第7章 系统实现技术

事务的状态变迁
活动
局部提 交
提交
失败
异常终止
事务状态转换图
事务提交和事务撤销
事务的所有操作都完成了，则事务提交 (COMMIT)，否则事务撤销(ROLLBACK) BEGIN TRANSACTION标志事务开始执行 BEGIN TRANSACTION和COMMIT或 ROLLBACK一起保证了事务的四个性质 对数据库访问的两个基本操作：读和写，但 完成写操作后，数据可能暂时放在内存中， 而非直接写进数据库。
主要内容和学习要求
7.1 事务 （综合应用） 7.2 数据库的恢复 （理解） 7.3 数据库的并发控制 （了解） 7.4 并发事务的可串行化和可恢复性（了解） 7.5 数据库的完整性（理解） 7.6 数据库的安全性（理解） 小结
存储器类型
易失性存储器பைடு நூலகம்volatile storage）
内存、cache存储器
本章重要概念（二）
（4）并发操作带来的三个问题，X锁、PX协议、 PXC协议，S锁、PS协议、PSC协议，活锁、饿死 和死锁，并发调度，串行调度，并发调度的可串 行化，两段封锁法，SQL中事务的存取模式和隔 SQL 离级别。 （5）完整性的定义，完整性子系统的功能，完整性 规则的组成。SQL中的三大类完整性约束，SQL3 中的触发器技术。 （6）安全性的定义、级别，权限，SQL中的安全性 机制，几种常用的安全性措施，自然环境的安全 性。
100 图7.11 事务T2在时间t4读了未提交的A值（70）
图7.12 事务T2在时间t4读了未提交的A值，并在时间t8丢失了自己的更新
并发操作带来的问题3---不可重读
时间 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 读事务T1 FIND A
数据库中A的值
input（A） A output（B）
B
B
磁盘 内存 图7.5 块操作
数据访问
事务
xi
请求read(X)
包含x的块Bx存 在， read（X）
包含x的块Bx存 在，Input(B)
磁盘
X
write（X）
事务工作区
开 始 分配
扫描内存
系统
磁盘缓冲区
恢复和原子性的联系
银行转账系统 A=2000 B=1000 事务 假设没有事务的 原子性，那么重 新启动事务时要 么A因为再执行 一遍而为1800， 要么B因从未执 行而保持原值 A=A-100 B=B+100
XFIND A（失败）
数据库中A的值 100
更新事务T2
A:=A-30 UPD A 70
COMMIT（包括解锁）
wait（等待） wait wait wait wait wait
XFIND A（重做）
A:=A*2 UPD A 140
COMMIT（包括解锁）
例：使用S锁封锁解决数据丢失
时间 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 UPDX A（失败） wait wait wait UPDX A（失 败） Wait Wait A:=A-30 A:=A*2 SFIND A SFIND A 更新事务T1 数据库中A的值 100 更新事务T2
A已被封锁， 不成功，等待
时间点
T1 XFIND A
A
A刚被释 放，成功 A刚被T2释 A T2 放，成功
T2 XFIND A T1永远等待 活锁！
T3 XFIND A
解决方法：先来先服务 ……
封锁带来的问题2---饿死
每一个事务均请求 A的S锁，成功后一 段时间释放
事务序列 A1 A2 A3 A4 A5 …
协议:
任何企图访问记录R的事务必须先 执行“XFIND R”操作，以获得 对R的X锁，才能读或写记录R； 如果未获准X锁，那么这个事 务进入等待队列，一直到获准 X锁，事务才能继续做下去。 X锁的解除操作应该合并到事务的 结束（COMMIT或ROLLBACK）操 作中
例：使用X锁封锁解决数据丢失
时间 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 更新事务T1 XFIND A
资源A
请求A 的X锁
T2永远不 能封锁
T2
解决方法，改变授权方式： 当事务T2中请对数据项Q加S锁时，授权加锁的条件是： ① 不存在在数据项Q上持有X锁的其他事务； ② 不存在等待对数据项Q加锁且先于T2申请加锁的事务
封锁带来的问题3---死锁
时间 t0 t1 t2 t3 t4 事务T1 XFIND A 事务T2
故障类型和恢复方法
事务故障
可以预期的事务故障，如存款余额透支等 非预期事务故障，如运算溢出、数据错误、死 锁等
系统故障
硬件故障、软件错误或掉电等等
介质故障(硬故障)
磁盘物理故障或遭受病毒破坏
检查点方法
检查点
