系统实现技术

8.1.1 事务的定义(1)
定义8.1 事务（transaction）是构成单一逻辑工作单元的 操作集合，要么完整地执行，要么完全不执行。不论发生 何种情况，DBS必须保证事务能正确、完整地执行。 在程序中，事务以BEGIN TRANSACTION语句开始， 以COMMIT语句或ROLLBACK语句结束。 COMMIT语句表示事务执行成功地结束（提交），此 时告诉系统，数据库要进入一个新的正确状态，该事务对 数据库的所有更新都已交付实施（写入磁盘）。 ROLLBACK语句表示事务执行不成功地结束 （应该 “回退”），此时告诉系统，已发生错误，数据库可能处 在不正确的状态，该事务对数据库的所有更新必须被撤消， 数据库应恢复该事务到初始状态。
时间 更新事务T1 数据库中A的值 更新事务T2
t0 100 t1 FIND A t2 FIND A t3 A:=A-30 t4 A:=A*2 t5 UPD A t6 80 UPD A t8 200 图8.5 在时间t8丢失了事务T1的更新 （FIND表示从DB中读值，UPD表示把值写回到DB）
8.3.1并发操作带来的三个问题(2)
8.2.1 存储器结构(2)
3. 数据访问 块、物理块和缓冲块 input(A) 块的操作 A input（A）：把物理块A的 output(B) 内容传送到内存的缓冲 B B 块中。 Output（B）：把缓冲块B 磁盘 内存 的内容传送到磁盘中恰 当的物理块中 图8.2 块操作
8.2.1 存储器结构(3)
8.2.4 检查点技术(2) 2．检查点方法的恢复算法：分成两步。
（1）根据日志文件建立事务重做队列和事务撤销队 列。此时，从头扫描日志文件（正向扫描）。 （2）对重做队列中的事务进行REDO处理，对撤销队 列中的事务进行UNDO处理。 进行REDO处理的方法是：正向扫描日志文件，根 据重做队列的记录对每一个重做事务重新实施对数 据库的更新操作。 进行UNDO处理的方法是：反向扫描日志文件，根 据撤销队列的记录对每一个撤销事务的更新操作执 行逆操作。
隔离性(Isolation):
在多个事务并发执行时，系统应保证与这些事务先后单独 执行时的结果一样。
持久性(Durability):
一个事务一旦完成全部操作后，它对数据库的所有更新应 永久地反映在数据库中。
8.2 数据库的恢复
8.2.1 存储器结构 8.2.2 恢复的基本原则和实现方法 8.2.3 故障类型和恢复方法 8.2.4 检查点技术 8.2.5 SQL对事务的支持
银行转账系统 A=2000 B=1000 事务 A=A-100 B=B+100
output(A) 断电或其 他故障
output(B)
8.2.2恢复的基本原则和实现方法
基本原则 ：“冗余”，即数据库重复存储。 具体实现方法 平时做好两件事：转储和建立日志
• 周期地（比如一天一次）对整个数据库进行拷贝，转储 到另一个磁盘或磁带一类存储介质中。 • 建立日志数据库。记录事务的开始、结束及数据每一次 插入、删除和修改前后的值，并写到“日志”库中。
第8章 系统实现技术
8.1 事务 8.2 数据库的恢复 8.3 数据库的并发控制
8.1 事务
8.1.1 事务的定义 8.1.2 事务的ACID性质
为什么需要事务8.1-1
例如，银行转帐问题： 假定资金从帐户A转到帐户B，至少需要两步： 帐户A的资金减少 然后帐户B的资金相应增加
银行转帐
帐户A
2．读脏数据问题（例8.3，用户读了“脏数据”， 但没有破坏数据库的完整性）
时间 更新事务T1 数据库中A的值 读事务T2
*ROLLBAC t5 K* t6 100 图8.6 事务T2在时间t4读了未提交的A值（80）
t0 t1 t2 t3 t4
FIND A A:=A-30 UPD A
8.1.2 事务的ACID性质
性质:
原子性(Atomicity):
事务是一个不可分割的工作单元，事务中的操作要么都做， 要么都不做 (All or None)
一致性(Consistency):
即数据不会应事务的执行而遭受破坏。事务执行的结果必 须使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。与 原子性密切相关。
第八章
系统实现技术 ——事务和锁
本章重要概念
（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。
（4）并发操作带来的三个问题，X锁、S锁、使用X锁和S锁 的操作，封锁协议，活锁、饿死和死锁，并发调度、串行调 度、并发调度的可串行化，SQL中事务的存取模式和隔离级 别，基于时标的并发控制。
帐户B
