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

上海大學(xué)自動(dòng)化系林小玲第6章數(shù)據(jù)庫(kù)的管理3

6.1

數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)恢復(fù)概述6.1.3

數(shù)據(jù)庫(kù)故障類型6.1.4

數(shù)據(jù)庫(kù)故障恢復(fù)實(shí)行技術(shù)6.1數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)6.1.5

數(shù)據(jù)庫(kù)故障恢復(fù)策略

6.1.6

數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)操作序列一個(gè)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(kù)中，一個(gè)事務(wù)可以是一條或多條SQL語(yǔ)句,也可以包含一個(gè)或多個(gè)程序。一個(gè)程序通常包含多個(gè)事務(wù)

6

定義事務(wù)顯式定義方式

BEGINTRANSACTIONBEGINTRANSACTIONSQL語(yǔ)句1SQL語(yǔ)句1SQL語(yǔ)句2SQL語(yǔ)句2………………

COMMIT

ROLLBACK隱式定義方式當(dāng)用戶沒(méi)有顯式地定義事務(wù)時(shí)，DBMS按缺省規(guī)定自動(dòng)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(kù)恢復(fù)概述故障是不可避免的系統(tǒng)故障：計(jì)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(kù)的恢復(fù) 把數(shù)據(jù)庫(kù)從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)(亦稱為一致?tīng)顟B(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(jì)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(guò)事務(wù)程序本身發(fā)現(xiàn)的(見(jiàn)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(gè)事務(wù)把一筆金額從一個(gè)賬戶甲轉(zhuǎn)給另一個(gè)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(gè)例子所包括的兩個(gè)更新操作要么全部完成要么全部不做。否則就會(huì)使數(shù)據(jù)庫(kù)處于不一致?tīng)顟B(tài)，例如只把賬戶甲的余額減少了而沒(méi)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(kù)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(dòng)。整個(gè)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(kù)內(nèi)存中數(shù)據(jù)庫(kù)緩沖區(qū)的信息全部丟失

15

系統(tǒng)故障的常見(jiàn)原因特定類型的硬件錯(cuò)誤（如CPU故障）操作系統(tǒng)故障DBMS代碼錯(cuò)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(shí)，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(shí)，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?；謴?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(cuò)誤瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)干擾18

介質(zhì)故障的恢復(fù)裝入數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生介質(zhì)故障前某個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)副本

重做自此時(shí)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(kù)19

四、計(jì)算機(jī)病毒計(jì)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(jì)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的影響有兩種可能性一是數(shù)據(jù)庫(kù)本身被破壞二是數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)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(shí)現(xiàn)技術(shù)6.1.4.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)

6.1.4.2登記日志文件

22

6.1.4恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)恢復(fù)操作的基本原理：冗余 利用存儲(chǔ)在系統(tǒng)其它地方的冗余數(shù)據(jù)來(lái)重建數(shù)據(jù)庫(kù)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(wèn)題如何建立冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)（backup）登錄日志文件（logging）如何利用這些冗余數(shù)據(jù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)

23

6.1.4.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法

什么是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)

24

一、什么是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)轉(zhuǎn)儲(chǔ)是指DBA將整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制到磁帶或另一個(gè)磁盤上保存起來(lái)的過(guò)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(kù)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(kù)恢復(fù)到轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)的狀態(tài)25

二、轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法1．靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)2．海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)與增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)3．轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法小結(jié)26

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)在系統(tǒng)中無(wú)運(yùn)行事務(wù)時(shí)進(jìn)行的轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作轉(zhuǎn)儲(chǔ)開(kāi)始時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)處于一致性狀態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間不允許對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的任何存取、修改活動(dòng)得到的一定是一個(gè)數(shù)據(jù)一致性的副本優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：降低了數(shù)據(jù)庫(kù)的可用性轉(zhuǎn)儲(chǔ)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(chǔ)結(jié)束27

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作與用戶事務(wù)并發(fā)進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間允許對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取或修改優(yōu)點(diǎn)不用等待正在運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束不會(huì)影響新事務(wù)的運(yùn)行缺點(diǎn)不能保證副本中的數(shù)據(jù)正確有效[例]在轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間的某個(gè)時(shí)刻Tc，系統(tǒng)把數(shù)據(jù)A=100轉(zhuǎn)儲(chǔ)到磁帶上，而在下一時(shí)刻Td，某一事務(wù)將A改為200。轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束后，后備副本上的A已是過(guò)時(shí)的數(shù)據(jù)了28

