数据库原理及应用第7章课后习题答案

习题7

1、试述事务的概念及事务的四个特性。

事务(Transaction)是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作是一个完整的工作单元，一个事务内的所有语句被作为一个整体，这些操作要么全做，要么全不做。事务是数据库环境的中的逻辑单元，相当于操作系统中的进程。

为了保证数据库中数据的正确性，一个事务具有四个特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持续性（Durability ）。这四个特性简称ACID特性。

2、试述事务的状态及转换。

3、在数据库中为什么要并发控制？并发控制能保证事务的哪些特性？

数据库的一个明显的特点是多个用户共享数据库资源，尤其是多用户可以同时存取相同的数据。在这样的系统中，在同一时刻并发运行的事务数可达数百个。若对事务的并发操作不加以控制，就会造成数据存、取的错误，破坏了数据的一致性和完整性。

并发控制可以防止数据不一致性出现。

4、并发操作可能会产生哪几类数据不一致？用什么方法可以避免不一致性的情况？

并发操作带来的数据不一致性分为四种情况：丢失数修改、读“脏”数据、不可重复读和产生“幽灵”数据。

在数据库环境下，进行并发控制的主要技术有封锁(Locking)、时间戳(Timestamp)和乐观控制法。商用的DBMS一般都采用封锁方法。

5、什么是封锁？基本的封锁类型有哪些？试述它们的含义。

封锁机制，即加锁（Locking），是一种并发控制机制，是用来调整对共享目标的并行存取的技术。事务通过向封锁管理程序的系统组成部分发出请求而对事务加锁。

基本封锁类型有两种：共享锁（Share Locks，简记为S锁或读锁）和排它锁（Exclusive Locks，简记为X锁或写锁）。

6、如何用封锁机制保证数据的一致性？

在运用X锁和S锁对数据对象加锁时，还需要约定一些规则，这些规则为封锁协议或加锁协议（Locking Protocol）。对封锁方式加不同的规则，就形成了各种不同级别的封锁协议。不同级别的封锁协议所能达到的一致性级别是不同的。

7、什么样的并发调度是正确的调度？

可串行性(Serializability)是并发事务正确调度的准则。按照这个准则规定，一个给定的并发调度，当且仅当它是可串行化的，才认为是正确调度。

8、理解并解释下列术语的含义：

封锁、活锁、死锁、排他锁、共享锁、可串行化的调度、两段锁协议。

1）加锁就是事务T在对某个数据对象（例如表、记录等）操作之前，先向系统发出请求，封锁其要使用的数据。加锁后事务T就对该数据对象有了一定的控制，在事务T释放它的锁之前，其它的事务不能更新此数据对象。

2）活锁：如果事务T1封锁了数据R，事务T2又请求封锁R，于是T2等待。T3也请求封锁R，当T1释放了R上的封锁之后系统首先批准了T3的请求，T2仍然等待。然后T4又请求封锁R，当T3释放了R上的封锁之后系统又批准了T4的请求……，T2有可能永远等待，这就是活锁。

3）死锁：如果事务T1封锁了数据R1，T2封锁了数据R2，然后T1又请求封锁R2，因T2已封锁了R2，于是T1等待T2释放R2上的锁，接着T2又申请封锁R1，因T1已封锁了R1，T2也只能等待T1释放R1上的锁。这样T1在等待T2，而T2又在等待T1，T1和T2两个事务永远不能结束，形成死锁。

4）共享锁：

若事务T对数据对象A加上S锁，则事务T可以读A，但不能修改A。其它事务只能再对A加S锁，而不能加X锁，直到T释放A上的S锁。这就保证其他事务可以读A，但在T 释放A上的S锁之前不能对A做任何修改。

5）排他锁：

若事务T对数据对象A加上X锁，则只允许T读取和修改A，但不允许其它事务再对A加任何类型的锁和进行任何操作，直到T释放A上的锁。这就保证其他事务在T释放A 上的锁之前不能再读取和修改A 。

