并發(fā)控制 課后答案-簡述并發(fā)控制

/第八章并發(fā)控制習(xí)題解答和解析1.

在數(shù)據(jù)庫中為什么要并發(fā)控制?答：數(shù)據(jù)庫是共享資源,通常有許多個事務(wù)同時在運行。當(dāng)多個事務(wù)并發(fā)地存取數(shù)據(jù)庫時就會產(chǎn)生同時讀取和/或修改同一數(shù)據(jù)的情況。若對并發(fā)操作不加控制就可能會存取和存儲不正確的數(shù)據(jù),破壞數(shù)據(jù)庫的一致性。所以數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須提供并發(fā)控制機制。2.

并發(fā)操作可能會產(chǎn)生哪幾類數(shù)據(jù)不一致?用什么方法能避免各種不一致的情況?答：并發(fā)操作帶來的數(shù)據(jù)不一致性包括三類：丟失修改、不可重復(fù)讀和讀"臟"數(shù)據(jù)。(1)丟失修改(LostUpdate)兩個事務(wù)T1和T2讀入同一數(shù)據(jù)并修改,T2提交的結(jié)果破壞了(覆蓋了)T1提交的結(jié)果,導(dǎo)致T1的修改被丟失。(2)不可重復(fù)讀(Non-RepeatableRead)不可重復(fù)讀是指事務(wù)T1讀取數(shù)據(jù)后,事務(wù)T2執(zhí)行更新操作,使T1無法再現(xiàn)前一次讀取結(jié)果。不可重復(fù)讀包括三種情況:詳見《概論》8.1(P266)。(3)讀"臟"數(shù)據(jù)(DirtyRead)讀"臟"數(shù)據(jù)是指事務(wù)T1修改某一數(shù)據(jù),并將其寫回磁盤,事務(wù)T2讀取同一數(shù)據(jù)后,T1由于某種原因被撤銷,這時T1已修改過的數(shù)據(jù)恢復(fù)原值,T2讀到的數(shù)據(jù)就與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不一致,則T2讀到的數(shù)據(jù)就為"臟"數(shù)據(jù),即不正確的數(shù)據(jù)。避免不一致性的方法和技術(shù)就是并發(fā)控制。最常用的技術(shù)是封鎖技術(shù)。也可以用其他技術(shù)，例如在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中可以采用時間戳方法來進(jìn)行并發(fā)控制。3.

什么是封鎖?答：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,其他的事務(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)。4.

基本的封鎖類型有幾種?試述它們的含義。答：基本的封鎖類型有兩種：排它鎖(ExclusiveLocks,簡稱X鎖)和共享鎖(ShareLocks,簡稱S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，其他任何事務(wù)都不能再對A加任何類型的鎖,直到T釋放A上的鎖。這就保證了其他事務(wù)在T釋放A上的鎖之前不能再讀取和修改A。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,則事務(wù)T可以讀A但不能修改A,其他事務(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。這就保證了其他事務(wù)可以讀A,但在T釋放A上的S鎖之前不能對A做任何修改。5.如何用封鎖機制保證數(shù)據(jù)的一致性?答：DBMS在對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作之前首先對該數(shù)據(jù)執(zhí)行封鎖操作,例如下圖中事務(wù)T1在對A進(jìn)行修改之前先對A執(zhí)行XLock(A),即對A加X鎖。這樣,當(dāng)T2請求對A加X鎖時就被拒絕，T2只能等待T1釋放A上的鎖后才能獲得對A的X鎖,這時它讀到的A是T1更新后的值,再按此新的A值進(jìn)行運算。這樣就不會丟失T1的更新。

DBMS按照一定的封鎖協(xié)議,對并發(fā)操作進(jìn)行控制,使得多個并發(fā)操作有序地執(zhí)行,就可以避免丟失修改、不可重復(fù)讀和讀"臟"數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)不一致性。

6.什么是封鎖協(xié)議?不同級別的封鎖協(xié)議的主要區(qū)別是什么?答：在運用封鎖技術(shù)對數(shù)據(jù)加鎖時,要約定一些規(guī)則。例如,在運用X鎖和S鎖對數(shù)據(jù)對象加鎖時,要約定何時申請X鎖或S鎖、何時釋放封鎖等。這些約定或者規(guī)則稱為封鎖協(xié)議(lockingProtocol)。對封鎖方式約定不同的規(guī)則,就形成了各種不同的封鎖協(xié)議、不同級別的封鎖協(xié)議,例如《概論》8.3中介紹的三級封鎖協(xié)議,三級協(xié)議的主要區(qū)別在于什么操作需要申請封鎖,何時申請封鎖以與何時釋放鎖(即持鎖時間的長短)。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。二級封鎖協(xié)議：一級封鎖協(xié)議加上事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對其加S鎖,讀完后即可釋放S鎖。三級封鎖協(xié)議：一級封鎖協(xié)議加上事務(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。

