DB11数据库第十一章教学课件.ppt
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- DB11 数据库 第十一 教学 课件
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1、辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理第第1111章章 并发控制并发控制问题的产生问题的产生多用户数据库系统的存在多用户数据库系统的存在 允许多个用户同时使用的数据库系统允许多个用户同时使用的数据库系统 飞机定票数据库系统飞机定票数据库系统 银行数据库系统银行数据库系统 特点:在同一时刻并发运行的事务数可达数百个特点:在同一时刻并发运行的事务数可达数百个 辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理不同的多事务执行方式不同的多事务执行方式 (1)事务串行执行事务串行执行 每个时刻只有一个事务运行,
2、其他每个时刻只有一个事务运行,其他事务必须等到这个事务结束以后方事务必须等到这个事务结束以后方能运行能运行 不能充分利用系统资源,发挥数据不能充分利用系统资源,发挥数据库共享资源的特点库共享资源的特点T1T2T3事务的串行执行方式第第1111章章 并发控制并发控制辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理(2)交叉并发方式(交叉并发方式(Interleaved Concurrency)在单处理机系统中,事务的并行执行是这些并行事在单处理机系统中,事务的并行执行是这些并行事务的并行操作轮流交叉运行务的并行操作轮流交叉运行 单处理机系统中的并行事务并
3、没有真正地并行运行,单处理机系统中的并行事务并没有真正地并行运行,但能够减少处理机的空闲时间,提高系统的效率但能够减少处理机的空闲时间,提高系统的效率第第1111章章 并发控制并发控制辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理事务的交叉并发执行方式事务的交叉并发执行方式第第1111章章 并发控制并发控制辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理(3)同时并发方式(同时并发方式(simultaneous concurrency)多处理机系统中,每个处理机可以运行一个事务,多处理机系统中,每个处理机可以
4、运行一个事务,多个处理机可以同时运行多个事务,实现多个事多个处理机可以同时运行多个事务,实现多个事务真正的并行运行务真正的并行运行第第1111章章 并发控制并发控制辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理事务并发执行带来的问题事务并发执行带来的问题 会产生多个事务同时存取同一数据的情况会产生多个事务同时存取同一数据的情况 可能会存取和存储不正确的数据,破坏事务一致可能会存取和存储不正确的数据,破坏事务一致性和数据库的一致性性和数据库的一致性第第1111章章 并发控制并发控制辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数
5、据库原理数据库原理&并发控制概述并发控制概述&封锁封锁&活锁和死锁活锁和死锁&并发调度的可串行性并发调度的可串行性&两段锁协议两段锁协议&封锁的粒度封锁的粒度第第1111章章 并发控制并发控制辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述并发控制机制的任务并发控制机制的任务 对并发操作进行正确调度对并发操作进行正确调度 保证事务的隔离性保证事务的隔离性 保证数据库的一致性保证数据库的一致性辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理并发操作带来数据的不一致性实例
6、并发操作带来数据的不一致性实例例例1飞机订票系统中的一个活动序列飞机订票系统中的一个活动序列 甲售票点甲售票点(甲事务甲事务)读出某航班的机票余额读出某航班的机票余额A,设,设A=16;乙售票点乙售票点(乙事务乙事务)读出同一航班的机票余额读出同一航班的机票余额A,也为,也为16;甲售票点卖出一张机票,修改余额甲售票点卖出一张机票,修改余额AA-1,所以,所以A为为15,把把A写回数据库;写回数据库;乙售票点也卖出一张机票,修改余额乙售票点也卖出一张机票,修改余额AA-1,所以,所以A为为15,把把A写回数据库写回数据库 结果明明卖出两张机票,数据库中机票余额只减少结果明明卖出两张机票,数据库
7、中机票余额只减少1 11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理这种情况称为数据库的不一致性,是由并发操作引起这种情况称为数据库的不一致性,是由并发操作引起的。的。在并发操作情况下,对甲、乙两个事务的操作序列的在并发操作情况下,对甲、乙两个事务的操作序列的调度是随机的。调度是随机的。若按上面的调度序列执行,甲事务的修改就被丢失。若按上面的调度序列执行,甲事务的修改就被丢失。原因:第原因:第4步中乙事务修改步中乙事务修改A并写回后覆盖了甲事务并写回后覆盖了甲事务的修改的修改11.1 11.1 并发控制概述并
8、发控制概述辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理并发操作带来的数据不一致性并发操作带来的数据不一致性 丢失修改(丢失修改(Lost Update)不可重复读(不可重复读(Non-repeatable Read)读读“脏脏”数据(数据(Dirty Read)记号记号 R(x):读数据读数据x W(x):写数据写数据x 11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理1.丢失修改丢失修改两个事务两个事务T1和和T2读入同一数据并修改,读入同一数据并修改,T2的提