6）多个事务的并发执行是正确的，当且仅当其结果与按某一次序串行地执行这些事务时的结果相同，称这种调度策略为可串行化(Serializable)调度。

7）所谓两段锁协议是指所有事务必须分两个阶段对数据项加锁和解锁。具体内容如下：

①在对任何数据进行读、写操作之前，事务首先要获得对该数据的封锁；

②在释放一个封锁之后，事务不再申请和获得任何其他封锁。

9、数据库中为什么要有恢复子系统？它的功能是什么？

系统故障会丢失这些事务对数据的修改，使数据库处于不一致状态。

恢复子系统在系统重启时，撤销所有未完成的事务，并重做已经提交的事务，以保证将数据库真正恢复到一致状态。

10、数据库运行过程中可能产生的故障有几类？哪些故障影响事务的正常执行？哪些

故障破坏数据库数据？

1）事务内部的故障

事务内部的故障有的是可以通过事务程序本身发现的，有的是非预期的，不能由事务程序处理的。

事务故障意味着事务没有达到预期的终点，因此，数据库可能处于不正确的状态。恢复程序要在不影响其他事务运行的情况下，强行回滚该事务，即撤销该事务已经作出的任何对数据库的修改，使得该事务好像根本没有启动一样。这类恢复操作称为事务撤销（UNDO）。

2）系统故障

系统故障又称为软故障，是指造成系统停止运转，要使得系统重新启动的故障。例如，硬件错误（如CPU故障）、操作系统故障、DBMS代码错误、系统断电等都是系统故障。这样的故障会影响正在运行的所有事务，但不破坏数据库。

3）其他故障

介质故障或由计算机病毒引起的故障或破坏可归为其他故障。

介质故障常称为硬故障，指外存故障，如磁盘损坏、磁头碰撞等。这类故障会对数据库造成破坏，并影响正在操作数据库的所有事务。这类故障发生的可能性小得多，但破坏性最大。

各种故障对数据库的影响有两种可能性：一是数据库本身被破坏；二是数据库没有被破坏，但数据可能不正确，这是由于事务的运行被非正常终止造成的。

11、数据库恢复技术有哪些？

1）利用备份技术

2）利用事务日志

3）利用镜像技术

12、什么是数据库的备份？

数据备份是指定期或不定期地对数据库数据进行复制，可以将数据复制到本地机器上，也可以复制到其他机器上，也称为数据转储。

13、什么是日志文件？为什么要设日志文件？

日志文件(log)是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。

具体的作用是：

a)事务故障恢复和系统故障恢复必须用日志文件。

b)在动态备份方式中必须建立日志文件，后备副本和日志文件结合起来才能有效地恢复数据库。

14、登记日志文件时为什么必须先写日志文件，后写数据库？

如果先写了数据库修改，而在日志文件中没有登记下这个修改，则以后就无法恢复这个修改了。如果先写日志，但没有修改数据库，按日志文件恢复时只不过是多执行一次不必要的UNDO操作，并不会影响数据库的正确性。所以为了安全，一定要先写日志文件，即首先把日志记录写到日志文件中，然后写数据库的修改，这就是“先写日志文件”的原则。

15、什么是数据库镜像？它有什么用途？

所谓镜像就是在不同的设备上同时存有两份数据库，把一个设备称为主设备，另一个称为镜像设备。主设备和镜像设备互为镜像关系，每当主数据库更新时，DBMS自动把整个数据库或其中的关键数据复制到另一个镜像设备上。保证镜像数据与主数据库的一致。

这样，一旦出现介质故障，可由镜像磁盘继续提供使用，同时DBMS自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢复，不需要关闭系统和重装数据库副本。

由于数据库镜像是通过复制数据实现的，频繁地复制数据自然会降低系统运行效率，因此在实际应用中用户往往只选择对关键数据和日志文件镜像，而不是对整个数据库进行镜像。