Transakcje Wyklad z bazy danych dla studentów matematyki

Transkrypt

Transakcje
Wykład z bazy danych dla studentów matematyki
Zbigniew Jurkiewicz, Instytut Informatyki UW
23 kwietnia 2016
Transakcje
Wykład z bazy danych dla studen
Transakcje
Jedno z podstawowych pojeć
˛ współczesnych systemów
baz danych.
Umożliwiaja˛ współbieżny dostep
˛ do baz danych
dostarczajac
˛ mechanizmów synchronizacji.
Integruja˛ kilka operacji w jedna˛ niepodzielna˛ całość.
Możliwe jest bezpieczne przerwanie transakcji w trakcie
wykonania.
Ułatwiaja˛ odtwarzanie po awariach.
Transakcje
Transakcje
Przykład: przelew 100 złp z konta bankowego jednego
klienta (np. Kangurzycy) na konto innego klienta (np.
Tygrysa).
W SQL
UPDATE Konta SET
WHERE klient
UPDATE Konta SET
WHERE klient
saldo = saldo - 100.00
= ’Kangurzyca’;
saldo = saldo + 100.00
= ’Tygrys’;
Co stanie sie,
˛ jeśli po wykonaniu pierwszego polecenia
nastapi
˛ awaria dysku?
Transakcje
Transakcje
Podobny problem wystepuje
˛
nawet przy pojedynczej
modyfikacji.
Rozwiazanie:
˛
transakcyjny system baz danych.
Gwarantuje zapisanie modyfikacji w sposób trwały przed
zakończeniem transakcji.
Transakcje
Współbieżność
Przykład: dwie osoby równocześnie pobieraja˛ 500 złotych
z tego samego konta używajac
˛ (różnych) bankomatów.
System bazy danych powinien zadbać, żeby obie operacje
zostały odnotowane, tzn. stan konta należy zmniejszyć
dwukrotnie.
Podobna sytuacja wystepuje
˛
w innych programach
W wielu edytorach tekstu jeśli dwie osoby równocześnie
modyfikuja˛ ten sam dokument, utrwalone zostaja˛ tylko
zmiany jednej z nich.
Rzadko obserwowane, bo obecnie pracuje sie˛ głównie na
komputerach osobistych — użytkownicy cz˛esto jawnie
przesyłaja˛ sobie dokument.
Ale mamy rozproszone systemy plików, np. NFS, wiec
˛ jeśli
obie osoby korzystaja˛ z nich, moga˛ edytować ten sam plik
na serwerze plików.
Transakcje
Współbieżność
Programiści pracujacy
˛ wspólnie nad ta˛ sama˛ aplikacja˛ maja˛
swoje rozwiazanie
˛
problemu: współbieżne systemy kontroli
wersji (np. CVS, GIT).
Programy źródłowe przechowuje sie˛ w repozytorium
(rodzaj bazy danych).
Dwie osoby moga˛ pobrać do modyfikacji ten sam moduł z
bazy danych.
Podczas zwracania zmodyfikowanego modułu do bazy
danych pierwsza osoba nie musi robić nic: poprawki sa˛ po
prostu akceptowane.
Modyfikacje drugiej osoby sa˛ porównywane z wersja˛ w
repozytorium: wszelkie stwierdzone konflikty musza˛ być
rozwiazane
˛
przez autora.
Ten pomysł, choć dość sensowny, nie pasuje jednak do
baz danych: zbyt wielu użytkowników pracujacych
˛
współbieżnie oraz zbyt krótkie transakcje.
Transakcje
Semantyka bazy danych
Określa sie˛ zbiór legalnych stanów.
Operacje modeluje sie˛ jako funkcje:
operacja: Stan → Stan
Transakcje
Semantyka bazy danych
Operacje powinny przeprowadzać legalne stany w legalne
stany.
Jednak w czasie wykonywania powiazanego
˛
ciagu
˛ operacji
przejściowo baza danych może przyjmować nielegalne
stany.
Takie ciagi
˛ obudowujemy transakcjami.
Transakcje
Transakcje