7.不同封鎖協(xié)議與系統(tǒng)一致性級別的關(guān)系是什么?答：不同的封鎖協(xié)議對應(yīng)不同的一致性級別。一級封鎖協(xié)議可防止丟失修改,并保證事務(wù)T是可恢復(fù)的。在一級封鎖協(xié)議中,對讀數(shù)據(jù)是不加S鎖的,所以它不能保證可重復(fù)讀和不讀"臟"數(shù)據(jù)。二級封鎖協(xié)議除防止了丟失修改,還可進(jìn)一步防止讀"臟"數(shù)據(jù)。在二級封鎖協(xié)議中,由于讀完數(shù)據(jù)后立即釋放S鎖,所以它不能保證可重復(fù)讀。在三級封鎖協(xié)議中,無論是讀數(shù)據(jù)還是寫數(shù)據(jù)都加長鎖，即都要到事務(wù)結(jié)束才釋放封鎖。所以三級封鎖協(xié)議除防止了丟失修改和不讀"臟"數(shù)據(jù)外,還進(jìn)一步防止了不可重復(fù)讀。下面的表格清楚地說明了封鎖協(xié)議與系統(tǒng)一致性的關(guān)系。

X鎖S鎖一致性保證

操作結(jié)束釋放事務(wù)結(jié)束釋放操作結(jié)束釋放事務(wù)結(jié)束釋放不丟失修改不讀"臟"數(shù)據(jù)可重復(fù)讀一級封鎖協(xié)議

√

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二級封鎖協(xié)議

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√√

三級封鎖協(xié)議

√

√√√√

8.什么是活鎖?什么是死鎖?答：TIT2T3T4lockR....lockR...等待lockR.Unlock等待.lockR.等待.等待.等待.等待.等待Unlock等待.等待.lockR.等待..

如果事務(wù)T1封鎖了數(shù)據(jù)R，事務(wù)T2飛又請求封鎖R,于是T2等待。T3也請求封鎖R，當(dāng)T1釋放了R上的封鎖之后系統(tǒng)首先批準(zhǔn)了T3的請求,T2仍然等待。然后T4又請求封鎖R，當(dāng)T3釋放了R上的封鎖之后系統(tǒng)又批準(zhǔn)了T4的請求……T2有可能永遠(yuǎn)等待,這就是活鎖的情形?；铈i的含義是該等待事務(wù)等待時間太長，似乎被鎖住了,實際上可能被激活。如果事務(wù)Tl封鎖了數(shù)據(jù)R1,T2封鎖了數(shù)據(jù)R2，然后T1又請求封鎖R2,因T2已封鎖了R2,于是T1等待T2釋放R2上的鎖。接著T2又申請封鎖R1,因T1已封鎖了R1,T2也只能等待T1釋放Rl上的鎖。這樣就出現(xiàn)了T1在等待T2,而T2又在等待Tl的局面,T1和T2兩個事務(wù)永遠(yuǎn)不能結(jié)束,形成死鎖。T1T2lockR1..lockR2..lockR2.等待.等待lockR1等待等待

