數(shù)據(jù)庫保護技術(shù)(并發(fā)).ppt

1、An Introduction to Database System,江蘇科技大學(xué),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 An Introduction to Database System 第八章 數(shù)據(jù)庫保護技術(shù),An Introduction to Database System,第四章 數(shù)據(jù)庫安全性,8.1 數(shù)據(jù)庫的安全性及SQL Server的安全管理 8.2 數(shù)據(jù)庫完整性及SQL Server的完整性控制 8.3 數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制及SQL Server并發(fā)控制 8.4 數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)與SQL Server數(shù)據(jù)恢復(fù)機制,An Introduction to Database System,問題的產(chǎn)生,多用戶數(shù)

2、據(jù)庫系統(tǒng)的存在 允許多個用戶同時使用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 飛機定票數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 銀行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 特點：在同一時刻并發(fā)運行的事務(wù)數(shù)可達數(shù)百個,An Introduction to Database System,問題的產(chǎn)生（續(xù)）,不同的多事務(wù)執(zhí)行方式 (1)事務(wù)串行執(zhí)行 每個時刻只有一個事務(wù)運行，其他事務(wù)必須等到這個事務(wù)結(jié)束以后方能運行 不能充分利用系統(tǒng)資源，發(fā)揮數(shù)據(jù)庫共享資源的特點,T1,T2,T3,事務(wù)的串行執(zhí)行方式,An Introduction to Database System,問題的產(chǎn)生（續(xù)）,(2)交叉并發(fā)方式（Interleaved Concurrency） 在單處理機系統(tǒng)中，事務(wù)的并行

3、執(zhí)行是這些并行事務(wù)的并行操作輪流交叉運行 單處理機系統(tǒng)中的并行事務(wù)并沒有真正地并行運行，但能夠減少處理機的空閑時間，提高系統(tǒng)的效率,An Introduction to Database System,問題的產(chǎn)生（續(xù)）,事務(wù)的交叉并發(fā)執(zhí)行方式,An Introduction to Database System,問題的產(chǎn)生（續(xù)）,(3)同時并發(fā)方式（simultaneous concurrency） 多處理機系統(tǒng)中，每個處理機可以運行一個事務(wù)，多個處理機可以同時運行多個事務(wù)，實現(xiàn)多個事務(wù)真正的并行運行,An Introduction to Database System,問題的產(chǎn)生（續(xù)）,事務(wù)

4、并發(fā)執(zhí)行帶來的問題 會產(chǎn)生多個事務(wù)同時存取同一數(shù)據(jù)的情況 可能會存取和存儲不正確的數(shù)據(jù)，破壞事務(wù)一致性和數(shù)據(jù)庫的一致性 數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制： 控制數(shù)據(jù)庫，防止多用戶并發(fā)使用數(shù)據(jù)庫時造成數(shù)據(jù)錯誤和程序運行錯誤，保證數(shù)據(jù)的完整性。,An Introduction to Database System,8.3 數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制及SQL Server并發(fā)控制,8.3.1 事務(wù)及并發(fā)控制的基本概念 8.3.2 封鎖及封鎖協(xié)議 8.3.3 封鎖出現(xiàn)的問題及解決方法 8.3.4 SQLServer的并發(fā)控制（了解，不考核）,An Introduction to Database System,8.3.1 事務(wù)及

5、并發(fā)控制的基本概念,1、事務(wù)的概念和特征 2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問題,An Introduction to Database System,1、事務(wù)的概念和特征,1. 事務(wù)的概念 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。 一個程序中可以包含多個事務(wù) 在SQL語言中，定義事務(wù)的語句有三條： BEGIN TRANSACTION； COMMIT； ROLLBACK；,An Introduction to Database System,1、事務(wù)的概念和特征,定義方式： BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACT

6、ION SQL 語句1 SQL 語句1 SQL 語句2 SQL 語句2 。 。 COMMIT ROLLBACK,提交,回滾,An Introduction to Database System,1、事務(wù)的概念和特征（續(xù)）,2. 事務(wù)的ACID特性： 原子性（Atomicity） 一致性（Consistency） 隔離性（Isolation） 持續(xù)性（Durability ） 事務(wù)處理的主要任務(wù):保證事務(wù)的ACID特性,An Introduction to Database System,1、事務(wù)的概念和特征（續(xù)）,3、事務(wù)特性遭破壞的原因 1）多個事務(wù)并行運行時，不同事務(wù)的交叉執(zhí)行（隔離性）

