06-1数据库系统的恢复和并发控制技术报告

1、1,6 数据库保护,数据库恢复 并发控制 数据库安全性 数据库完整性,2,事务：是一个不可分割的操作序列，该操作序列要么全做，要么全不做。 强调：事务和程序是两个概念。 一个程序中可以包含多个事务。 事务是恢复和并发控制的基本单位,第6章 数据库保护,6.1 事务,3,隐式控制：由DBMS按缺省规定自动划分。 显式控制： BEGIN TRANSACTION 事务开始 COMMIT 事务提交，重新改写数据库 ROLLBACK 事务提交，发生错误撤消,BEGIN TRANSACTION INSERT INTO S(S#, Sname, Sage, Sdept) VALUES(10002, 李娜, 18,计算机) COMMIT,例如：,4,BEGIN TRANSACTION DELETE FROM S WHERE S#=10002 DELETE FROM SC WHERE S#=10002 ROLLBACK,5,1、原子性（Atomicity） 事务是不可分割的工作单位 2、一致性（Consistency） 事务提交后，数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。,二、事务的性质(ACID)

2、,6,例：现假设一个公司数据库中有两个账户S，C，分别有存款30万元和20万元，现从S账户上的取出10 万元放入到C账户上。,7,S：200000 C：200000 中间状态,一致状态,一致状态,Read(S) S=300000 S=S-100000 S=200000 Write(S),Read(C) C=200000 C=C+100000 C=300000 Write(C),S：300000 C：200000,S：200000 C：300000,8,3、隔离性（Isolation） 在事务完成之前，它对数据库产生的结果不能被其它事务引用。 4、持续性（Durability） 一旦事务执行成功(提交)，其对数据库产生的效果永久有效。,9,数据库的恢复： 把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。,一、故障的类型 1事务故障 2系统故障 3介质故障 4计算机病毒,第二节 恢复技术,10,1事务故障 是事务内部的故障。 预期故障： 通过在程序中加判断条件来实现 非预期的故障： 如由于死锁而被迫撤销的事务等,11,2系统故障 （需要系统重新启动） 原因：硬件错误、操作系统故障、DBMS代码

3、错误、突然停电等。 特点：故障影响正在运行的所有事务，但不破坏数据库。可能会造成数据库中数据的不一致性。其原因： 故障发生时，尚未完成的事务的结果可能已送入到物理数据库。 故障发生时，有些已完成的事务所做的数据更改还在缓冲区中，尚未写到物理数据库中。,12,3介质故障 是指存储数据库的磁盘发生故障。 原因：可能是磁盘损坏、磁头碰撞、瞬时强磁场干扰等。 特点：使数据库受到破环。虽然可能性小，但破坏性最大。,系统故障称为软故障 介质故障称为硬故障,4计算机病毒 人为的故障或破坏，是一些恶作剧者研制的一种计算机程序。,13,两个关键问题： 1 如何建立冗余数据 2 如何利用这些冗余数据实施数据库恢复,6.2 数据库恢复技术,冗余,14,1、数据转储 转储：定期将DB复制到其它外存保存（副本） 1、转储类型 静态转储：在系统空闲的时候进行，转储期间不允许对数据库进行操作。 优点：简单、保证副本和数据库数据的一致性。 缺点：需等待。 动态转储：转储期间允许对数据库进行操作。 优点：效率高。 缺点：不能保证副本和数据库数据的一致性。,建立冗余常用技术,15,2、转储方式 海量转储：每次转储数据库中

4、的全部数据 增量转储：每次转储上一次转储后更新过的数据,建立冗余常用技术,16,3、数据库镜像：自动将数据库中的全部数据或关键数据复制到另外一张盘上。,缺点：降低系统效率,建立冗余常用技术,17,2、日志文件 1、内容 事务标识（标明是哪个事务） 操作类型及对象（插入、删除、修改，记录内部标识） 更新前后的值 2、作用： 用于数据库恢复 3、登记要求 按时间次序 先写日志文件，后写数据库。,建立冗余常用技术,18,1、事务故障的恢复 恢复策略：反向扫描日志文件，将日志中更新前的数据写回到数据库中，直至事务的开始标志。,三、数据库恢复策略,19,2、系统故障的恢复 恢复策略：撤销故障发生时未完成的事务，重做已完成的事务。 方法：扫描日志文件；找出故障发生前提交的事务，让该事务重做（REDO）；找出故障发生前未提交的事务，让其撤销（UNDO）。,3、介质故障的恢复 恢复策略：利用数据库副本和日志文件副本进行恢复。（需要DBA介入）,20,6.3 并发控制,一、并发操作引起的问题,丢失修改,不可重复读,读“脏”数据,21,例：银行中,C账户上原有存款500元，现有两位顾客同时给此账户存款，分

5、别运行下面两个事务： T1：READ(C), C=C+100，WRITE(C)； T2：READ(C), C=C+200，WRITE(C)； 运行过程可能如下： （1）先执行事务T1，然后执行事务T2 （2）先执行事务T2，然后执行事务T1 （3）事务T1和事务T2并发执行,22,23,丢失修改,24,不可重复读,25,读“脏”数据,26,封锁 *排它锁（写锁，简称X锁） *共享锁（读锁，简称S锁） 封锁协议,二、基于封锁的并发控制技术,27,1、封锁： 就是事务T在对数据进行操作之前，先向系统申请对其进行加锁，此时不允许其它事务更新该数据，直到事务T释放该数据上的锁。 2、封锁的类型 排它锁（又称写锁，简称X锁） 若事务T对数据对象A加上X锁，则其它事务不能在A上加任何类型的锁，此时，只允许事务T读取和修改A，直到T释放A上的锁。 共享锁（又称读锁，简称S锁） 若事务T对数据对象A加上S锁，则其它事务也可在A上加S锁，但不能加X锁，事务T和其它事务只能读取A，但不能修改A。,28,3、封锁协议 1）一级封锁协议 事务T在修改数据A之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放。 一级封锁协