Transakcja to ciag
˛ operacji do wspólnego niepodzielnego
wykonania.
Współbieżne wykonywanie transakcji wymaga zachowania
własności ACID (Atomicity, Consistency, Isolation,
Durability ):
niepodzielności: „wszystko-lub-nic”, transakcja nie może
być wykonana cz˛eściowo;
integralności: po zatwierdzeniu transakcji musza˛ być
spełnione wszystkie warunki poprawności nałożone na
baz˛e danych;
izolacji: efekt równoległego wykonania dwu lub wiecej
˛
transakcji musi być szeregowalny;
trwałości: po udanym zakończeniu transakcji jej efekty na
stałe pozostaja˛ w bazie danych.
Transakcje
Transakcje
W trakcie wykonywania transakcja może być wycofana w
dowolnym momencie.
Wszelkie wprowadzone przez nia˛ zmiany danych zostana˛
wtedy zignorowane.
Realizacja: „tymczasowe” wykonywanie transakcji.
Zmiany danych sa˛ tylko obliczane i zapisywane w
specjalnym dzienniku transakcji.
Po zakończeniu wykonywania transakcji nastepuje
˛
jej
zatwierdzenie, w wyniku czego zmiany sa˛ utrwalane w
bazie danych.
Transakcje
Konflikty współbieżności
Odwiedźmy baz˛e danych piwiarni i zajmijmy sie˛ tabela˛
Sprzedaje(bar,piwo,cena).
Przypuśćmy, że˛ w barze „U Szwejka” sprzedaje sie˛ tylko
dwa gatunki piwa: Okocim po 2,50 zł i Żywiec po 3,50 zł.
Dzielny redaktor gazety postanowił zbadać (używajac
˛
naszej bazy danych), jaka jest najwyższa i najniższa cena
piwa „U Szwejka”.
W tym samym czasie szef piwiarni zdecydował, że
przestaje sprzedawać dotychczasowe piwa i przerzuci sie˛
na Heineken po 4,50 zł.
Transakcje
Pan redaktor wykonuje dwa nastepuj
˛ ace
˛ zapytania (po
lewej stronie ich umowne nazwy)
(max)
SELECT MAX(cena) FROM Sprzedaje
WHERE bar = ’U Szwejka’;
(min)
SELECT MIN(cena) FROM Sprzedaje
Transakcje
A „równocześnie” szef piwiarni wykonał dwa inne
polecenia SQL
(del)
DELETE FROM Sprzedaje
(ins)
INSERT INTO Sprzedaje
VALUES(’U Szwejka’,’Heineken’,4.50);
Transakcje
Przeplecione polecenia
Przypuśćmy, że powyższe polecenia zostały wykonane w
nastepuj
˛ acej
˛ kolejności: max, del, ins, min.
Popatrzmy na efekty:
Ceny
Operacja Wynik
{2.50,3.50} max
3,50
{2.50,3.50} del
{}
ins
{4.50}
min
4,50
A wiec
˛ ostatecznie MAX(...) < MIN(...)!
Transakcje
Przeplecione polecenia
Aby tego uniknać,
˛ powinniśmy operacje poszczególnych
osób pogrupować w transakcje.
Wtedy obie operacje pana redaktora wykonaja˛ sie˛
bezpośrednio po sobie, nie wiadomo tylko, czy przed, czy
po zmianie „repertuaru”.
Zwróćmy uwage,
˛ że redaktor wykonywał tylko instrukcje
SELECT, co przeczy obiegowej opinii „Tylko operacje
modyfikacji musza˛ być umieszczane w transakcjach”.
Transakcje
Problem wycofywania
Szef piwiarni po wykonaniu (bez użycia transakcji) ciagu
˛
operacji (del)(ins) postanowił wycofać druga˛ z nich
(ROLLBACK)
Jeśli redaktorowi udało sie˛ „wstrzelić” zapytanie miedzy
˛
(ins) i ROLLBACK, zobaczy wartość (4,50), której nigdy nie
było w bazie danych.
Rozwiazaniem
˛
jest znowu użycie transakcji:
Efekty transakcji nie sa˛ widziane przez innych, dopóki
transakcja nie zostanie zatwierdzona (COMMIT).