7、2）事務(wù)在運行過程中被強制終止（原子性、一致性） 并發(fā)控制任務(wù) 保證事務(wù)的隔離性，確保數(shù)據(jù)庫的一致性。 數(shù)據(jù)庫恢復(fù)任務(wù) 保證事務(wù)的原子性、一致性。,An Introduction to Database System,8.3.1 事務(wù)及并發(fā)控制的基本概念,1、事務(wù)的概念和特征 2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問題,An Introduction to Database System,T1的修改被T2覆蓋了！,2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問題,例飛機訂票系統(tǒng)中的一個活動序列 甲售票點(甲事務(wù))讀出某航班的機票余額A，設(shè)A=20； 乙售票點(乙事務(wù))讀出同一航班的機票余額A，也為2

8、0； 甲售票點賣出一張機票，修改余額AA-1，所以A為19，把A寫回數(shù)據(jù)庫； 乙售票點也賣出一張機票，修改余額AA-1，所以A為19，把A寫回數(shù)據(jù)庫 結(jié)果明明賣出兩張機票，數(shù)據(jù)庫中機票余額只減少1 這種情況稱為數(shù)據(jù)庫的不一致性，是由并發(fā)操作引起的。（隔離性）,An Introduction to Database System,并發(fā)操作時，甲、乙兩個事務(wù)的操作序列的調(diào)度是隨機的。 并發(fā)操作帶來的數(shù)據(jù)不一致性，主要包括： 丟失修改（Lost Update） 不可重復(fù)讀（Non-repeatable Read） 讀“臟”數(shù)據(jù)（Dirty Read）,2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問題,An

9、 Introduction to Database System,1. 丟失修改,兩個事務(wù)T1和T2讀入同一數(shù)據(jù)并修改，T2的提交結(jié)果破壞了T1提交的結(jié)果，導(dǎo)致T1的修改被丟失。 上面飛機訂票例子就屬此類,An Introduction to Database System,丟失修改（續(xù)）,丟失修改, R(A)=16,An Introduction to Database System,2. 不可重復(fù)讀,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。,An Introduction to Database System,不可重復(fù)讀（續(xù)）,不可重復(fù)讀包

10、括三種情況： (1)事務(wù)T1讀取某一數(shù)據(jù)后，事務(wù)T2對其做了修改，當(dāng)事務(wù)T1再次讀該數(shù)據(jù)時，得到與前一次不同的值,An Introduction to Database System,不可重復(fù)讀（續(xù)）,T1讀取B=100進行運算 T2讀取同一數(shù)據(jù)B，對其進行修改后將B=200寫回數(shù)據(jù)庫。 T1為了對讀取值校對重讀B，B已為200，與第一次讀取值不一致,不可重復(fù)讀,例如：,An Introduction to Database System,不可重復(fù)讀（續(xù)）,(2)事務(wù)T1按一定條件從數(shù)據(jù)庫中讀取了某些數(shù)據(jù)記錄后，事務(wù)T2刪除了其中部分記錄，當(dāng)T1再次按相同條件讀取數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)某些記錄消失了 (

11、3)事務(wù)T1按一定條件從數(shù)據(jù)庫中讀取某些數(shù)據(jù)記錄后，事務(wù)T2插入了一些記錄，當(dāng)T1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（Phantom Row）,An Introduction to Database System,3. 讀“臟”數(shù)據(jù),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 T2讀到的數(shù)據(jù)就為“臟”數(shù)據(jù)，即不正確的數(shù)據(jù),An Introduction to Database System,讀“臟”數(shù)據(jù)（續(xù)）,例如,

12、讀“臟”數(shù)據(jù),T1將C值修改為200，T2讀到C為200 T1由于某種原因撤銷，其修改作廢，C恢復(fù)原值100 這時T2讀到的C為200，與數(shù)據(jù)庫內(nèi)容不一致，就是“臟”數(shù)據(jù),An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)不一致性：由于并發(fā)操作破壞了事務(wù)的隔離性 并發(fā)控制就是要用正確的方式調(diào)度并發(fā)操作，使一個用戶事務(wù)的執(zhí)行不受其他事務(wù)的干擾，從而避免造成數(shù)據(jù)的不一致性,2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問題,An Introduction to Database System,并發(fā)控制的主要技術(shù) 封鎖(Locking) 時間戳(Timestamp) 樂觀控制法 商用

13、的DBMS一般都采用封鎖方法,2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問題,An Introduction to Database System,8.3 數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制及SQL Server并發(fā)控制,8.3.1 事務(wù)及并發(fā)控制的基本概念 8.3.2 封鎖及封鎖協(xié)議 8.3.3 封鎖出現(xiàn)的問題及解決方法,An Introduction to Database System,8.3.2 封鎖及封鎖協(xié)議,封鎖是使事務(wù)對它要操作的數(shù)據(jù)有一定的控制能力。 封鎖具有3個環(huán)節(jié)： 申請加鎖，即事務(wù)在操作前要對它將使用的數(shù)據(jù)提出加鎖請求； 獲得鎖，即當(dāng)條件成熟時，系統(tǒng)允許事務(wù)對數(shù)據(jù)加鎖，從而事務(wù)獲得數(shù)據(jù)的控制權(quán)；