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)利用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)得到的副本進(jìn)行故障恢復(fù)需要把動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間各事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改活動(dòng)登記下來(lái)，建立日志文件后備副本加上日志文件才能把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到某一時(shí)刻的正確狀態(tài)29

2．海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)與增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ):每次轉(zhuǎn)儲(chǔ)全部數(shù)據(jù)庫(kù)

增量轉(zhuǎn)儲(chǔ):只轉(zhuǎn)儲(chǔ)上次轉(zhuǎn)儲(chǔ)后更新過(guò)的數(shù)據(jù)

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

3．轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法小結(jié)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法分類

轉(zhuǎn)儲(chǔ)狀態(tài)

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)

轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式

海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)

動(dòng)態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)

靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)

增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)

動(dòng)態(tài)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)

靜態(tài)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)

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(lái)記錄事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)事務(wù)的開(kāi)始標(biāo)記(BEGINTRANSACTION)各個(gè)事務(wù)的結(jié)束標(biāo)記(COMMIT或ROLLBACK)各個(gè)事務(wù)的所有更新操作以上均作為日志文件中的一個(gè)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(shí)（標(biāo)明是哪個(gè)事務(wù)）操作類型（插入、刪除或修改）操作對(duì)象（記錄內(nèi)部標(biāo)識(shí)）更新前數(shù)據(jù)的舊值（對(duì)插入操作而言，此項(xiàng)為空值）更新后數(shù)據(jù)的新值（對(duì)刪除操作而言,此項(xiàng)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(shí)（標(biāo)明是那個(gè)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(chǔ)副本和日志文件進(jìn)行恢復(fù)

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)

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(chǔ)副本和日志文件進(jìn)行恢復(fù)上圖中：系統(tǒng)在Ta時(shí)刻停止運(yùn)行事務(wù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)在Tb時(shí)刻轉(zhuǎn)儲(chǔ)完畢，得到Tb時(shí)刻的數(shù)據(jù)庫(kù)一致性副本系統(tǒng)運(yùn)行到Tf時(shí)刻發(fā)生故障為恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)，首先由DBA重裝數(shù)據(jù)庫(kù)后備副本，將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)至Tb時(shí)刻的狀態(tài)重新運(yùn)行自Tb～Tf時(shí)刻的所有更新事務(wù)，把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到故障發(fā)生前的一致?tīng)顟B(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(shí)間次序必須先寫日志文件，后寫數(shù)據(jù)庫(kù)寫日志文件操作：把表示這個(gè)修改的日志記錄寫到日志文件寫數(shù)據(jù)庫(kù)操作：把對(duì)數(shù)據(jù)的修改寫到數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)和寫日志文件是兩個(gè)不同的操作在這兩個(gè)操作之間可能發(fā)生故障如果先寫了數(shù)據(jù)庫(kù)修改，而在日志文件中沒(méi)有登記下這個(gè)修改，則以后就無(wú)法恢復(fù)這個(gè)修改了如果先寫日志，但沒(méi)有修改數(shù)據(jù)庫(kù)，按日志文件恢復(fù)時(shí)只不過(guò)是多執(zhí)行一次不必要的UNDO操作，并不會(huì)影響數(shù)據(jù)庫(kù)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(diǎn)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(diǎn)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行的修改事務(wù)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)自動(dòng)完成，對(duì)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(duì)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(kù)。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(kāi)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(kù)不一致?tīng)顟B(tài)的原因未完成事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新已寫入數(shù)據(jù)庫(kù)已提交事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新還留在緩沖區(qū)沒(méi)來(lái)得及寫入數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)方法1.Undo故障發(fā)生時(shí)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(dòng)時(shí)自動(dòng)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(duì)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(duì)列:故障發(fā)生時(shí)尚未完成的事務(wù)這些事務(wù)只有BEGINTRANSACTION記錄，無(wú)相應(yīng)的COMMIT記錄47

系統(tǒng)故障的恢復(fù)步驟

2.對(duì)撤銷(Undo)隊(duì)列事務(wù)進(jìn)行撤銷(UNDO)處理反向掃描日志文件，對(duì)每個(gè)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(kù)

3.對(duì)重做(Redo)隊(duì)列事務(wù)進(jìn)行重做(REDO)處理正向掃描日志文件，對(duì)每個(gè)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(kù)48

