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1、问题,就图书馆信息管理系统而言： 1、数据库系统是一个人使用，还是多个人同时使用?共享 2、数据库系统是长时间使用，还是短时间使用？ 3、系统在执行过程中，会不会出现故障？ 4、出现故障的原因是什么，该如何处理？,主要内容,事务 概念，特性，并发执行，可串行化等 数据库恢复 故障的种类，恢复的实现技术和策略,数据库恢复技术,假设在一个银行系统中，有账户A和B， 开始账户A上有1000元，账户B上有2000元。,A和B之间存在业务来往，需要从账户A上转100元到账户B上， 问这个转账过程的执行顺序是怎样的？,步骤1：从账户A上取100元，A-100=1000-100,步骤2：在账户B上增加100
2、B+100=2000+100,该过程简单吗，有问题吗？,10.1 事务,进一步分析,由于整个转帐过程在数据库系统中进行，假设当系统完成第1步，在进行第2步前，系统发生了问题(故障)，导致转帐过程不能进行下去。,会发生什么现象？,A被减掉100，而B没有增加100,步骤1：从账户A上取100元,步骤2：在账户B上增加100,发生这种现象的原因是什么？,在转账过程中，步骤1和步骤2是相互独立的，没有相互约束。,解决方法是什么？,把步骤1和步骤2组合成一个不可再分的整体，在执行过程中，步骤1和步骤2要么都执行，要么都不执行。,原子化,是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么 全做要么全不做，是一
3、个不可分割的工作单位。,事务:,即事务是访问并可能更新各种数据项的一个程序执行单元。,与程序的区别在于：一个程序可以包含多个事务。,10.1.1事务应该具有的特性,就前例而言： 1，首先明确，A和B在转账前后，两者的总金额应保持不变，为3000。前后一致性。,2，一旦转帐成功，数据更新已保存到磁盘中，该次转帐对数据的影响是否是持久的？,是,反映出这次操作(事务)对数据影响的持续性,3，若在A和B进行转帐的过程中，另外一个操作f要计算A和B的总金额。如果f恰好在步骤1完成后，步骤2开始前读取了A和B的数据，过程如下。,步骤1： A减100,步骤2： B加100,问会出现什么现象，原因是什么，如何
4、解决？,操作f计算A和B的总金额(1000-100)+2000=2900,如果把转账过程看作一笔业务，操作f也看作一笔业务，操作f读取了转账业务操作后的一部分数据和没有操作的一部分数据，即操作f受到了转账操作的干扰。,解决方法：将业务操作隔离(使事务不相互干扰)。,一致性(Consistency),原子性(Atomicity),持续性(Durability),隔离性(Isolation),简称：ACID特性,因此，事务应该具有的特性如下：,1，数据库系统是所有相关应用程序共享使用的，多个事务同时运行是事实，因此，事务的交叉运行是必然的。,数据库系统的并发控制机制，确保一致性和隔离性,2，事务在
5、执行过程中，可能由于用户或故障原因被强行停止。,数据库管理系统的恢复机制，确保原子性和持续性,如何保证事务的ACID特性,10.2 事务的并发执行,包括： 并发执行 可串行化 可串行化判定,10.2.1事务的并发执行,假设在一个银行系统中，有账户A和B，开始账户A上有1000元，账户B上有2000元。存在如下两个事务T1, T2 :,T1:read(A); A:=A-100; write(A); read(B); B:=B+100; write(B);,A-100,B+100,过程,T2:read(A); temp:=A*0.2 A:=A-temp; write(A); read(B); B:
6、=B+temp; write(B);,A- A*0.2,B+ A*0.2,过程,如果把事务的执行顺序称为调度。,为什么要存在调度？,下面T1,T2的调度(调度1和调度2)是串行的。,过程,A-100,B+100,A- A*0.2,B+ A*0.2,在该调度1中，T1,T2执行完毕后，账户A和账户B的值分别应该是多少？,T1执行完毕: A=A-100; B=B+100 T2执行完毕:A=A-A*0.2; B=B+ A*0.2,最终账户A和账户B的值分别应该是多少？,A=A-100-(A-100) *0.2; B=B+100+ (A-100) *0.2,该调度1是否都确保了事务的一致性和隔离性?,
7、是,过程,A- A*0.2,B+ A*0.2,A- 100,B+ 100,在该调度2中，T1,T2执行完毕后，账户A和账户B的值分别应该是多少？,T2执行完毕:A=A-A*0.2; B=B+ A*0.2 T1执行完毕: A=A-100; B=B+100,最终账户A和账户B的值分别应该是多少？,A=A-A*0.2 -100; B=B+100+ A*0.2,该调度2是否都确保了事务的一致性和隔离性?,是,依据：计算一下A和B操作前后的总值,问：两个事务一共有几种串行调度，若有n个事务呢？,2种 n!种,为了提高执行效率,减少与外设的交互时间，详细内容请参阅微机原理和操作系统相关内容。,对T1,T2
8、作如下调度(调度3和调度4)并发执行,过程,A-100,B+100,A- A*0.2,B+ A*0.2,调度3是否确保了事务的一致性和隔离性？,确保了事务的一致性和隔离性(有交叉，但不干扰),在该调度3中，T1,T2执行完毕后，账户A和账户B的值分别应该是多少？,A=A-100-(A-100)*0.2; B=B+ 100+(A-100)*0.2。,过程,A-100,B+100,A- A*0.2,B+ A*0.2,调度4是否确保了事务的一致性和隔离性？,破坏了事务的一致性和隔离性(有交叉，且干扰),在该调度4中，T1,T2执行完毕后，账户A和账户B的值分别应该是多少？,A=A-100; B=B+
9、 A*0.2。,问：调度3与调度1是否等效(对外存中数据的影响) ，调度4与调度1、调度2呢，调度2与调度1呢？,称调度3与调度1冲突等价,调度3与调度1等效,问：n个事务一共有多少种调度(包括串行和并发)？,要远大于n!.在这些调度中哪些是正确的， 如何控制调度总是正确的？,可串行化判定,并发控制，下一章讲解,本节小结,什么是事务，有哪些特性？ 为什么要存在事务的并发执行？ 并发执行可能会破坏事务的哪些特性？,10.2.2冲突等价,比较调度3和4，是什么原因会导致事务间的干扰，从而破坏事务的隔离性？,不同事务对同一数据的读/写顺序的变化。,So,如果只考虑read()和write()，调度3
10、可以简化为：,两个事务的并发调度有多种，问下面哪些调度与调度3可以等效？,1、分别考查各个账户值的变化； 2、考查总值是否一致。,等效,不等效,等效,等效,不等效,1、T2:read(A)不能在T1:write(A)之前执行，Why? 2、 T2:read(B)不能在T1:write(B)之前执行，Why? 3、 T1:read(B)可以在T2:write(A)之前或之后执行， Why?,该结论是否具有一般性？,结论：,现在考虑一个调度S，其中含有分别属于事务Ti和Tj的两个连续的指令Ii与Ij(i不等于j)。,若Ii与Ij处理不同的数据项，则交换Ii与Ij会产生怎样的影响？,若Ii与Ij处理
11、相同的数据项Q，则交换Ii与Ij会产生怎样的影响？ 分4种情况：,1、 Ii =read(Q), Ij =read(Q),2、 Ii =read(Q), Ij =write(Q),3、 Ii =write(Q), Ij =read(Q),4、 Ii =write(Q), Ij =write(Q),不产生任何影响,结论：,1、Ii与Ij是不同事务在相同数据项上的操作，并且其中至少有一个是write指令时， Ii与Ij就说是冲突的。,2、如果调度S可以经过一系列非冲突指令交换变换成S，称 S和S是冲突等价的。,3、若调度S与一个串行调度冲突等价，称S是冲突可串行化的。,保证了事务的隔离性。,在事务
