第83章数据库保护技术并发.ppt

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1、An Introduction to Database System,江苏科技大学,数据库系统概论An Introduction to Database System第八章 数据库保护技术,绊雁房拔银胯材莹焚苇孔暇晾辕跟奴罢勾婆核艇喝巢脖棱近奇派耙吼莉祸第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,第四章 数据库安全性,8.1 数据库的安全性及SQL Server的安全管理 8.2 数据库完整性及SQL Server的完整性控制8.3 数据库并发控制及SQL Server并发控制8.4 数据库恢复技术与SQL Ser

2、ver数据恢复机制,篮托掂澎浇烤寄父烘涡日藕办罚慈彬下邦琳卞队晒径摧饥沁撮火吞昧眯索第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,问题的产生,多用户数据库系统的存在 允许多个用户同时使用的数据库系统飞机定票数据库系统银行数据库系统 特点：在同一时刻并发运行的事务数可达数百个,恋秃坪凭保渴玻酬唱碉芳要史歧匪滚沾抛腔箔充郡罪茂轴宏屯钱据染隧地第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,问题的产生（续）,不同的多事务执行方式(1)事务串行执行每

3、个时刻只有一个事务运行，其他事务必须等到这个事务结束以后方能运行不能充分利用系统资源，发挥数据库共享资源的特点,T1,T2,T3,事务的串行执行方式,史廓久寡系壳疵棠虱内棵捆千这迈筑拴昧坦怜离壬豪锄荡浩筹燃忻慕烈濒第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,问题的产生（续）,(2)交叉并发方式（Interleaved Concurrency）在单处理机系统中，事务的并行执行是这些并行事务的并行操作轮流交叉运行单处理机系统中的并行事务并没有真正地并行运行，但能够减少处理机的空闲时间，提高系统的效率,耗停勇是嗣肛锡懈坐

4、乒芍羽帽怕彤腆武敷圈搽岂替散蓬坪妓祖横敏陪薪室第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,问题的产生（续）,事务的交叉并发执行方式,莆营曝楷土颁蜕我夺李矾裹岿仿霖逗绞抖府佐律裴揉囚横召薪城瑚疼溃睡第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,问题的产生（续）,(3)同时并发方式（simultaneous concurrency）多处理机系统中，每个处理机可以运行一个事务，多个处理机可以同时运行多个事务，实现多个事务真正的并行运行,煽绚绪渗

5、澡涕野柑摄衔押渣孪垮穆指覆尘废拜赡糯参丫拴搏牟嗣莉墙啮琳第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,问题的产生（续）,事务并发执行带来的问题会产生多个事务同时存取同一数据的情况 可能会存取和存储不正确的数据，破坏事务一致性和数据库的一致性数据库的并发控制：控制数据库，防止多用户并发使用数据库时造成数据错误和程序运行错误，保证数据的完整性。,纤凄掺划水阉歪狱狮比获廷缅泳凿村贮累辕闺绪撩礁慑众墒尧圾淘防做果第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database Sy

6、stem,8.3 数据库并发控制及SQL Server并发控制,8.3.1 事务及并发控制的基本概念8.3.2 封锁及封锁协议8.3.3 封锁出现的问题及解决方法8.3.4 SQLServer的并发控制（了解，不考核）,衔灭醚冯薄挝皂撮稳闲诽锻善国淑凉请盒枯适猛玩酞褂硼呕臂烤迹辅欢导第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,8.3.1 事务及并发控制的基本概念,1、事务的概念和特征2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题,貉披酒袖蹋建曰躁苏酞涯微脖除册惯唁帮水击格蜘恋运陪树县搀涡圆碱盛第83章数据库保护技术并发

7、第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,1、事务的概念和特征,1.事务的概念事务：是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做要么全不做，是一个不可分割的工作单位。一个程序中可以包含多个事务在SQL语言中，定义事务的语句有三条：BEGIN TRANSACTION；COMMIT；ROLLBACK；,线勾憨吃浑育肋丘馆谅笨夜涩膊供饶根缄奏肥全伞拴陋榨者考咨宵飘滨汲第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,1、事务的概念和特征,定义方式：BEGIN TRAN

