中可能會變成封鎖對象，所以很難事先精確地確定每個事務(wù)所要封鎖的數(shù)據(jù)對象解決方法：將事務(wù)在執(zhí)行過程中可能要封鎖的數(shù)據(jù)對象全部加鎖，這就進(jìn)一步降低了并發(fā)度。120

（2）順序封鎖法順序封鎖法是預(yù)先對數(shù)據(jù)對象規(guī)定一個封鎖順序，所有事務(wù)都按這個順序?qū)嵭蟹怄i。順序封鎖法存在的問題維護(hù)成本高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中可封鎖的數(shù)據(jù)對象極其眾多，并且隨數(shù)據(jù)的插入、刪除等操作而不斷地變化，要維護(hù)這樣極多而且變化的資源的封鎖順序非常困難，成本很高121

順序封鎖法（續(xù)）難于實現(xiàn)事務(wù)的封鎖請求可以隨著事務(wù)的執(zhí)行而動態(tài)地決定，很難事先確定每一個事務(wù)要封鎖哪些對象，因此也就很難按規(guī)定的順序去施加封鎖。例：規(guī)定數(shù)據(jù)對象的封鎖順序為A,B,C,D,E。事務(wù)T3起初要求封鎖數(shù)據(jù)對象B,C,E，但當(dāng)它封鎖了B,C后，才發(fā)現(xiàn)還需要封鎖A，這樣就破壞了封鎖順序.

122

死鎖的預(yù)防（續(xù)）結(jié)論在操作系統(tǒng)中廣為采用的預(yù)防死鎖的策略并不很適合數(shù)據(jù)庫的特點DBMS在解決死鎖的問題上更普遍采用的是診斷并解除死鎖的方法123

2.死鎖的診斷與解除允許死鎖發(fā)生解除死鎖由DBMS的并發(fā)控制子系統(tǒng)定期檢測系統(tǒng)中是否存在死鎖一旦檢測到死鎖，就要設(shè)法解除124

檢測死鎖：超時法如果一個事務(wù)的等待時間超過了規(guī)定的時限，就認(rèn)為發(fā)生了死鎖優(yōu)點：實現(xiàn)簡單缺點有可能誤判死鎖時限若設(shè)置得太長，死鎖發(fā)生后不能及時發(fā)現(xiàn)125

等待圖法用事務(wù)等待圖動態(tài)反映所有事務(wù)的等待情況事務(wù)等待圖是一個有向圖G=(T，U)T為結(jié)點的集合，每個結(jié)點表示正運(yùn)行的事務(wù)U為邊的集合，每條邊表示事務(wù)等待的情況若T1等待T2，則T1，T2之間劃一條有向邊，從T1指向T2并發(fā)控制子系統(tǒng)周期性地（比如每隔1min）檢測事務(wù)等待圖，如果發(fā)現(xiàn)圖中存在回路，則表示系統(tǒng)中出現(xiàn)了死鎖。126

死鎖的診斷與解除（續(xù)）解除死鎖選擇一個處理死鎖代價最小的事務(wù)，將其撤消，釋放此事務(wù)持有的所有的鎖，使其它事務(wù)能繼續(xù)運(yùn)行下去。127

6.2.5并發(fā)調(diào)度的可串行性如何保證并發(fā)操作的調(diào)度是正確的

什么樣的并發(fā)操作調(diào)度是正確的

128

一、什么樣的并發(fā)操作調(diào)度是正確的計算機(jī)系統(tǒng)對并行事務(wù)中并行操作的調(diào)度是的隨機(jī)的，而不同的調(diào)度可能會產(chǎn)生不同的結(jié)果。將所有事務(wù)串行起來的調(diào)度策略一定是正確的調(diào)度策略。幾個事務(wù)的并行執(zhí)行是正確的，當(dāng)且僅當(dāng)其結(jié)果與按某一次序串行地執(zhí)行它們時的結(jié)果相同。這種并行調(diào)度策略稱為可串行化（Serializable）的調(diào)度。129

什么樣的并發(fā)操作調(diào)度是正確的（續(xù)）可串行性是并行事務(wù)正確性的唯一準(zhǔn)則

例：現(xiàn)在有兩個事務(wù)，分別包含下列操作：事務(wù)1：讀B；A=B+1；寫回A；事務(wù)2：讀A；B=A+1；寫回B；假設(shè)A的初值為2，B的初值為2。130

什么樣的并發(fā)操作調(diào)度是正確的（續(xù)）對這兩個事務(wù)的不同調(diào)度策略串行執(zhí)行串行調(diào)度策略1串行調(diào)度策略2交錯執(zhí)行不可串行化的調(diào)度可串行化的調(diào)度131