6.1.5.3介質(zhì)故障的恢復(fù)1.重裝數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)副本(離故障發(fā)生時(shí)刻最近的轉(zhuǎn)儲(chǔ)副本)，使數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到最近一次轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)的一致性狀態(tài)。對(duì)于靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)副本，裝入后數(shù)據(jù)庫(kù)處于一致性狀態(tài)對(duì)于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)副本，還須同時(shí)裝入轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)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(kù)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(chǔ)結(jié)束時(shí)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(shí)已提交的事務(wù)的標(biāo)識(shí)，將其記入重做隊(duì)列。然后正向掃描日志文件，對(duì)重做隊(duì)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(kù)。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(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)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(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)檢查點(diǎn)技術(shù)

利用檢查點(diǎn)的恢復(fù)策略

問(wèn)題的提出

53

一、問(wèn)題的提出兩個(gè)問(wèn)題搜索整個(gè)日志將耗費(fèi)大量的時(shí)間REDO處理：重新執(zhí)行，浪費(fèi)了大量時(shí)間54

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

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

56

檢查點(diǎn)技術(shù)（續(xù)）具有檢查點(diǎn)的日志文件和重新開(kāi)始文件57

動(dòng)態(tài)維護(hù)日志文件的方法動(dòng)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(diǎn)，保存數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)檢查點(diǎn)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(kù)中4.把檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址寫入一個(gè)重新開(kāi)始文件58

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

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

T對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所做的修改已寫入數(shù)據(jù)庫(kù)寫入時(shí)間是在這個(gè)檢查點(diǎn)建立之前或在這個(gè)檢查點(diǎn)建立之時(shí)在進(jìn)行恢復(fù)處理時(shí)，沒(méi)有必要對(duì)事務(wù)T執(zhí)行REDO操作

60

利用檢查點(diǎn)的恢復(fù)策略（續(xù)）Tc

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

利用檢查點(diǎn)的恢復(fù)策略1.從重新開(kāi)始文件中找到最后一個(gè)檢查點(diǎn)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(gè)檢查點(diǎn)記錄

2.由該檢查點(diǎn)記錄得到檢查點(diǎn)建立時(shí)刻所有正在執(zhí)行的事務(wù)清單ACTIVE-LIST建立兩個(gè)事務(wù)隊(duì)列UNDO-LISTREDO-LIST把ACTIVE-LIST暫時(shí)放入U(xiǎn)NDO-LIST隊(duì)列，REDO隊(duì)列暫為空。63

利用檢查點(diǎn)的恢復(fù)策略（續(xù)）3.從檢查點(diǎn)開(kāi)始正向掃描日志文件，直到日志文件結(jié)束如有新開(kāi)始的事務(wù)Ti，把Ti暫時(shí)放入U(xiǎn)NDO-LIST隊(duì)列如有提交的事務(wù)Tj，把Tj從UNDO-LIST隊(duì)列移到REDO-LIST隊(duì)列4.對(duì)UNDO-LIST中的每個(gè)事務(wù)執(zhí)行UNDO操作對(duì)REDO-LIST中的每個(gè)事務(wù)執(zhí)行REDO操作64

6.1.6數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像介質(zhì)故障是對(duì)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(kù)的可用性介質(zhì)故障恢復(fù)比較費(fèi)時(shí)為預(yù)防介質(zhì)故障，DBA必須周期性地轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

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

數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像（續(xù)）數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像DBMS自動(dòng)把整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)或其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)復(fù)制到另一個(gè)磁盤上DBMS自動(dòng)保證鏡像數(shù)據(jù)與主數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性每當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)更新時(shí)，DBMS自動(dòng)把更新后的數(shù)據(jù)復(fù)制過(guò)去（如下圖所示）66

數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像（續(xù)）67

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

數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像（續(xù)）沒(méi)有出現(xiàn)故障時(shí)可用于并發(fā)操作一個(gè)用戶對(duì)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(kù)上的數(shù)據(jù)，而不必等待該用戶釋放鎖69

數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像（續(xù)）頻繁地復(fù)制數(shù)據(jù)自然會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)行效率在實(shí)際應(yīng)用中用戶往往只選擇對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)和日志文件鏡像，而不是對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行鏡像70

6.1.7小結(jié)如果數(shù)據(jù)庫(kù)只包含成功事務(wù)提交的結(jié)果，就說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)處于一致性狀態(tài)。保證數(shù)據(jù)一致性是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的最基本的要求。事務(wù)是數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)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(kù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和登記日志文件恢復(fù)的基本原理：利用存儲(chǔ)在后備副本、日志文件和數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像中的冗余數(shù)據(jù)來(lái)重建數(shù)據(jù)庫(kù)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(diǎn)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(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)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(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)操作序列，這些操作要么全做，要么全不做，是一個(gè)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(kù)處理的所有要求嗎？請(qǐng)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(cuò)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(kù)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(guò)程可用下圖表示：79