12、的众多并发调度中，如何判断调度是可串行化的？,问题,什么是事务，有什么特性？ 事务为什么要并发执行？ 什么是冲突指令，什么是冲突等价？ 什么是冲突可串行化？,可串行化判定,设S是一个调度，由S构造一个有向图，称为优先图G=(V,E)，V是顶点集，由所有参与调度的事务组成；E是有向边集，是满足下列三个条件之一的边TiTj组成：,1、在Tj执行read(Q)之前， Ti执行write(Q);,2、在Tj执行write(Q)之前， Ti执行read(Q);,3、在Tj执行write(Q)之前， Ti执行write(Q);,如果优先图中存在边TiTj ，则在任何等价于S的串行调度S中， Ti必然出现T
13、j在之前。,例如：,存在环路,结论：,如果对调度的有向图进行拓扑排序，若没有环路，则调度可以串行化，否则就不能串行化。,前面内容总结：,转帐问题,在事务的并发执行的分析过程中，我们一直基于一个假设，是什么？,假设事务总是能够无故障的执行。,现在对前面2个事务，考察下面一个调度：,1、根据事务的原子性，T1由于故障而失败，应该怎样处理T1已经产生的影响？,2、根据事务的一致性， T1由于故障而失败，应该怎样处理T2 ，能够做到吗？,撤销(回滚) T1所造成的影响,撤销T2 ，而且由于T2没有完成(或提交)可以撤销(回滚)。,考查另一个调度：,此时，称调度3为可恢复调度。,1、根据原子性，T1由于
14、故障而失败，应该怎样处理T1已经产生的影响，根据事务的一致性， 应该怎样处理T2？,2、 T2已经完成(提交) ，根据事务的持续性， T2能撤销吗?,都必须撤销(回滚) 。,不能,在怎样的调度中，事务能够撤销？,称调度5为不可恢复调度。,结论：,可恢复调度,在一个调度S中，存在两个事务Ti和Tk，如果Tk读取了由Ti所写的数据项，并且Ti先于Tk完成(提交)，称调度S为可恢复调度，为什么？,考查下一个调度：,假设在T1执行过程中出现故障，哪些事务需要撤销？,都需要撤销(回滚),这种现象称为级联回滚,如何避免级联回滚？,对于存在于一个调度S中的两个事务Ti和Tk,Tk读取了Ti所写的数据项，如果
15、Ti在Tk进行读取前已经提交(完成)，就可以避免出现级联回滚，此时称S为无级联调度。,在事务的调度中要避免级联调度，由并发控制机制来实现。,事务小结,事务的讲解总线如下：,转账问题,调度的可恢复性如何实现，数据库如何从故障中恢复？,10.3数据库恢复技术,事务的状态 故障的种类 恢复技术和策略。,10.3.1事务的状态,T1:read(A); A:=A-100; write(A); read(B); B:=B+100; write(B);,问：该事务从创建到成功执行完毕，要经历哪几个阶段？,开始执行，执行中，执行完毕。,若该事务在执行过程中出现故障，会发生怎样的情况？,执行失败，撤销事务回滚事
16、务。,成功执行后的事务称为已提交事务，此时事务处于提交状态。,未能成功完成执行的事务称为中止事务，此时事务处于失败状态。,术语：,事务开始执行，称事务处于活动状态。,事务的最后一条语句执行后，称事务处于部分提交状态。,事务失败后，事务回滚并且数据库已恢复到事务开始前的状态后，称事务处于中止状态。,事务状态间的转化如下：,此时数据还驻留在内存中,活动状态,10.3.2故障的种类,在使用计算机系统时常发生的故障有哪些？,系统故障,介质(磁盘)故障,计算机病毒,事务本身就是一段程序，它本身能否出现问题？,能事务故障,如何克服故障，恢复数据？,10.3.3恢复技术,从事务的特性来看，发生故障后，需要恢复数据库的主要原因是什么？,破坏了事务的原子性和持续性。,现在考查一个简单的能够保持事务的原子性和持续性的方案。,假设在该方案中，将数据库看作是磁盘上的一个文件，并且在