(a)串行調(diào)度策略，正確的調(diào)度SlockBY=B=2UnlockBXlockAA=Y+1寫回A(=3)UnlockA

SlockAX=A=3UnlockAXlockBB=X+1寫回B(=4)UnlockBT1T2132

(b)串行調(diào)度策略，正確的調(diào)度

SlockB

Y=B=3

UnlockB

XlockA

A=Y+1

寫回A(=4)

UnlockA

SlockA

X=A=2

UnlockA

XlockB

B=X+1

寫回B(=3)

UnlockB

T1T2133

(c)不可串行化的調(diào)度SlockB

Y=B=2

UnlockB

XlockA

A=Y+1

寫回A(=3)

UnlockA

SlockAX=A=2

UnlockA

XlockBB=X+1寫回B(=3)

UnlockBT1T2134

(c)不可串行化的調(diào)度(續(xù))由于其執(zhí)行結(jié)果與(a)、(b)的結(jié)果都不同，所以是錯誤的調(diào)度。135

(d)可串行化的調(diào)度

SlockB

Y=B=2

UnlockB

XlockA

A=Y+1

寫回A(=3)

UnlockA

SlockA

等待等待等待X=A=3UnlockAXlockBB=X+1寫回B(=4)UnlockBT1T2136

(d)可串行化的調(diào)度（續(xù)）由于其執(zhí)行結(jié)果與串行調(diào)度（a）的執(zhí)行結(jié)果相同，所以是正確的調(diào)度。137

二、如何保證并發(fā)操作的調(diào)度是正確的為了保證并行操作的正確性，DBMS的并行控制機(jī)制必須提供一定的手段來保證調(diào)度是可串行化的。

從理論上講，在某一事務(wù)執(zhí)行時禁止其他事務(wù)執(zhí)行的調(diào)度策略一定是可串行化的調(diào)度，這也是最簡單的調(diào)度策略，但這種方法實際上是不可行的，因為它使用戶不能充分共享數(shù)據(jù)庫資源。138

如何判斷調(diào)度是可串行化調(diào)度？沖突操作：不同的事務(wù)對同一個數(shù)據(jù)的讀寫操作與寫寫操作。Ri(x)與Wj(x):事務(wù)Ti讀x,Tj寫xWi(x)與Wj(x):事務(wù)Ti寫x,Tj寫x其它的操作，如：讀讀操作都不沖突139

續(xù)不可交換的操作：不同事務(wù)的沖突操作不可交換；同一事務(wù)的兩個操作不可交換；可以交換的操作：不同事務(wù)的不沖突操作可交換；

140

續(xù)因此：如果一個調(diào)度SC在保證沖突操作的次序不變的情況下，通過交換兩個事務(wù)的不沖突操作次序得到另一個調(diào)度SCC如果SCC是串行的，稱調(diào)度SC為沖突可串行化調(diào)度。141

續(xù)例：SC1=R1(A)W1(A)R2(A)W2(A)R1(B)W1(B)R2(B)W2(B)SC2=

R1(A)W1(A)R2(A)R1(B)W1(B)W2(A)

R2(B)W2(B)SC3=

R1(A)W1(A)R1(B)W1(B)R2(A)W2(A)

R2(B)W2(B)相當(dāng)于串行調(diào)度事務(wù)T1與T2，是可串行化調(diào)度沖突可串行化調(diào)度是可串化調(diào)度的充分條件。

142

如何保證并發(fā)操作的調(diào)度是正確的（續(xù)）保證并發(fā)操作調(diào)度正確性的方法封鎖方法：兩段鎖（Two-PhaseLocking，簡稱2PL）協(xié)議時標(biāo)方法樂觀方法143

6.2.6兩段鎖協(xié)議兩段鎖協(xié)議的內(nèi)容1.在對任何數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作之前，事務(wù)首先要獲得對該數(shù)據(jù)的封鎖2.在釋放一個封鎖之后，事務(wù)不再獲得任何其他封鎖。144

兩段鎖協(xié)議（續(xù)）“兩段”鎖的含義事務(wù)分為兩個階段第一階段是獲得封鎖，也稱為擴(kuò)展階段；第二階段是釋放封鎖，也稱為收縮階段。145

兩段鎖協(xié)議（續(xù)）例：事務(wù)1的封鎖序列：SlockA...SlockB...XlockC...UnlockB...UnlockA...UnlockC；

事務(wù)2的封鎖序列：SlockA...UnlockA...SlockB...XlockC...UnlockC...UnlockB；

事務(wù)1遵守兩段鎖協(xié)議，而事務(wù)2不遵守兩段協(xié)議。146

兩段鎖協(xié)議（續(xù)）并行執(zhí)行的所有事務(wù)均遵守兩段鎖協(xié)議，則對這些事務(wù)的所有并行調(diào)度策略都是可串行化的。