“丟失修改”錯(cuò)誤示意圖80

例2：數(shù)據(jù)核對(duì)系統(tǒng)對(duì)于T2來(lái)說(shuō)，什么操作都沒(méi)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(cuò)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(wú)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(cuò)誤示意圖83

“不可重復(fù)讀”錯(cuò)誤種類事務(wù)2讀取某一數(shù)據(jù)后：1.事務(wù)1對(duì)其做了修改，當(dāng)事務(wù)2再次讀該數(shù)據(jù)時(shí)，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(shí)，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(shí)，發(fā)現(xiàn)多了一些記錄。后兩種不可重復(fù)讀有時(shí)也稱為幻影現(xiàn)象（Phantomrow）84

幻影85

例3：利息計(jì)算對(duì)于T2來(lái)說(shuō)，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(cuò)！86

錯(cuò)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(shí)事務(wù)1把已修改過(guò)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(kù)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(cuò)誤示意圖88

并發(fā)操作帶來(lái)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(kāi)始執(zhí)行，則不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤；否則，可能會(huì)出現(xiàn)前面描述的錯(cuò)誤，如破壞事務(wù)的隔離性和數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)時(shí)刻只有一個(gè)事務(wù)運(yùn)行，其他事務(wù)必須等到這個(gè)事務(wù)結(jié)束以后方能運(yùn)行事務(wù)并發(fā)執(zhí)行：來(lái)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(shí)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(huì)破壞數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性串行事務(wù)效率低并行的優(yōu)點(diǎn)一個(gè)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(huì)導(dǎo)致難于預(yù)測(cè)的時(shí)延。如果各個(gè)事務(wù)所涉及的是數(shù)據(jù)庫(kù)的不同部分，采用并發(fā)會(huì)減少平均響應(yīng)時(shí)間

核心問(wèn)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(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象（例如表、記錄等）操作之前，先向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，對(duì)其加鎖；加鎖后事務(wù)T就對(duì)該數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)象。封鎖是實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的一個(gè)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(gè)事務(wù)對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)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(jiǎn)記為X鎖）共享鎖（Sharelock，簡(jiǎn)記為S鎖）95

排它鎖排它鎖又稱為寫鎖；若事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)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(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象A加上S鎖，只允許事務(wù)T對(duì)該對(duì)象A進(jìn)行讀而不能進(jìn)行寫；其它任何事務(wù)只能再對(duì)A加S鎖，而不能加X(jué)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(qǐng)求

N=No，不相容的請(qǐng)求

T1T2

X

S

無(wú)

X

N

N

Y

S

N

Y

Y

無(wú)

Y

Y

Y

98

如何使用鎖？

使用鎖的過(guò)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(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖時(shí)，約定一些規(guī)則，包括：何時(shí)申請(qǐng)何種類型鎖何時(shí)釋放常用的封鎖協(xié)議：三級(jí)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(jí)封鎖協(xié)議事務(wù)T在修改數(shù)據(jù)R之前必須先對(duì)其加X(jué)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(yàn)算不對(duì))

T2T1104

一級(jí)封鎖協(xié)議作用小結(jié)因此，可以認(rèn)為：一級(jí)封鎖協(xié)議可防止“丟失修改”錯(cuò)誤；在一級(jí)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(jí)封鎖協(xié)議定義為：一級(jí)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(jí)封鎖協(xié)議可以防止：丟失修改讀“臟”數(shù)據(jù)在二級(jí)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(yàn)算不對(duì))

T2T1(續(xù))108

三級(jí)封鎖協(xié)議定義為：一級(jí)封鎖協(xié)議+事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對(duì)其加S鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放三級(jí)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(jí)協(xié)議的主要區(qū)別什么操作需要申請(qǐng)封鎖何時(shí)釋放鎖（即持鎖時(shí)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(wèn)題，但也帶來(lái)一些新的問(wèn)題死鎖活鎖113

