Basi di Dati

1. Basi di Dati Tecnologia di un DBMS: Concorrenza e Affidabilità Concetti Avanzati versione 2.0 Questo lavoro è concesso in uso secondo i termini di una licenza Creative Commons (vedi ultima pagina) G. Mecca – mecca@unibas.it – Università della Basilicata

2. Tecnologia DBMS >> Sommario Concetti Avanzati • Transazioni • proprietà “acide” • rapporto con il S. O. • Concorrenza • consistenza • isolamento • Affidabilità • Architettura di un DBMS G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

3. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Transazioni Transazioni • Transazione • sequenza di operazioni effettuate da una applicazione sulla base di dati • Transazioni semplici • es: aggiungi un nuovo studente • Transazioni complesse • es: bonifico bancario • Approccio alla descrizione: sviluppatori G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

4. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Transazioni Transazioni • Normalmente: modalità non concatenata • una transazione per operazione (“autocommit”) • Conseguenza • il completamento di un’operazione della transazione non implica necessariamente il completamento delle successive • possibilità di inconsistenze nella base di dati G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

5. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Transazioni Transazioni • Modalità concatenata • una transazione contiene più operazioni • tutte le operazioni della transazione vengono eseguite oppure non ne viene eseguita nessuna (esecuzione “atomica”) • Inizio della transazione • sintassi non standard • SQL:1999: START TRANSACTION) • in PgSQL: START TRANSACTION (>=7.3)oppure BEGIN TRANSACTION G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

6. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Transazioni Transazioni • >> esempio di transazione • commit con successo • commit dopo errore • rollback • Fine della transazione • istruzioni COMMIT e ROLLBACK (ABORT)(standard SQL-92) • Esito della transazione • esecuzione come unità indivisibile • COMMIT: rende permanenti le operazioni • errore: operazioni annullate dal sistema • ROLLBACK: annulla esplicitamente le operazioni G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

7. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Transazioni Transazioni: La Base di Dati dei Video CREATE TABLE Tessere ( cod char(4) PRIMARY KEY, nomeCliente varchar(50), indirizzo varchar(50), totalenoleggi integer DEFAULT 0 ); CREATE TABLE Videoc ( cod integer PRIMARY KEY, titolo varchar(50) NOT NULL, regista varchar(20), quantita integer DEFAULT 1, prezzo numeric(4,2) ); Esempio: noleggio di una videocassetta CREATE TABLE Noleggi ( video integer NOT NULL REFERENCES Videoc(cod), tessera char(4) NOT NULL REFERENCES Tessere(cod), data date NOT NULL, PRIMARY KEY (video, tessera, data) ); BEGIN TRANSACTION; INSERT INTO Noleggi VALUES (110, ‘pp02’, ‘2002-04-15’); UPDATE Videoc SET quant.=quant.-1 WHERE cod=110; UPDATE Tessere SET totn.=totn.+1 WHERE cod=‘pp02’; COMMIT; G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

8. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Transazioni Proprietà “ACIDE” delle Transazioni • Atomicità • tutte le operazioni oppure nessuna • Consistenza • stati consistenti della base di dati • Isolamento • correttezza dell’accesso concorrente • Durevolezza • effetto persistente sulla base di dati (guasti) G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

9. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Transazioni Gestione delle Transazioni in un DBMS • Due moduli fondamentali • Gestore della concorrenza • garantisce isolamento e consistenza • implementa tecniche più sofisticate di sincr. • Gestore dell’affidabilità • garantisce atomicità e durevolezza • utilizza un file di registrazioni (“log”) per consentire il recupero in caso di guasti G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

10. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione della Concorrenza Gestione della Concorrenza • Assume atomicità e durevolezza • fornite dal gestore dell’affidabilità >> • Due obiettivi fondamentali • garantire la consistenza della base di dati(partendo da uno stato consistente, la transazione genera uno stato consistente) • garantire l’isolamento delle transazioni(le transazioni devono essere eseguite come se fossero isolate) G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

11. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione della Concorrenza Consistenza • Impone i vincoli di integrità • definiti nel DDL (più eventuali “trigger”) • Vincoli di riferimento • la verifica può essere immediata o differita • Istruzione SET CONSTRAINTS • SET CONSTRAINTS ALL DEFERRED; • Vincoli differibili (“deferrable”) • i vincoli vengono verificati solo al COMMIT G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

12. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione della Concorrenza Consistenza • Esempio: in Noleggi • video integer NOT NULL REFERENCES Videoc(cod) DEFERRABLE; BEGIN TRANSACTION; SET CONSTRAINTS ALL DEFERRED; INSERT INTO Noleggi VALUES (200, ‘pp02’, ‘2002-04-15’); INSERT INTO Videoc VALUES (200, ‘Clerks’, ...); UPDATE Videoc SET quantita=quantita-1 WHERE cod=200; COMMIT; Attenzione: parte dell’integrità è a carico del programmatore (in questo caso non viene aggiornato il totalenoleggi della tessera) G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

13. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione della Concorrenza Isolamento • L’esecuzione di una transazione deve essere indipendente da quella delle altre • Strategia di esecuzione (“schedule”) • ordine di esecuzione delle operazioni • Correttezza di una strategia concorrente • proprietà di “serializzabilità” • il risultato è equivalente a quello di un’esecuzione seriale (in ordine qualsiasi) • evita vari problemi di esecuzione (>>) G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

14. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione dell’Affidabilità Gestione dell’Affidabilità • Due obiettivi fondamentali • garantire l’atomicità delle transazioni • garantire la durevolezza degli effetti, anche in caso di guasti (recupero della base di dati) • Idee di base • registrare tutte le azioni eseguite in un file di registro (“log”) • mantenere copie dei dati e del log (“mirror”) • strettamente legato alla gestione del buffer G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

15. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione dell’Affidabilità Gestione dell’Affidabilità • File di registro (“log”) • si registrano tutte le istruzioni di aggiornamento • tutte le istruzioni di start transaction • tutte le istruzioni commit • tutte le istruzioni rollback • Formato dei record del log • ciascun record del log registra la modifica di un record della base di dati da parte di una transazione • <id trans, id record, vecchio val, nuovo val.> G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

16. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione dell’Affidabilità Gestione dell’Affidabilità • Protocollo di scrittura anticipata • “Write Ahead Logging” (WAL) • Idea • le informazioni vengono scritte secondo un ordine che garantisce la ripristinabilità in caso di guasti • i record del log sono scritti prima dei record della base di dati (garantisce l’atomicità) • i record del log di una transazione sono scritti tutti prima di effettuare il commit (garantisce la durevolezza) G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

17. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione dell’Affidabilità Gestione dell’Affidabilità • Attenzione • in ogni istante parte delle pagine del disco sono nel buffer in memoria centrale • se sono state modificate, in caso di guasto si perdono le modifiche • Punto di controllo (“checkpoint”) • “fotografia” stabile della situazione della base di dati in un certo istante • informazioni sulle transazioni attive in quel momento • scrittura su disco delle pagine relative del buffer G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

18. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione dell’Affidabilità Gestione dell’Affidabilità • Situazione di guasto • es: corrente, rottura disco, crash sistema • Problema: ripristinare la base di dati • ripetere l’esecuzione delle transazioni a partire dal contenuto del log • attenzione alle transazioni interrotte a metà • Algoritmo ARIES • sul log viene localizzato il primo checkpoint • azione di ripetizione (in avanti) • azione di annullamento (indietro) G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

19. log Punto di inizio della transazione più antica tra quelle fallite Punto di inizio della transazione più antica tra quelle concluse Checkpoint Guasto A R U Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione dell’Affidabilità Gestione dell’Affidabilità • Localizzazione del checkp. • Fase 1: Analisi • ricerca di transazioni concluse e fallite dal checkpoint • Fase 2: REDO • ripetizione di tutte le azioni delle transazioni attive • Fase 3: UNDO • annullamento di tutte le azioni delle transazioni interrotte G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

20. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione dell’Affidabilità Gestione dell’Affidabilità • Descrizione semplificata • Tipicamente • in caso di interruzione improvvisa, il recupero è completamente automatico • supponendo di avere a disposizione log e checkpoint • es: PostgreSQL /var/lib/pgsql/data • al riavvio la base di dati viene ripristinata G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

21. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Gestione dell’Affidabilità Gestione dell’Affidabilità • Tecniche per l’affidabilità • mantenere copie del log; es: mirror • mantenere copie di backup della base di dati • Copie della base di dati (“dump”) • copia di /var/lib/pgsql/data (a DBMS fermo) • pg_dump: estrae un file di comandi • esempio: pg_dump –U pguser deputati > deputati.sqlpsql –d deputati –f deputati.sql G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

22. Esecuzione interrogazioni Ottimizzazione Algebra (Operatori) Connessioni (TCP/IP) Sicurezza e Autorizzazioni Affidabilità Concorrenza Gestione dei Metodi di acc. Gestione del buffer Gestione del disco DB Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Architettura di un DBMS Architettura di un DBMS G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

23. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Architettura di un DBMS Architettura di un DBMS • PostgreSQL • piattaforma Linux • transazionale • SQL-92 intermediate • estensioni SQL:1999 • sicurezza (connessioni in chiaro e cifrate) • “multi-version concurrency control” • WAL G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

24. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Architettura di un DBMS Architettura di un DBMS • MySQL (3.xx) • piattaforma Linux e Windows • non transazionale (componenti esterni) • sottoinsieme di SQL-92 intermediate • mancano i vincoli di riferimento • mancano le viste • mancano intersezione e differenza • mancano le query nidificate • enfasi sulle prestazioni G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

25. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Architettura di un DBMS Architettura di un DBMS • Access • piattaforma Windows • non transazionale • sottoinsieme di SQL-92 intermediate • no intersezione e differenza • limitate autenticazioni • limitato controllo di concorrenza • enfasi sull’interfaccia utente • client grafico o SQL per DBMS di fascia alta G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

26. Tecnologia DBMS >> Sommario Concetti Avanzati • Transazioni • proprietà “acide” • rapporto con il S. O. • Concorrenza • consistenza • isolamento • Affidabilità • Architettura di un DBMS G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

27. Tecnologia DBMS >> Concetti Avanzati >> Transazioni Transazioni: La Base di Dati dei Video CREATE TABLE Tessere ( cod char(4) PRIMARY KEY, nomeCliente varchar(50), indirizzo varchar(50), totalenoleggi integer DEFAULT 0 ); CREATE TABLE Videoc ( cod integer PRIMARY KEY, titolo varchar(50) NOT NULL, regista varchar(20), quantita integer DEFAULT 1, prezzo numeric(4,2) ); CREATE TABLE Noleggi ( video integer NOT NULL REFERENCES Videoc(cod), tessera char(4) NOT NULL REFERENCES Tessere(cod), data date NOT NULL, PRIMARY KEY (video, tessera, data) ); G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati

28. Termini della Licenza Termini della Licenza • This work is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License. To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/ or send a letter to Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA. • Questo lavoro viene concesso in uso secondo i termini della licenza “Attribution-ShareAlike” di Creative Commons. Per ottenere una copia della licenza, è possibile visitare http://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/ oppure inviare una lettera all’indirizzo Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA. G. Mecca - mecca@unibas.it - Basi di Dati