Transakcje
Transakcje
Dla zapobiegania konfliktom używa sie˛ wewnetrznie
˛
blokowanie dostepu
˛
do elementów danych używanych
przez transakcje.
˛
Poziomy ziarnistości blokad:
cała baza danych,
pojedyncza relacja,
blok wierszy,
pojedynczy wiersz.
Transakcje
Rodzaje transakcji
To co widzieliśmy to klasyczny obraz transakcji w kontekście
baz danych. Istnieja˛ także inne typy transakcji
Bezpośrednie (direct);
Konwersacyjne — kilkakrotna wymiana informacji
klient/serwer;
Wiazane
˛
(chained) – wymagaja˛ przechowywania
kontekstu;
Zagnieżdżone
Długotrwałe.
Kolejkowane – wykonywane z opóźnieniem, np. w celu
grupowania kilku transakcji.
Transakcje
Transakcje w SQL
Poczatek
˛
zwykle domyślny — pierwsza operacja na bazie
danych. W Postgresie podczas pracy interakcyjnej należy
wywołać
BEGIN [WORK]
Zakończenie przez zatwierdzenie
COMMIT;
lub anulowanie (wycofanie)
ROLLBACK;
Uwaga: przy wystapieniu
˛
błedu
˛
(np. naruszenie
ograniczeń) ma miejsce niejawne wycofanie transakcji.
Transakcje
Transakcje w SQL
Domyślnie transakcje zezwalaja˛ na zapis.
Rezygnuje sie˛ z tego np. jeśli chcemy dokonać dłuższego
skomplikowanego przeszukania spójnego stanu bazy
danych.
Transakcje˛ należy wtedy poprzedzić deklaracja˛
SET TRANSACTION LEVEL READ ONLY;
W transakcji takiej nie moga˛ wystapić
˛ operacje
modyfikacji, ale za to nie sa˛ widoczne zmiany dokonywane
przez inne współbieżne transakcje.
Domyślnie przyjmowany jest poziom READ WRITE, tak jak
gdyby podano
SET TRANSACTION LEVEL READ WRITE;
Transakcje
Poziomy izolacji transakcji
Poziom izolacji dla transakcji ustalamy korzystajac
˛ z
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL
[READ COMMITTED | SERIALIZABLE];
Poziom izolacji opisuje tylko, jak dana transakcja chce
widzieć baz˛e danych (nie dotyczy bezpośrednio innych
transakcji)
Poziom izolacji SERIALIZABLE gwarantuje semantyk˛e
sekwencyjna˛ (w zasadzie jedyna˛ w pełni poprawna)
˛ dla
transakcji (ACID) przez wycofywanie transakcji
naruszajacych ja.
˛
Poziom READ COMMITTED jest łagodniejszy: dowolne
modyfikacje z innych zatwierdzonych transakcji staja˛ sie˛
natychmiast widoczne w bieżacej
˛ transakcji.
Mówimy, że odczyt nie jest powtarzalny: kilka kolejnych
wywołań tego samego zapytania w ramach pojedynczej
transakcji może dać różne wyniki (bo inne zatwierdzone
transakcje mogły zmodyfikować używane tabele).
Transakcje
Transakcje w SQL
Standard definiuje również:
REPEATABLE READ, gdy powtórzone zapytania w ramach
transakcji daja˛ zawsze te same wiersze co poprzednio, ale
moga˛ sie˛ pojawić dodatkowe wiersze: „fantomy”.
READ UNCOMMITED, zezwalajacy
˛ na tzw. brudne odczyty
(dirty reads): odczytanie danych zmodyfikowanych przez
inna˛ działajac
˛ a˛ transakcje,
˛ która potem zostaje wycofana.
W tym przypadku domyślnym poziomem transakcji jest
READ ONLY, ponieważ READ WRITE jest na ogół zbyt
ryzykowny.
Transakcje
Blokady w Oracle
Jawne blokady można zakładać na cała˛ tabele˛
LOCK TABLE tabela
IN [SHARE | EXCLUSIVE] MODE
[NOWAIT];
