数据库7.DB System

READ(X, Y)的实现算法：
1. 2. 3. 确定包含数据项X的磁盘块的地址A； 如果地址为A的数据不在主存缓冲区中，则把A所在磁盘 块读入到主存缓冲区； 从主存缓冲区中找到数据项X，存入程序变量Y。
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事务模型
任何事务都使用READ和WRITE操作存取数据库
WRITE(Y, X)的实现算法：
• T1:
READ(A); tmp := A×0.1; A := A-tmp; WRITE(A); READ(B); B := B+tmp; WRITE(B)
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事务调度与可串行性
设帐号A和帐号B目前的存款分别是1000元和2000元。 调度1：
• A和B的最终值分 别是855和2145元， A+B在两个事务 执行结束时仍然 是1000+2000。
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事务调度与可串行性
显然，只有当Ii和Ij都是READ操作时，它们的顺序才 无关紧要。 Ii和Ij冲突，如果它们是不同事务在同一数据项上的操 作，并且至少有一个操作是WRITE。
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事务调度与可串行性
等价
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事务调度与可串行性
等价
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事务调度与可串行性
定义2 如果一个调度S能通过一系列非冲突操作的执行 顺序的交换变换成调度S1, 则称S和S1冲突等价。 定义3 称调度S是冲突可串行的，如果它冲突等价于一 个串行调度。
1. 2. 3. 4. 确定包含数据项X的磁盘块的地址A； 如果地址为A的磁盘块不在主存缓冲区中，则把A磁盘块 读入主存缓冲区； 把程序变量Y的值存入A磁盘块所在主存缓冲区； 立即或以后把包含A磁盘块的缓冲区写到磁盘存储器。
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事务模型
事务的原子性
事务中的所有操作要么全部被成功地完成而且这些操作 的结果被永久地存储到数据库中，要么这个事务对数据 库和其他事务没有任何影响。称这个性质为事务的原子 性。 每个事务都必须满足原子性。
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基于锁的并发控制协议
一个保证可串行性的方法是在互斥的方式下存取数据 项，即当一个事务存取一个数据项时不允许其他事务 修改这个数据项。 可以通过基于锁的并发控制协议实现。
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基于锁的并发控制协议
锁的概念
锁是数据项上的并发控制标志。锁可以分为两种类型：
1. 2. 共享锁 如果事务T得到了数据项Q上的共享锁，则T可以 读这个数据项，但不能写这个数据项。共享锁表示为S 互斥锁 如果事务T得到了数据项Q上的互斥锁，则T既可 以读这个数据项，也可以写这个数据项。互斥锁表示为 X
X:=X-N WRITE(X) READ(Y) Y:=Y+N WRITE(Y) X:=X+M WRITE(X)
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并发控制概述
数据更新丢失问题
T1 READ(X) X:=X-N WRITE(X) READ(Y) Y:=Y+N WRITE(Y) T2 READ(X) X:=X+M WRITE(X)
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事务调度与可串行性
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事务调度与可串行性
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事务调度与可串行性
冲突可串行性的测试方法: 如果调度S的前趋图有回路，则S不是冲突可串行的。 如果调度S的前趋图无回路，则S是冲突可串行的。
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并发控制技术
1. 2. 3. 4. 并发控制概述 事务模型 事务调度与可串行性 基于锁的并发控制协议
保证事务原子性的主要方法是“串行化”方法。
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事务模型
事务的状态
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事务的性质
1.
2. 3. 4.
事务模型
5.
原子性 事务是数据库系统运行的原子程序单元。每个事务的 所有操作要么被全部成功地执行，要么一个也不被执行; 数据库正确保持性 一个事务的正确执行必须把数据库从一个 正确状态转换为另一个正确状态; 操作结果永久保持性 如果一个事务使数据库发生了改变，而 且该事务已经进入提交状态，则这些改变将不会因以后的失 败而丢失; 独立性 一个事务在进入提交状态之前，它对数据库的更新不 可由其他事务读取。这个性质避免了上节讨论的临时值问题， 也避免了后边将讨论的嵌套回滚处理问题; 可串行性 并发运行的多个事务的运行效果与这些事务按某种 次序顺序运行的效果相同.