14、 釋放鎖，即完成操作后事務(wù)放棄數(shù)據(jù)的控制權(quán)。,An Introduction to Database System,8.3.2 封鎖及封鎖協(xié)議,1、鎖的類型 2、封鎖協(xié)議,An Introduction to Database System,1、鎖的類型,1、鎖的類型 排它鎖（Exclusive Locks，簡記為X鎖） 共享鎖（Share Locks，簡記為S鎖）,An Introduction to Database System,2、封鎖協(xié)議,(1)一級封鎖協(xié)議。 事務(wù)T在修改數(shù)據(jù)之前必須先對其加X鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放。 (2)二級封鎖協(xié)議。 事務(wù)T對要修改數(shù)據(jù)必須先加X鎖，直到事務(wù)結(jié)

15、束才釋放X鎖； 對要讀取的數(shù)據(jù)必須先加S鎖，讀完后即可釋放S鎖。 (3)三級封鎖協(xié)議。 事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)之前必須先對其加S鎖， 在要修改數(shù)據(jù)之前必須先對其加X鎖， 直到事務(wù)結(jié)束后才釋放所有鎖。,An Introduction to Database System,使用封鎖機制解決丟失修改問題,例：,事務(wù)T1在讀A進行修改之前先對A加X鎖 當(dāng)T2再請求對A加X鎖時被拒絕 T2只能等待T1釋放A上的鎖后T2獲得對A的X鎖 這時T2讀到的A已經(jīng)是T1更新過的值15 T2按此新的A值進行運算，并將結(jié)果值A(chǔ)=14送回到磁盤。避免了丟失T1的更新。,沒有丟失修改,An Introduction to Da

16、tabase System,使用封鎖機制解決讀“臟”數(shù)據(jù)問題,例,事務(wù)T1在對C進行修改之前，先對C加X鎖，修改其值后寫回磁盤 T2請求在C上加S鎖，因T1已在C上加了X鎖，T2只能等待 T1因某種原因被撤銷，C恢復(fù)為原值100 T1釋放C上的X鎖后T2獲得C上的S鎖，讀C=100。避免了T2讀“臟”數(shù)據(jù),不讀“臟”數(shù)據(jù),An Introduction to Database System,使用封鎖機制解決不可重復(fù)讀問題,事務(wù)T1在讀A，B之前，先對A，B加S鎖 其他事務(wù)只能再對A，B加S鎖，而不能加X鎖，即其他事務(wù)只能讀A，B，而不能修改 當(dāng)T2為修改B而申請對B的X鎖時被拒絕只能等待T1釋

17、放B上的鎖 T1為驗算再讀A，B，這時讀出的B仍是100，求和結(jié)果仍為150，即可重復(fù)讀 T1結(jié)束才釋放A，B上的S鎖。T2才獲得對B的X鎖,可重復(fù)讀,An Introduction to Database System,2、封鎖協(xié)議,三級協(xié)議的區(qū)別：什么操作需要采用何種鎖，以及何時釋放鎖。,An Introduction to Database System,8.3 數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制及SQL Server并發(fā)控制,8.3.1 事務(wù)及并發(fā)控制的基本概念 8.3.2 封鎖及封鎖協(xié)議 8.3.3 封鎖出現(xiàn)的問題及解決方法,An Introduction to Database System,8.3.

18、3 封鎖出現(xiàn)的問題及解決方法,封鎖技術(shù) 好處：可以有效地解決并行操作的一致性問題， 缺點：帶來一些新的問題 1、活鎖 2、死鎖 3、并發(fā)調(diào)度的可串行性,An Introduction to Database System,1.活鎖,T2有可能永遠等待。這就是活鎖的情形,解決方法： 采用先來先服務(wù)的策略,An Introduction to Database System,2. 死鎖,解決方法： 1. 預(yù)防死鎖 2. 死鎖的診斷與解除（了解）,An Introduction to Database System,2. 死鎖,1、預(yù)防死鎖的方法 一次封鎖法 要求每個事務(wù)必須一次將所有要用的數(shù)據(jù)全部加鎖，否則不能繼續(xù)執(zhí)行 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。,An Introduction to Database System,2. 死鎖,注意： 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,An Introduction to Database System,3、并發(fā)調(diào)度的可串行性,DBMS對并發(fā)事務(wù)不同的調(diào)度可能會產(chǎn)生不同的結(jié)果 什么樣的調(diào)