SHARE oznacza blokade˛ dzielona˛ (tylko przeciw zmianom).
EXCLUSIVE to wyłaczna
˛
blokada dostepu
˛
(w celu
dokonania zmian).
NOWAIT chroni przed czekaniem, gdy nie można
natychmiast założyć blokady.
Zdjecie
˛
blokad nastepuje
˛
przez wykonanie COMMIT lub
ROLLBACK.
Transakcje
Blokady w Oracle
Z punktu widzenia współbieżności lepiej jednak zakładać
blokady na wybrane wiersze, np. gdy transakcja odczytuje
pewne wiersze, a nastepnie
˛
dokonuje (zwykle w nich)
zmian, można użyć
SELECT ... FOR UPDATE [NOWAIT];
Taka blokada też jest ważna do końca transakcji.
Transakcje
Realizacja transakcji
Zarzadca
˛
transakcji, zarzadca
˛
dziennika i zarzadca
˛
blokad
Każda modyfikacja jest najpierw zapisywana w dzienniku
transakcji.
Podczas odtwarzania po awarii (na podstawie ostatniego
zachowanego zrzutu bazy danych) wykonuje sie˛ tylko
operacje z zatwierdzonych transakcji.
Transakcje
Harmonogramy
Harmonogram = ciag
˛ akcji z pewnego zbioru transakcji
uporzadkowany
˛
w taki sposób, żeby zachować porzadek
˛
z
poszczególnych transakcji.
Harmonogram szeregowy (sekwencyjny): taki
harmonogram, że całe transakcje sa˛ w nim ustawione po
kolei (tzw. serializacja transakcji).
Dla harmonogramów szeregowych dozwolona jest
dowolna permutacja transakcji, co powoduje brak
unikalności finalnego stanu bazy danych. Prosty przykład:
Transakcja T1 mnoży zawartość pewnej komórki przez 3.
Transakcja T2 zwieksza
˛
zawartość tej samej komórki o 5.
Dla zwiekszenia
˛
przepustowości transakcje wykonuje sie˛
zwykle współbieżnie (z przeplotem operacji).
Transakcje
Szeregowalność
Harmonogram szeregowalny to taki harmonogram, że jego
stan końcowy jest taki sam, jak któregoś harmonogramu
szeregowego.
Uwaga: dla uproszczenia nie rozważamy transakcji
przerwanych.
Harmonogramy szeregowalne można otrzymać z
szeregowych zamieniajac
˛ sasiednie
˛
akcje, dopóki nie
spowoduje to konfliktu.
Transakcje
Zarzadzanie
˛
blokadami
Zarzadca
˛
blokad dla transakcji.
Dla SQL nezbedne
˛
blokady sa˛ określane automatycznie.
Interesujace
˛ pojecie
˛
promowalnej blokady (upgrading
lock ): blokada dla odczytu które może być podniesiona
później do blokady dla zapisu.
Transakcje
Znaczniki czasowe (timestamps)
Inne podejście, dobre gdy dominuja˛ operacje odczytu.
Wszystkie elementy w bazie danych sa˛ znakowane
czasem ostatniej modyfikacji.
Optymistyczne, przed modyfikacja˛ sprawdza, czy
posiadane dane sa˛ wciaż
˛ aktualne (maja˛ bieżacy
˛
znacznik).
Jeśli nie, dane musza˛ być ponownie pobrane i transakcja
musi (być może cz˛eściowo) zostać powtórzona (lub
wycofana).
Transakcje

Transakcje Wyklad z bazy danych dla studentów matematyki

Transkrypt

Podobne dokumenty

Forex - Rodzaje transakcji

Transakcje forward w PKO Banku Polskim SA Podstawa prawna

Anna Jurkiewicz Manager / Radca prawny

Raport bieżący nr 7/2016 Data sporządzenia: 23.03

Jak kupić lub wynająć biuro czy apartament

wykaz osób prawnych i fizycznych oraz jednostek

Raport bie¿¹cy 6_Zawarcie transakcji forward

spis treśœci - e