9、交结的提交结果破坏了果破坏了T1提交的结果,导致提交的结果,导致T1的修改被丢失。的修改被丢失。上面飞机订票例子就属此类上面飞机订票例子就属此类11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理T1T2 R(A)=16R(A)=16 AA-1 W(A)=15WAA-1W(A)=15丢失修改11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理2.不可重复读不可重复读不可重复读是指事务不可重复读是指事务T1读取数据后,事务读取数据后,
10、事务T2执行更执行更新操作,使新操作,使T1无法再现前一次读取结果。无法再现前一次读取结果。11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述不可重复读包括三种情况:不可重复读包括三种情况:(1)事务事务T1读取某一数据后,读取某一数据后,事务事务T2对其做了修改对其做了修改,当事务当事务T1再次读该数据时,得到与前一次不同的值再次读该数据时,得到与前一次不同的值 辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理T1读取读取B=100进行运算进行运算T2读取同一数据读取同一数据B,对其进,对其进行修改后将行修改后将B=200写回数据写回数据库。库。T1为了对
11、读取值校对重读为了对读取值校对重读B,B已为已为200,与第一次读取值,与第一次读取值不一致不一致 T1T2 R(A)=50R(B)=100求和求和=150R(B)=100BB*2(B)=200 R(A)=50R(B)=200和和=250(验算不对验算不对)不可重复读不可重复读 例如:11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理(2)事务事务T1按一定条件从数据库中读取了某些数据记按一定条件从数据库中读取了某些数据记录后,录后,事务事务T2删除了其中部分记录删除了其中部分记录,当,当T1再次按相再次按相同
12、条件读取数据时,发现某些记录消失了同条件读取数据时,发现某些记录消失了(3)事务事务T1按一定条件从数据库中读取某些数据记录按一定条件从数据库中读取某些数据记录后,后,事务事务T2插入了一些记录插入了一些记录,当,当T1再次按相同条件再次按相同条件读取数据时,发现多了一些记录。读取数据时,发现多了一些记录。后两种不可重复读有时也称为后两种不可重复读有时也称为幻影幻影现象现象(Phantom Row)11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理3.读读“脏脏”数据数据 读读“脏脏”数据是指:数据是指:事务事
13、务T1修改某一数据,并将其写回磁盘修改某一数据,并将其写回磁盘 事务事务T2读取同一数据后,读取同一数据后,T1由于某种原因被撤销由于某种原因被撤销 这时这时T1已修改过的数据恢复原值,已修改过的数据恢复原值,T2读到的数据读到的数据就与数据库中的数据不一致就与数据库中的数据不一致 T2读到的数据就为读到的数据就为“脏脏”数据,即不正确的数据数据,即不正确的数据 11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理T1T2 R(C)=100 CC*2 W(C)=200R(C)=200ROLLBACK C恢复为恢复
14、为100例如例如读读“脏脏”数据数据 T1将C值修改为200,T2读到C为200 T1由于某种原因撤销,其修改作废,C恢复原值100 这时T2读到的C为200,与数据库内容不一致,就是“脏”数据 11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理数据不一致性:由于数据不一致性:由于并发操作破坏了事务的隔离性并发操作破坏了事务的隔离性并发控制就是要用并发控制就是要用正确的方式调度并发操作正确的方式调度并发操作,使一,使一个用户事务的执行不受其他事务的干扰,从而避免个用户事务的执行不受其他事务的干扰,从而避免造成数
15、据的不一致性造成数据的不一致性 11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理并发控制的主要技术并发控制的主要技术 有封锁有封锁(Locking)时间戳时间戳(Timestamp)乐观控制法乐观控制法商用的商用的DBMS一般都采用封锁方法一般都采用封锁方法 11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理11.2 11.2 封锁封锁什么是封锁什么是封锁基本封锁类型基本封锁类型锁的相容矩阵锁的相容矩阵辽宁工程技术大学电子与信
16、息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理什么是封锁什么是封锁 封锁就是事务封锁就是事务T在对某个数据对象(例如表、记录在对某个数据对象(例如表、记录等)操作之前,先向系统发出请求,对其加锁等)操作之前,先向系统发出请求,对其加锁 加锁后事务加锁后事务T就对该数据对象有了一定的控制,在就对该数据对象有了一定的控制,在事务事务T释放它的锁之前,其它的事务不能更新此数释放它的锁之前,其它的事务不能更新此数据对象。据对象。11.2 11.2 封锁封锁辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理基本封锁类型基本封锁类型一个事务对某个
17、数据对象加锁后究竟拥有什么样一个事务对某个数据对象加锁后究竟拥有什么样的控制由封锁的类型决定。的控制由封锁的类型决定。基本封锁类型基本封锁类型 排它锁(排它锁(Exclusive Locks,简记为,简记为X锁)锁)共享锁(共享锁(Share Locks,简记为,简记为S锁)锁)11.2 11.2 封锁封锁辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理排它锁排它锁排它锁又称为写锁排它锁又称为写锁若事务若事务T对数据对象对数据对象A加上加上X锁,则只允许锁,则只允许T读取和读取和修改修改A,其它任何事务都不能再对其它任何事务都不能再对A加任何类型的锁,