所有遵守兩段鎖協(xié)議的事務(wù)，其并行執(zhí)行的結(jié)果一定是正確的事務(wù)遵守兩段鎖協(xié)議是可串行化調(diào)度的充分條件，而不是必要條件可串行化的調(diào)度中，不一定所有事務(wù)都必須符合兩段鎖協(xié)議。147

兩段鎖協(xié)議（續(xù)）T1

SlockB讀B=2Y=BXlockA

A=Y+1寫回A=3UnlockBUnlockA

T2

SlockA

等待

等待

等待

等待

等待

SlockA

讀A=3

Y=AXlockB

B=Y+1

寫回B=4

UnlockB

UnlockA

T1

SlockB

讀B=2

Y=B

UnlockB

XlockA

A=Y+1

寫回A=3

UnlockA

T2

SlockA

等待

等待

等待

等待

SlockA

讀A=3

X=A

UnlockA

XlockB

B=X+1

寫回B=4

UnlockB

(a)遵守兩段鎖協(xié)議

(b)不遵守兩段鎖協(xié)議T1

SlockB

讀B=2

Y=B

UnlockB

XlockA

A=Y+1

寫回A=3

UnlockA

T2

SlockA

讀A=2

X=A

UnlockAXlockB等待XlockB

B=X+1

寫回B=3

UnlockB

(c)不遵守兩段鎖協(xié)議148

兩段鎖協(xié)議（續(xù)）兩段鎖協(xié)議與防止死鎖的一次封鎖法一次封鎖法要求每個事務(wù)必須一次將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，否則就不能繼續(xù)執(zhí)行，因此一次封鎖法遵守兩段鎖協(xié)議但是兩段鎖協(xié)議并不要求事務(wù)必須一次將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，因此遵守兩段鎖協(xié)議的事務(wù)可能發(fā)生死鎖149

兩段鎖協(xié)議（續(xù)）圖11.7遵守兩段鎖協(xié)議的事務(wù)發(fā)生死鎖T1

SlockB

讀B=2

XlockA

等待

等待

T2

SlockA

讀A=2

XlockA

等待

150

兩段鎖協(xié)議（續(xù)）兩段鎖協(xié)議與三級封鎖協(xié)議兩類不同目的的協(xié)議兩段鎖協(xié)議保證并發(fā)調(diào)度的正確性三級封鎖協(xié)議在不同程度上保證數(shù)據(jù)一致性遵守第三級封鎖協(xié)議必然遵守兩段協(xié)議151

6.2.7封鎖粒度6.2.7.1多粒度封鎖6.2.7.2意向鎖152

什么是封鎖粒度封鎖對象的大小稱為封鎖粒度(Granularity)封鎖的對象：邏輯單元，物理單元例：在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，封鎖對象：邏輯單元:屬性值、屬性值集合、元組、關(guān)系、索引項、整個索引、整個數(shù)據(jù)庫等物理單元：頁（數(shù)據(jù)頁或索引頁）、物理記錄等153

選擇封鎖粒度原則封鎖粒度與系統(tǒng)的并發(fā)度和并發(fā)控制的開銷密切相關(guān)。封鎖的粒度越大，數(shù)據(jù)庫所能夠封鎖的數(shù)據(jù)單元就越少，并發(fā)度就越小，系統(tǒng)開銷也越??；封鎖的粒度越小，并發(fā)度較高，但系統(tǒng)開銷也就越大154

選擇封鎖粒度的原則（續(xù)）若封鎖粒度是數(shù)據(jù)頁，事務(wù)T1需要修改元組L1，則T1必須對包含L1的整個數(shù)據(jù)頁A加鎖。如果T1對A加鎖后事務(wù)T2要修改A中元組L2，則T2被迫等待，直到T1釋放A。如果封鎖粒度是元組，則T1和T2可以同時對L1和L2加鎖，不需要互相等待，提高系統(tǒng)的并行度。如事務(wù)T需要讀取整個表，若封鎖粒度是元組，T必須對表中的每一個元組加鎖，開銷極大155

選擇封鎖粒度的原則（續(xù)）多粒度封鎖(MultipleGranularityLocking)

在一個系統(tǒng)中同時支持多種封鎖粒度供不同的事務(wù)選擇選擇封鎖粒度同時考慮封鎖開銷和并發(fā)度兩個因素，適當(dāng)選擇封鎖粒度需要處理多個關(guān)系的大量元組的用戶事務(wù)：以數(shù)據(jù)庫為封鎖單位需要處理大量元組的用戶事務(wù)：以關(guān)系為封鎖單元只處