9.試述活鎖的產(chǎn)生原因和解決方法。答：活鎖產(chǎn)生的原因：當(dāng)一系列封鎖不能按照其先后順序執(zhí)行時,就可能導(dǎo)致一些事務(wù)無限期等待某個封鎖,從而導(dǎo)致活鎖。避免活鎖的簡單方法是采用先來先服務(wù)的策略。當(dāng)多個事務(wù)請求封鎖同一數(shù)據(jù)對象時,封鎖子系統(tǒng)按請求封鎖的先后次序?qū)κ聞?wù)排隊,數(shù)據(jù)對象上的鎖一旦釋放就批準(zhǔn)申請隊列中第一個事務(wù)獲得鎖。10.請給出預(yù)防死鎖的若干方法。答：在數(shù)據(jù)庫中,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,然后又都請求已被其他事務(wù)封鎖的數(shù)據(jù)加鎖,從而出現(xiàn)死等待。防止死鎖的發(fā)生其實就是要破壞產(chǎn)生死鎖的條件。預(yù)防死鎖通常有兩種方法：(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；(2)順序封鎖法,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。不過,預(yù)防死鎖的策略不大適合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點,具體原因可參見《概論》8.4。11.請給出檢測死鎖發(fā)生的一種方法,當(dāng)發(fā)生死鎖后如何解除死鎖?答：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般采用允許死鎖發(fā)生,DBMS檢測到死鎖后加以解除的方法。DBMS中診斷死鎖的方法與操作系統(tǒng)類似,一般使用超時法或事務(wù)等待圖法。超時法是：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。超時法實現(xiàn)簡單,但有可能誤判死鎖,事務(wù)因其他原因長時間等待超過時限時,系統(tǒng)會誤認(rèn)為發(fā)生了死鎖。若時限設(shè)置得太長,又不能與時發(fā)現(xiàn)死鎖發(fā)生。DBMS并發(fā)控制子系統(tǒng)檢測到死鎖后,就要設(shè)法解除。通常采用的方法是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)持有的所有鎖,使其他事務(wù)得以繼續(xù)運行下去。當(dāng)然,對撤銷的事務(wù)所執(zhí)行的數(shù)據(jù)修改操作必須加以恢復(fù)。12.什么樣的并發(fā)調(diào)度是正確的調(diào)度?答：可串行化(Sertalizable)的調(diào)度是正確的調(diào)度。可串行化的調(diào)度的定義：多個事務(wù)的并發(fā)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執(zhí)行它們時的結(jié)果相同,稱這種調(diào)度策略為可串行化的調(diào)度。13.設(shè)T1,T2,T3是如下的3個事務(wù)：T1:A:=A+2;T2:A:=A*2;T3:A:=A**2;設(shè)A的初值為0。(1)若這3個事務(wù)允許并行執(zhí)行,則有多少可能的正確結(jié)果,請一一列舉出來。答:A的最終結(jié)果可能有2、4、8、16。因為串行執(zhí)行次序有T1T2T3、T1T3T2、T2T1T3、T2T3T1、T3T1T2、T3T2T1。對應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果是16、8、4、2、4、2。(2)請給出一個可串行化的調(diào)度,并給出執(zhí)行結(jié)果答：T1T2T3slockAY=A=OUnlockAXlockASlockAA=Y+2等待寫回A(=2)等待UnlockA等待Y=A=2UnlockAXlockASlockAA=Y*2等待寫回A(=4)等待UnlockA等待Y=A=4UnlockAXlockA寫回A(=16)UnlockA最后結(jié)果A為16,是可串行化的調(diào)度。(3)請給出一個非串行化的調(diào)度,并給出執(zhí)行結(jié)果。答：T1T2T3SlockAY=A=0UnlockASlockAY=A=0XlockA等待UnlockAA=Y+2寫回A(=2)SlockAUnlockA等待Y=A=2UnlockAXlockAXlockA等待A=Y**2等待寫回A(=4)等待UnlockAA=Y*2寫回A(=0)UnlockA最后結(jié)果A為0,為非串行化的調(diào)度。(4)若這3個事務(wù)都遵守兩段鎖協(xié)議,請給出一個不產(chǎn)生死鎖的可串行化調(diào)度。答：T1T2T3SlockAY=A=OXlockAA=Y+2SlockA寫回A(=2)等待UnlockA等待Y=A=2XlockA等待SlockAA=Y*2等待寫回A(=4)等待UnlockA等待Y=A=4XlockAA=Y**2寫回A(=16)UnlockA(5)若這3個事務(wù)都遵守兩段鎖協(xié)議,請給出一個產(chǎn)生死鎖的調(diào)度。答：T1T2T3SlockAY=A=0SlockAY=A=0XlockA等待XlockA等待SlockAY=A=0XlockA等待

14.試述兩段鎖協(xié)議的概念。答：兩段鎖協(xié)議是指所有事務(wù)必須分兩個階段對數(shù)據(jù)項加鎖和解鎖。?在對任何數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作之前,首先要申請并獲得對該數(shù)據(jù)的封鎖；?在釋放一個封鎖之后,事務(wù)不再申請和獲得任何其他封鎖。"兩段"的含義是,事務(wù)分為兩個階段：第一階段是獲得封鎖,也稱為擴展階段,在這階段,事務(wù)可以申請獲得任何數(shù)據(jù)項上的任何類型的鎖,但是不能釋放任何鎖；第二階段是釋放封鎖,也稱為收縮階段,在這階段,事務(wù)釋放已經(jīng)獲得的鎖,但是不能再申請任何鎖。

15.試證明,若并發(fā)事務(wù)遵守兩段鎖協(xié)議,