什么是检查点方法 检查点方法的恢复算 法
根据日志文件建立事 务重做队列和事务撤 销队列 对重做队列中的事务 进行REDO处理，对撤 消队列中的事务进行 UNDO处理
逻辑单元:属性值、属性值集合、元组、关系、索引项、 整个索引、整个数据库 物理单元 :页（数据页或索引页）、块
封锁粒度与系统并发度和并发控制开销密切相关。 粒度越大，系统中能被封锁的对象就越少，并发度 就越小，但同时系统的开销也就越小；相反，粒度 越小，并发度越高，系统开销越大
封锁带来的问题1---（活锁）
并发操作带来的问题2---读脏数据
时间 t0 时间 t1 t0 t2 t1 t3 t2 t4 t3 t5 t4 t6 t5 t7 t6 t8 t9 更新事务T1 更新事务T1 FIND A A:=A-30 FIND A UPD A A:=A-30 UPD A *ROLLBACK* *ROLLBACK* 70 70 140 100 FIND A A:=A*2 FIND A UPD A 数据库中A的值 100 数据库中A的值 100 更新事务T2 读事务T2
事务 T1 T2 T3 T4 T5
故障点
-------------------------------------
检查点 时间
事务T1不必恢复;事务T2和事务T4必 须重做（REDO）;事务T3和事务T5必 须撤消（UNDO）
SQL对事务的支持
无begin transaction Commit Rollback 游标
两段封锁协议
在对任何一个数据进行读写操作之前，事务必须 获得对该数据的封锁； 在释放一个封锁之后，事务不再获得任何其他封锁 遵守该协议的事务分为两个阶段：获得封锁阶段， 也称为“扩展”阶段；释放封锁阶段，也称为“收 缩”阶段 如果所有的事务都遵守“两段封锁协议”，则所有 可能的并发调度都是可串行化的
SQL中事务的存取模式
READ ONLY（只读型）：事务对数据库的操作只能是
读操作。定义这个模式后，表示随后的事务均是只读型。
READ WRITE（读写型）：事务对数据库的操作可以是
读操作，也可以是写操作。定义这个模式后，表示随后的事务 均是读写型。在程序开始时默认这种模式
这两种模式可用下列SQL语句定义：
SET TRANSACTION READ ONLY SET TRANSACTION READ WRITE
例子：事务及其性质
问题：设银行数据库中有一转账事
务T，从账号A转一笔款子（$50） 到账号B。
相应的事务：
T：read（A）； A:=A–50； write（A）； read（B）； B:=B + 50； write（B）.
原子性（A,B同时被修改 或同时保持原值） 一致性（A+B的值不变） 隔离性 持久性
第七章 系统实现技术
本章重要概念（一）
（ 1 ） 事 务 的 定 义 ， COMMIT 和 ROLLBACK的语义，事务的ACID性质， 事务的状态变迁图。 （2）存储器类型，稳定存储器的实现，数 据传送过程。 （3）恢复的定义、基本原则和实现方法， 故障的类型，检查点技术，REDO和 UNDO操作，运行记录优先原则。
若事务依赖图 有环则可能死 锁
XFIND B wait wait XFIND A wait
T1
死锁
XFIND B
T2 T4 T1 T3 图7.20 事务的无环 依赖图 T3 图7.21 事务的有环 依赖图 T2 T4
并发操作的调度
事务的调度 :事务的执行次序称为“调度” 串行调度:如果多个事务依次执行，则称为事务的串行 调度（Serial Schedule） 并发调度:如果利用分时的方法，同时处理多个事务， : 则称为事务的并发调度（Concurrent Schedule） 可串行化 :如果一个并发调度的执行结果与某一串行 调度的执行结果等价，那么这个并发调度称为“可串 行化的调度”，否则是不可串行化的调度
更新事务 T2 事 务 进 行 了 不 一 致 的 分 析 FIND A A:=A+10 UPD A
100
FIND A
COMMIT
解决方法
封锁技术 时标
X锁和S锁
X锁定义 操作
XFIND R XRELEASE R
S锁定义 操作
SFIND R UPDX R SRELEASE R
协议
任何要访问记录R的事务必须先执行 “SFIND R”操作，以获得对R的 S锁。当事务获准对R的S锁后， 若要更新记录R必须用“UPDX R” 操作，这个操作首先把S锁升级 为X锁，若成功则更新记录，否 则这个事务进入等待队列 S锁的解除操作应该合并到事务的结 束
非易失性存储器（nonvolatile storage）
磁盘和磁带
稳定存储器（stable storage）
这是一个理论上的概念。存储在稳定存储器中的信息是决不 会丢失的。