如何避免活鎖

采用先來(lái)先服務(wù)的策略：當(dāng)多個(gè)事務(wù)請(qǐng)求封鎖同一數(shù)據(jù)對(duì)象時(shí)按請(qǐng)求封鎖的先后次序?qū)@些事務(wù)排隊(duì)該數(shù)據(jù)對(duì)象上的鎖一旦釋放，首先批準(zhǔn)申請(qǐng)隊(duì)列中第一個(gè)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(gè)或多個(gè)事務(wù)都已封鎖了一些數(shù)據(jù)對(duì)象，然后又都請(qǐng)求對(duì)已為其他事務(wù)封鎖的數(shù)據(jù)對(duì)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(gè)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(wèn)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(shì)必?cái)U(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(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)是不斷變化的，原來(lái)不要求封鎖的數(shù)據(jù)，在執(zhí)行過(guò)程中可能會(huì)變成封鎖對(duì)象，所以很難事先精確地確定每個(gè)事務(wù)所要封鎖的數(shù)據(jù)對(duì)象解決方法：將事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中可能要封鎖的數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象規(guī)定一個(gè)封鎖順序，所有事務(wù)都按這個(gè)順序?qū)嵭蟹怄i。順序封鎖法存在的問(wèn)題維護(hù)成本高數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中可封鎖的數(shù)據(jù)對(duì)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(shí)現(xiàn)事務(wù)的封鎖請(qǐng)求可以隨著事務(wù)的執(zhí)行而動(dòng)態(tài)地決定，很難事先確定每一個(gè)事務(wù)要封鎖哪些對(duì)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(duì)象的封鎖順序?yàn)锳,B,C,D,E。事務(wù)T3起初要求封鎖數(shù)據(jù)對(duì)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(kù)的特點(diǎn)DBMS在解決死鎖的問(wèn)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(cè)系統(tǒng)中是否存在死鎖一旦檢測(cè)到死鎖，就要設(shè)法解除124

檢測(cè)死鎖：超時(shí)法如果一個(gè)事務(wù)的等待時(shí)間超過(guò)了規(guī)定的時(shí)限，就認(rèn)為發(fā)生了死鎖優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)有可能誤判死鎖時(shí)限若設(shè)置得太長(zhǎng)，死鎖發(fā)生后不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)125

等待圖法用事務(wù)等待圖動(dòng)態(tài)反映所有事務(wù)的等待情況事務(wù)等待圖是一個(gè)有向圖G=(T，U)T為結(jié)點(diǎn)的集合，每個(gè)結(jié)點(diǎn)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(cè)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(gè)處理死鎖代價(jià)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)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(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。將所有事務(wù)串行起來(lái)的調(diào)度策略一定是正確的調(diào)度策略。幾個(gè)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(shí)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(gè)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(duì)這兩個(gè)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(cuò)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(cuò)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(lái)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(shí)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(jiǎn)單的調(diào)度策略，但這種方法實(shí)際上是不可行的，因?yàn)樗褂脩舨荒艹浞止蚕頂?shù)據(jù)庫(kù)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(duì)同一個(gè)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(gè)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(gè)調(diào)度SC在保證沖突操作的次序不變的情況下，通過(guò)交換兩個(gè)事務(wù)的不沖突操作次序得到另一個(gè)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(jiǎn)稱2PL）協(xié)議時(shí)標(biāo)方法樂(lè)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(duì)任何數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作之前，事務(wù)首先要獲得對(duì)該數(shù)據(jù)的封鎖2.在釋放一個(gè)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(gè)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(duì)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(gè)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(jí)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(jí)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(jí)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(duì)象的大小稱為封鎖粒度(Granularity)封鎖的對(duì)象：邏輯單元，物理單元例：在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，封鎖對(duì)象：邏輯單元:屬性值、屬性值集合、元組、關(guān)系、索引項(xiàng)、整個(gè)索引、整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)等物理單元：頁(yè)（數(shù)據(jù)頁(yè)或索引頁(yè)）、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(kāi)銷密切相關(guān)。封鎖的粒度越大，數(shù)據(jù)庫(kù)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(kāi)銷也越?。环怄i的粒度越小，并發(fā)度較高，但系統(tǒng)開(kāi)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(yè)，事務(wù)T1需要修改元組L1，則T1必須對(duì)包含L1的整個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)A加鎖。如果T1對(duì)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(shí)對(duì)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(gè)表，若封鎖粒度是元組，T必須對(duì)表中的每一個(gè)元組加鎖，開(kāi)銷極大155

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

在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)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(shí)考慮封鎖開(kāi)銷和并發(fā)度兩個(gè)因素，適當(dāng)選擇封鎖粒度需要處理多個(gè)關(guān)系的大量元組的用戶事務(wù)：以數(shù)據(jù)庫(kù)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