Gestão de transacções noções básicas modelo simples modelo elaborado recuperação marcas temporais

1. Gestão de transacções noções básicas modelo simples modelo elaborado recuperação marcas temporais Gabriel David FEUP - Rua dos Bragas, 4099 Porto Codex - PORTUGAL Tel. 351-2-2041842 - Fax: 351-2-319280 Email: gtd@fe.up.pt URL: http://www.fe.up.pt

2. Execução de programas Execução série - um programa de cada vez versus Execução concorrente - vários programas partilham o CPU Problema: garantir que os vários programas não interferem de forma inesperada

3. T1 T2 T3 Programas e BD • Transacção • uma execução de um programa • podem coexistir várias transacções do mesmo programa • Interacção transacção/BD • transacção lê dados da BD para o seu espaço de trabalho • cálculos feitos no espaço de trabalho completamente isolados • transacção escreve resultados do espaço de trabalho para a BD P1 BD P2

4. Tipos de acesso • Programas executados em série • modelo na cabeça do programador • Acesso simultâneo para leitura e escrita • sistema de reservas - Programa: READ A; A=A+1; WRITE A; • Problema da actualização falhada: dois acessos diferentes reservarem o mesmo lugar • Acesso simultâneo só para leitura • recenseamento • sem interferência A(BD) 5 5 5 5 6 6 T1: READ A A=A+1 WRITE A T2: READ A A=A+1 WRITE A A(T1) 5 5 6 6 6 6 A(T2) 5 5 6 6

5. Propriedades das transacções • SGBD deve manter as propriedades ACID • atomicidade - as operações da transacção efectivam-se na BD ou todas ou nenhuma • consistência - transacção sozinha preserva consistência da BD • isolamento - as transacções apesar de concorrentes não interferem; para cada par Tl - Tk o efeito final é o de executar Tl e depois Tk, ou Tk e depois Tl • durabilidade - efeitos de uma transacção com sucesso persistem na BD mesmo em caso de avarias no sistema • consistência • primariamente um problema do programador da transacção • SGBD pode verificar automaticamente regras de integridade

6. Atomicidade • Importante também para manter a consistência • Operação Transferência bancária T(valor, conta_origem, conta_destino) 1 READ conta_origem 2 conta_origem= conta_origem - valor 3 WRITE conta_origem 4 READ conta_ destino 5 conta_ destino = conta_ destino + valor 6 WRITE conta_ destino • interrupção em 4 deixa BD inconsistente • Razões para quebra de atomicidade • avaria de hardware • erro de software • bloqueio em competição por recursos

7. Bloqueios • Isolamento entre transacções • dividir a BD em itens, recursos necessários para as transacções • item - unidade de dados, desde a BD à tabela, linha ou campo • controlo de acesso através do bloqueio de itens • Gestor de bloqueios • regista, para cada item I, quais as transacções que estão a ler ou escrever alguma parte de I • controla o acesso de uma segunda transacção, de acordo com uma determinada política • granularidade dos itens condiciona peso da gestão de bloqueios; transacção típica deve bloquear poucos itens • Bloqueio (lock) • é um privilégio de acesso a um item • primitiva de sincronização

8. Gestão da concorrência • Controlar item com bloqueio • pedir bloqueio de A antes da leitura • outras transacções que tentem bloquear A esperam • desbloquear A depois da escrita • Reserva de lugar • Programa: LOCK A;READ A; A=A+1; WRITE A; UNLOCK A; • garante isolamento A(BD) 5 5 5 5 6 6 6 7 T1: LOCK A READ A A=A+1 WRITE A UNLOCK A T2: LOCK A … A(T1) 5 6 6 6 6 A(T2) 6 7