18、加任何类型的锁,直到直到T释放释放A上的锁上的锁保证其他事务在保证其他事务在T释放释放A上的锁之前不能再读取和上的锁之前不能再读取和修改修改A 11.2 11.2 封锁封锁辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理共享锁共享锁共享锁又称为读锁共享锁又称为读锁若事务若事务T对数据对象对数据对象A加上加上S锁,则其它事务只能再锁,则其它事务只能再对对A加加S锁,而不能加锁,而不能加X锁,直到锁,直到T释放释放A上的上的S锁锁保证其他事务可以读保证其他事务可以读A,但在,但在T释放释放A上的上的S锁之前锁之前不能对不能对A做任何修改做任何修改 11.2
19、 11.2 封锁封锁辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理锁的相容矩阵锁的相容矩阵Y=Yes,相容的请求相容的请求N=No,不相容的请求不相容的请求 T2 T1XS-XNNYSNYY-YYY11.2 11.2 封锁封锁辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理在锁的相容矩阵中:在锁的相容矩阵中:最左边一列表示事务最左边一列表示事务T1已经获得的数据对象上的锁已经获得的数据对象上的锁的类型,其中横线表示没有加锁。的类型,其中横线表示没有加锁。最上面一行表示另一事务最上面一行表示另一事务T2对同一数
20、据对象发出的对同一数据对象发出的封锁请求。封锁请求。T2的封锁请求能否被满足用矩阵中的的封锁请求能否被满足用矩阵中的Y和和N表示表示 Y表示事务表示事务T2的封锁要求与的封锁要求与T1已持有的锁相容,封已持有的锁相容,封锁请求可以满足锁请求可以满足 N表示表示T2的封锁请求与的封锁请求与T1已持有的锁冲突,已持有的锁冲突,T2的请的请求被拒绝求被拒绝11.2 11.2 封锁封锁辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理使用封锁机制解决丢失修改问题使用封锁机制解决丢失修改问题T1T2 Xlock A R(A)=16Xlock A AA-1等待等待
21、W(A)=15等待等待 Commit等待等待 Unlock A等待等待获得获得Xlock AR(A)=15AA-1W(A)=14CommitUnlock A例:例:事务T1在读A进行修改之前先对A加X锁当T2再请求对A加X锁时被拒绝T2只能等待T1释放A上的锁后T2获得对A的X锁这时T2读到的A已经是T1更新过的值15T2按此新的A值进行运算,并将结果值A=14送回到磁盘。避免了丢失T1的更新。没有丢失修改没有丢失修改11.2 11.2 封锁封锁辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理使用封锁机制解决不可重复读问题使用封锁机制解决不可重复读问题
22、T1T2 Slock ASlock BR(A)=50R(B)=100求和求和=150Xlock B等待等待等待等待 R(A)=50等待等待R(B)=100等待等待求和求和=150等待等待Commit等待等待Unlock A等待等待Unlock B等待等待获得获得XlockBR(B)=100BB*2W(B)=200CommitUnlock B事务T1在读A,B之前,先对A,B加S锁其他事务只能再对A,B加S锁,而不能加X锁,即其他事务只能读A,B,而不能修改当T2为修改B而申请对B的X锁时被拒绝只能等待T1释放B上的锁T1为验算再读A,B,这时读出的B仍是100,求和结果仍为150,即可重复读T
23、1结束才释放A,B上的S锁。T2才获得对B的X锁 可重复读可重复读11.2 11.2 封锁封锁辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理使用封锁机制解决读使用封锁机制解决读“脏脏”数据问题数据问题T1T2 Xlock CR(C)=100CC*2W(C)=200Slock C等待等待 ROLLBACK等待等待(C恢复为恢复为100)等待等待Unlock C等待等待获得获得Slock CR(C)=100Commit CUnlock C例例事务T1在对C进行修改之前,先对C加X锁,修改其值后写回磁盘T2请求在C上加S锁,因T1已在C上加了X锁,T2只能
24、等待T1因某种原因被撤销,C恢复为原值100T1释放C上的X锁后T2获得C上的S锁,读C=100。避免了T2读“脏”数据不读不读“脏脏”数据数据 11.2 11.2 封锁封锁辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理一级封锁协议一级封锁协议事务事务T在修改数据之前必须先对其加在修改数据之前必须先对其加X锁,直到事务结束锁,直到事务结束才释放。才释放。二级封锁协议二级封锁协议一级封锁协议加上事务一级封锁协议加上事务T在读取数据在读取数据R之前必须先对其加之前必须先对其加S锁,读完后即可释放锁,读完后即可释放S锁。锁。三级封锁协议三级封锁协议一级封锁
25、协议加上事务一级封锁协议加上事务T在读取数据在读取数据R之前必须先对其加之前必须先对其加S锁,直到事务结束才释放。锁,直到事务结束才释放。11.2 11.2 封锁封锁对数据对象加锁时,还需要约定一些规则,称这些规则为对数据对象加锁时,还需要约定一些规则,称这些规则为封锁协议封锁协议辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 数据库原理数据库原理11.3 11.3 活锁和死锁活锁和死锁封锁技术可以有效地解决并行操作的一致性问题,封锁技术可以有效地解决并行操作的一致性问题,但也带来一些新的问题但也带来一些新的问题 死锁死锁 活锁活锁辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁工
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