6、议可防止丢失修改，并可保证事务T是可恢复的，但不能保证可重复读和不读“脏”数据。,29,一级封锁协议例,Xlock A,Read (A) A=10,A=A-5,Write(A),Commit,Unlock A,Xlock A,Read (A) A=5,A=A-5,Write(A),Commit,Unlock A,等待,等待,等待,等待,获得 Xlock A,事务T1,事务T2,没有丢失修改,READ(C,D),M=C+D,READ(C,D),M=C+D,READ(C,D),C=C+10,D=D+10,事务T1,事务T2,不可重复读,Write (D),Write (C),Xlock C,Xlock D,Unlock C,Unlock D,30,1级封锁协议,读“脏”数据,31,2）二级封锁协议 一级封锁协议加上事务T在读取数据A之前必须对其加S锁，读完后即可释放S锁。 二级封锁协议可防止修改丢失，还可防止读“脏”数据，但不能保证可重复读。,32,二级封锁协议例,READ(C,D),M=C+D,READ(C,D),C=C+10,D=D+10,事务T1,事务T2,防止读“脏”数据,Writ

7、e (D),Write (C),Xlock C,Xlock D,Unlock C,Unlock D,RollBack,Slock C,Slock D,等待,等待,等待,获得Slock C,获得Slock D,Unlock C,Unlock D,READ(C,D),M=C+D,READ(C,D),C=C+10,D=D+10,事务T1,事务T2,不可重复读,Write (D),Write (C),Xlock C,Xlock D,Unlock C,Unlock D,Slock C,Slock D,Unlock C,Unlock D,等待,获得Xlock C,获得Xlock D,READ(C,D),M=C+D,Slock C,Slock D,Unlock C,Unlock D,等待,获得Slock C,获得Slock D,Commit,Commit,Commit,33,3）三级封锁协议 一级封锁协议加上事务T在读取数据A之前必须对其加S锁，直到事务结束才释放。 三级封锁协议可防止修改丢失，还可防止读“脏”数据和保证可重复读。,34,三级封锁协议例,READ(C,D),M=C+D,READ(C,

8、D),C=C+10,D=D+10,事务T1,事务T2,可重复读,Write (D),Write (C),Xlock C,Xlock D,Unlock C,Unlock D,READ(C,D),M=C+D,Slock C,Slock D,Unlock C,Unlock D,等待,获得Xlock C,获得Xlock D,等待,Commit,Commit,35,不同级别的封锁协议,36,4、活锁：事务T1，T2申请数据对象A，T1先给A加锁，T1释放A上的锁后，事务T3又给A加锁，T2等待，这样，A始终被其他事务封锁，事务T2可能长时间得不到A，这种情况称为活锁。 避免活锁的方法： 采用先来先服务的原则。,37,5、死锁 事务T1已经封锁A，而又想申请封锁B，而此时事务T2已经封锁B，而又想申请封锁A，这样，T1等待T2释放B，而T2等待T1释放A，使得T1、T2均无法继续执行下去，这种情况称为死锁。,LOCK B ,LOCK B ,LOCK A ,LOCK A ,38,6、解决死锁的方法 预防死锁 * 一次封锁法：要求每个事务必须一次将所有要使用的数据全部封锁，否则，不能执行。 缺点：降低

9、了系统的并发度。 * 顺序封锁法：预先对数据对象规定一个封锁次序，所有事务都按这个次序实行封锁。 缺点：排列封锁次序困难。,39,判断并解除死锁 * 超时法：事务的等待超过了规定的时限 * 等待图法：检测等待图中是否有回路存在。,40,1、事务的表示方法： Ri(X)表示事务Ti的读X操作； Wi(X)表示事务Ti的写X操作。 例：事务T1(Read(B)；A=B+1；write(A)， 事务T2(Read(A)；B=A+1；write(B) 可以表示成： T1：R1(B)W1(A) T2：R2(A)W2(B),三、调度的可串行性,41,例: 事务 T1：R1(X)R1(Y)W1(Y) 的执行顺序可表示为,符号表示先于（)，即R1(X)先于W1(Y)执行， R1(Y)先于W1(Y)执行，而R1(X)和R1(Y)的先后次序无关紧要。,42,2、冲突操作 定义：如果两个操作来自不同的事务，它们对同一数据单位进行操作，并且其中至少有一个是写操作，则称这两个操作是相互冲突的或冲突操作。 例：事务T0：W0(X)W0(Y)W0(Z) 事务T1：R1(X)R1(Z)W1(X) 则在这两个事务中有冲突操作：,R1(X)与W0(X) W1(X)与W0(X) R1(Z)与W0(Z),对于冲突操作不能同时执行，哪个先执行，哪个后执行由调度决定。,43,3、调度 设=T1，T2， T n是一事务集， 的一个调度S是一拟序集（ ,s) 其中: 1) 说明S执行的操作正是T1， T2， T n 的操作。 2) s 说明调度S遵守每个事务的操作的 内部执行次序 3) 每对冲突操作的执行次序由S决定。,44,例如：考虑下列两个事务T0， T1,T0， T1的拟序集表示为： T0=(W0(X),W0(Y),W0(Z),) T1 =(R1(X),R1(Z),W1(X),R1(X) W1(X), R1(Z) W1(X),45,S1=(W0(X),W0(Y) ,W0(Z) ,R1(X),R1(Z) ,W1(X) ，W0(X) R1(X)， W0(Z) R1(Z)， R1(X) R1(Z) ，

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