为什么需要事务8.1-2
CREATE TABLE bank 创建帐户表，存放用户的帐户信息 ( customerName CHAR(10), --顾客姓名 currentMoney MONEY --当前余额 ) 添加约束：根据银行规定，帐户 GO 余额不能少于1元，否则视为销户 ALTER TABLE bank ADD CONSTRAINT CK_currentMoney CHECK(currentMoney>=1) 张三开户，开户金额为1000元 ；李四开户，开户金额1元 GO INSERT INTO bank(customerName,currentMoney) VALUES('张三',1000) INSERT INTO bank(customerName,currentMoney) VALUES('李四',1)
包含x的块 包含x的块 Bx存在， input(B)
事务
xi
请求 read(X)
Bx存在，
read(X)
磁盘
X
write(X)
开 始
分配
事务工作区
扫描内存
系统
磁盘缓冲区
8.2.1 存储器结构(4)
4. 恢复和原子性的联系
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 未执失性存储器（volatile storage）
内存、cache存储器
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。
2.稳定存储器的实现 数据备份 数据银行
2.系统故障：硬件故障、软件错误或掉电等,重 新启动时，具体处理分两种情况考虑。
对未完成事务作UNDO处理； 对已提交事务但更新还留在缓冲区的事务进行REDO 处理。
8.2.3 故障类型和恢复方法(2) 3．介质故障 在发生介质故障和遭受病毒破坏时，磁盘上 的物理数据库遭到毁灭性破坏。此时恢复的 过程如下：
8.2.4 检查点技术(1) 1．检查点方法
事务
检查点
故障点 检查点
在DBS运行时， T1 t DBMS 定 时 设 置 检 查 T2 点。在检查点时刻 T3 T4 才 真 正 做 到 把 对 DB T5 的修改写到磁盘， 并在日志文件写入 一条检查点记录(以 事务T1不必恢复； 便恢复时使用)。当 DB 需 要 恢 复 时 ， 只 事务T2和事务T4必须重做(REDO)； 有那些在检查点后 面 的 事 务 需 要 恢 复 。 事务T3和事务T5必须撤消(UNDO)。
8.2.5 SQL对事务的支持
无begin transaction Commit Rollback
8.3 数据库的并发控制
8.3.1 并发操作带来的三个问题 8.3.2 封锁技术 8.3.3 封锁带来的问题 8.3.4 并发操作的调度 8.3.5 SQL对事务处理的支持
8.3.1并发操作带来的三个问题(1) 1．丢失更新问题（例8.2）
重装最近转储的后备副本到新的磁盘，使数据 库恢复到转储时的一致状态。 在日志中找出最近转储以后所有已提交的事务。 对这些已提交的事务进行REDO处理，将数据库 恢复到故障前某一时刻的一致状态。
在实际中，系统故障通常称为软故障(Soft Crash) ， 介 质 故 障 通 常 称 为 硬 故 障 (Hard Crash)。
COMMIT；}
8.1.1 事务的定义(4)
对数据库的访问是建立在读和写两个操作的基础上的：
read（X）：把数据X，从磁盘的数据库中读到内 存的缓冲区中。
write（X）：把数据X，从内存缓冲区中写回磁盘 的数据库。 在系统运行时，write操作未必导致数据立即写 回磁盘，很可能先暂存在内存缓冲区中，稍后再写回 磁盘。这件事情是DBMS实现时必须注意的问题。
为什么需要事务8.1-3
目前两个帐户的余额总和为：1000+1=1001元
为什么需要事务8.1-4
模拟实现转帐 ：
从张三的帐户转帐1000元到李四的帐户
请问： /*--转帐测试：张三转账1000元给李四--*/ 执行转帐语句后，张三、李四的 --我们可能会这样这样编写语句 帐户余额为多少？
--张三的帐户少1000元，李四的帐户多1000元 UPDATE bank SET currentMoney=currentMoney-1000 WHERE customerName='张三' UPDATE bank SET currentMoney=currentMoney+1000 张三的帐户没有减少 WHERE customerName='李四' 但李四的帐户却多了1000元 GO 1000＋1001＝2001元 --再次查看转帐后的结果。 总额多出了1000元！ SELECT * FROM bank GO