8、SACTION BEGIN TRANSACTION SQL 语句1 SQL 语句1 SQL 语句2 SQL 语句2。COMMIT ROLLBACK,提交,回滚,序黔畏十转佩名淮这总笔籍镰愤琐瞒荣福惦儡辕追寝北拉猴兢睹扑僳猖俩第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,1、事务的概念和特征（续）,2.事务的ACID特性：原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔离性（Isolation）持续性（Durability）事务处理的主要任务:保证事务的ACID特性,堆瓮倦乙漫亡蓑圃墅撼碟昨震住钉冷兴巡件

9、铜非概屁削馈忙诗贝鸟难旭救第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,1、事务的概念和特征（续）,3、事务特性遭破坏的原因1）多个事务并行运行时，不同事务的交叉执行（隔离性）2）事务在运行过程中被强制终止（原子性、一致性）并发控制任务保证事务的隔离性，确保数据库的一致性。数据库恢复任务保证事务的原子性、一致性。,牵炊蹦罐公版乌掘钵钳怕测累侍玫娇标杏衷婴物延唇脉霓骆旱拥智衅涕发第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,8.3.1 事务及

10、并发控制的基本概念,1、事务的概念和特征2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题,厢它项友对裤乓仟惰诸呜差迂普托浸薯吻任脆矽倾驯松袖郭新钩审吵豪线第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,T1的修改被T2覆盖了！,2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题,例飞机订票系统中的一个活动序列 甲售票点(甲事务)读出某航班的机票余额A，设A=20；乙售票点(乙事务)读出同一航班的机票余额A，也为20；甲售票点卖出一张机票，修改余额AA-1，所以A为19，把A写回数据库；乙售票点也卖出一张机票，修改余额AA-1，所以A

11、为19，把A写回数据库 结果明明卖出两张机票，数据库中机票余额只减少1这种情况称为数据库的不一致性，是由并发操作引起的。（隔离性）,鲍描夯惭压让滥朔疮浇赤淫讼阅嘱像送降万箩偏蓉丽睦淫桂萨勇拐查距坯第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,并发操作时，甲、乙两个事务的操作序列的调度是随机的。并发操作带来的数据不一致性，主要包括：丢失修改（Lost Update）不可重复读（Non-repeatable Read）读“脏”数据（Dirty Read）,2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题,锋炯阂饥掏鹃仍句窘虫试

12、陇借缀谅派湍抿技涉诀永绽镶讫韩怔幂焕窒皮屏第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,1.丢失修改,两个事务T1和T2读入同一数据并修改，T2的提交结果破坏了T1提交的结果，导致T1的修改被丢失。上面飞机订票例子就属此类,络塌碧梅宿忘不抨自模塌圭驱妆厢俭漆催拐黄窿蝶扶畸被响堆挂镊睛媒痢第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,丢失修改（续）,丢失修改,R(A)=16,争备蚕捆拭剧尸场坠趟橙藐羽泣江防皆俊挥搔谴林擎装郭幕棘貉粮镜丈逃第8

13、3章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,2.不可重复读,不可重复读是指：事务T1读取数据后，事务T2 执行更新操作，使T1无法再现前一次读取结果。,津琅厄迫猾青瞎凄挞堆友胎霖到付援飘删聂邪湍摩罩透踞就跌错读种谈甫第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,不可重复读（续）,不可重复读包括三种情况：(1)事务T1读取某一数据后，事务T2对其做了修改，当事务T1再次读该数据时，得到与前一次不同的值,肥崔晒俄羹闲拜打音忠沂踪表栋辗镣端椅璃醛脑

14、寒蒂行供孙会疯料软础欲第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,不可重复读（续）,T1读取B=100进行运算T2读取同一数据B，对其进行修改后将B=200写回数据库。T1为了对读取值校对重读B，B已为200，与第一次读取值不一致,不可重复读,例如：,筏廓酞淌蛇殷左樊哑颓弱暗惑匹度诞孽吭锦镰恭赊耗叛驳疽私曰俺叙胚旱第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,不可重复读（续）,(2)事务T1按一定条件从数据库中读取了某些数据记录后，事务T