9. Problemas • Bloqueio activo (livelock) • T1 e T2 pedem bloqueio de A; T1 obtém; T3 pede bloqueio de A; quando T1 desbloqueia, T3 é servido e T2 fica à espera… • hipótese de resolução: servir sempre o pedido mais antigo • Encravamento (deadlock) T1: LOCK A;LOCK B; UNLOCK A; UNLOCK B; T2: LOCK B; LOCK A; UNLOCK B; UNLOCK A; • T1 bloqueia A e T2 bloqueia B; ambos ficam parados à espera que o outro desbloqueie • hipótese 1: obrigar a transacção a pedir todos os bloqueios de uma vez e o gestor concede todos ou nenhum • hipótese 2: atribuir uma ordem aos itens e os pedidos de bloqueio serem feitos por essa ordem • hipótese 3: não prevenir; SGBD verifica se há encravamento e aborta uma das transacções

10. Escalonamento • Escalonamento de um conjunto de transacções • ordem de execução dos passos elementares das várias transacções • T1: READ A;A=A-10; WRITE A; READ B; B=B+10; WRITE B; • T2: READ B;B=B-20; WRITE B; READ C; C=C+20; WRITE C; T1 T2 READ A A=A-10 WRITE A READ B B=B+10 WRITE B READ B B=B-20 WRITE B READ C C=C+20 WRITE C T1 T2 READ A READ B A=A-10 B=B-20 WRITE A WRITE B READ B READ C B=B+10 C=C+20 WRITE B WRITE C T1 T2 READ A A=A-10 READ B WRITE A B=B-20 READ B WRITE B B=B+10 READ C WRITE B C=C+20 WRITE C  (B=B-10)  (B=B-10)  (B=B+10)

11. Seriabilidade • Escalonamento série (caso ) • todos os passos de cada transacção executados consecutivamente • Escalonamento serializável (caso ) • efeito equivalente a um qualquer escalonamento série • Escalonamento não serializável (caso ) • a evitar (!), mas sem olhar para expressões calculadas, apenas para a sequência de operações e bloqueios • Escalonador • parte do SGBD que arbitra conflitos entre transacções • recebe informação do gestor de bloqueios • evita bloqueio activo, encravamento e não seriabilidade • fica facilitado se as transacções seguirem protocolos adequados • escalonamento legal se não violar bloqueios

12. Modelo simples • Assume-se que bloquear implica ler e desbloquear escrever • modelo simples é não fatal: pode impedir escalonamentos serializáveis, mas não aceita não serializáveis • Teste de seriabilidade de um escalonamento • criar um grafo dirigido cujos nós são as transacções • para cada passo Tk: UNLOCK Am, se existir a seguir um passo Tl: LOCK Am, desenhar um arco de Tk para Tl. • escalonamento serializável se não houver ciclos no grafo • as setas indicam a ordem de um escalonamento série equivalente (ordenação topológica)

13. Teste de seriabilidade • Não serializável • T2 deve correr antes de T1 e vice-versa T1 T2 T3 LOCK A LOCK B LOCK C UNLOCK B LOCK B UNLOCK A LOCK A UNLOCK C UNLOCK A LOCK A LOCK C UNLOCK B UNLOCK C UNLOCK A T2 T1 T3

14. Bloqueio em duas fases • Problema: garantir a seriabilidade • combinação escalonador + protocolo • protocolo de bloqueio em duas fases: todos os bloqueios (1ª fase) são pedidos antes de todos os desbloqueamentos (2ª fase) • trabalho do escalonador: basta conceder o bloqueio se estiver disponível e suspender ou abortar a transacção caso não esteja, isto é, só se verifica a legalidade da transacção • garante-se que qualquer escalonamento legal é serializável • um escalonamento série correspondente é o dado pela ordem dos pontos de bloqueio das várias transacções • ponto de bloqueio é o instante em que ocorre o último bloqueio; considera-se que todo o processamento ocorre nesse instante, antes de começar a desbloquear • verificar coerência com grafo de seriabilidade • T2 (pág anterior) não respeita bloqueio em duas fases

15. Contra-exemplo • T1 não é de duas fases   não serializável • T1: LOCK A; UNLOCK A; LOCK B; UNLOCK B • T2: LOCK A; LOCK B; UNLOCK A; UNLOCK B • T1 T2 LOCK A … UNLOCK A LOCK A LOCK B UNLOCK A UNLOCK B LOCK B UNLOCK B • conclusão: bloqueio em duas fases é óptimo T1 T2