多个事务可同时运行并同时要求存取或修改同一个数 据库记录。如果不对并发运行的事务加以适当的控制， 则会引起很多问题。
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并发控制概述
以飞机订座数据库系统为例：
每个航班对应一个数据库记录。每个记录包括对应航班 已经预订的座位数和一些其他信息 设X和Y分别是航班A1和A2对应的数据库记录。 事务T1取消航班A1上已经预订的N个座位，并为航班A2 增加N个预订座位. T1 T2 事务T2为航班A1增加M个座位。 READ(X) READ(X)
定义1 N个事务的一个调度S是N个事务的所有操作的 一个序列，表示这些操作的执行顺序，并且满足对于 N个事务中的每个事务T，如果操作i在T中先于操作j执 行，则在S中操作i也必须先于操作j执行。 前面的调度1和调度2是两个最简单调度，即一个事务 的所有操作都执行完后才执行另一个事务的所有操作。 称这样的调度为串行调度，表示了事务的串行运行。 称其他类型的调度为并行调度。
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银行数据库系统的例子：
T7: LOCK-X(B); READ(B); B := B - 50; WRITE(B); UNLOCK(B); LOCK-X(A); READ(A); A := A + 50; WRITE(A); UNLOCK(A)。
基于锁的并发控制协议
设A和B是两个帐号。事务T7从帐号B向帐号A转50元钱，事 务T8显示帐号A和B的总金额。
允许多个用户同时使用的数据库系统称为多用户数据库 系统。
多数数据库系统都是多用户系统。
例如飞机订票数据库系统、银行数据库系统等
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并发控制概述
在一个多用户数据库系统中，数据库中存储的数据项 是用户程序存取的基本信息资源。 一个存取或改变数据库内容的程序的运行称为一个数 据库事务，简称事务。
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并发控制技术
1. 2. 3. 4. 并发控制概述 事务模型 事务调度与可串行性 基于锁的并发控制协议
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事务模型
一个存取或更改数据库的程序的运行过程称为数据库 事务，简称事务。 事务是数据库应用程序的基本逻辑单位。
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事务模型
任何事务都使用READ和WRITE操作存取数据库
1. 2. 3. 4. Ii=READ(Q)，Ij=READ(Q) Ii=READ(Q)，Ij=WRITE(Q) Ii=WRITE(Q)，Ij=READ(Q) Ii=WRITE(Q)，Ij=WRITE(Q)
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事务调度与可串行性
显然，只有当Ii和Ij都是READ操作时，它们的顺序才 无关紧要。 Ii和Ij冲突，如果它们是不同事务在同一数据项上的操 作，并且至少有一个操作是WRITE。
T8: LOCK-S(A); READ(A); UNLOCK(A); LOCK-S(B); READ(B); UNLOCK(B); DISPLAY(A+B)。
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T7: LOCK-X(B); READ(B); 银行数据库系统的例子： B := B - 50; 设A和B的值分别是100和200元。 WRITE(B); UNLOCK(B); 调度1： LOCK-X(A); 两个事务串行执行，即<T7, T8>或<T8, READ(A); T7>方式执行，T8总是显示300元的值。 A := A + 50; WRITE(A); UNLOCK(A)。 T8: LOCK-S(A); READ(A); UNLOCK(A); LOCK-S(B); READ(B); UNLOCK(B); DISPLAY(A+B)
调度的冲突等价性 调度的效果等价性 调度的状态等价性
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事务调度与可串行性
一个并行调度等价于一个串行调度
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事务调度与可串行性
调度的冲突等价性
设S是一个调度，S具有两个相继执行的操作Ii和Ij，Ii属 于事务Ti，Ij属于事务Tj。
如果Ii和Ij涉及不同的数据项，可以交换Ii和Ij的执行顺序， 而不影响调度中任何操作的结果。 如果Ii和Ij涉及同一个数据项Q，则需要慎重考虑Ii和Ij的执 行顺序。
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事务调度与可串行性
一个非冲突可串行调度的例子：
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事务调度与可串行性
冲突可串行性的测试方法
S是一个调度，从S构造一个有向图G=(V, E)，称为S的 前趋图，其中V是顶点的集合，由S中的事务组成，E是 边的集合。(Ti, Tj) E当且仅当下面三个条件之一成立:
1. 2. 3. Ti在Tj执行read(Q)之前执行write(Q) Ti在Tj执行write(Q)之前执行read(Q) Ti在Tj执行write(Q)之前执行write(Q)
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并发控制技术
1. 2. 3. 4. 并发控制概述 事务模型 事务调度与可串行性 基于锁的并发控制协议
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事务调度与可串行性
设T0和T1是两个事务。
事务T0从帐号A转50元钱到帐号B。 事务T1把帐号A的存款的10%转到帐号B。
• T0:
READ(A); A := A - 50; WRITE(A); READ(B); B := B + 50; WRITE(B)
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事务调度与可串行性
设帐号A和帐号B目前的存款分别是1000元和2000元。 调度2：
这种调度方法的运 行结果与第一种调 度方法的运行结果 不相同，这时A的 最终值是850元而B 的最终值是2150元， 但A+B在两个事务 执行结束时仍然是 1000+2000。