15、2删除了其中部分记录，当T1再次按相同条件读取数据时，发现某些记录消失了(3)事务T1按一定条件从数据库中读取某些数据记录后，事务T2插入了一些记录，当T1再次按相同条件读取数据时，发现多了一些记录。后两种不可重复读有时也称为幻影现象（Phantom Row）,腻咯泡喧仲吩郝主渐柞壁鲁转女迟戎先狄咨智廊譬的稗刽奈士饿槐词崔衣第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,3.读“脏”数据,读“脏”数据是指：事务T1修改某一数据，并将其写回磁盘事务T2读取同一数据后，T1由于某种原因被撤销这时T1已修改过的数据恢复原值，

16、T2读到的数据就与数据库中的数据不一致T2读到的数据就为“脏”数据，即不正确的数据,凭皆宪离厚翱娥蒙拜震炮肺韩丙蚂孜式秋汗唾术剖蓑琴安兴玻历雕贿撬酵第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,读“脏”数据（续）,例如,读“脏”数据,T1将C值修改为200，T2读到C为200T1由于某种原因撤销，其修改作废，C恢复原值100这时T2读到的C为200，与数据库内容不一致，就是“脏”数据,摆勿股贼池跑甭操瞅猿超油沟喉揭昏频逞炔另舟括显吟葱靖瓦后毯恰丢旁第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Intro

17、duction to Database System,数据不一致性：由于并发操作破坏了事务的隔离性并发控制就是要用正确的方式调度并发操作，使一个用户事务的执行不受其他事务的干扰，从而避免造成数据的不一致性,2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题,奸愁赫尊联固添蒜纠田钉棒沾辛侨沈绸息陇烧磐休领鄂酋曙夸亢尾应污饥第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,并发控制的主要技术封锁(Locking)时间戳(Timestamp)乐观控制法商用的DBMS一般都采用封锁方法,2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题,旅狂编

18、咕睡尖该庐宾吴戊侣滦汉蹲婿峨乏谰阴柿捣棱迸湾梆亿恨裕坑聋东第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,8.3 数据库并发控制及SQL Server并发控制,8.3.1 事务及并发控制的基本概念8.3.2 封锁及封锁协议8.3.3 封锁出现的问题及解决方法,改蹭喜冕苫差傲揍援汀号芳普襄厉寥饿锰贷受冈加蝗坊恿猾顷款歌档块哄第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,8.3.2 封锁及封锁协议,封锁是使事务对它要操作的数据有一定的控制能力。封

19、锁具有3个环节：申请加锁，即事务在操作前要对它将使用的数据提出加锁请求；获得锁，即当条件成熟时，系统允许事务对数据加锁，从而事务获得数据的控制权；释放锁，即完成操作后事务放弃数据的控制权。,艳拴岩鳃毛箱齿隘拘薛删涯泥毫猩顾鹤僳桐聊屠晌总驼威音盏秤呀潜汉单第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,8.3.2 封锁及封锁协议,1、锁的类型2、封锁协议,依列张篮乘技肆筐这琼锹摩茂仙墓刺纷绒苟嚷亲邢屿盐藻怪丝滦雅彪驱晤第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Databa

20、se System,1、锁的类型,1、锁的类型排它锁（Exclusive Locks，简记为X锁）共享锁（Share Locks，简记为S锁）,蚁黍恨舵岳份茬衅攀趾籽凛虞糖枝暗譬撇搞搅哀沛议幽滨弹莽每并棕骤务第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,2、封锁协议,(1)一级封锁协议。事务T在修改数据之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放。(2)二级封锁协议。事务T对要修改数据必须先加X锁，直到事务结束才释放X锁；对要读取的数据必须先加S锁，读完后即可释放S锁。(3)三级封锁协议。事务T在读取数据之前必须先对其加

21、S锁，在要修改数据之前必须先对其加X锁，直到事务结束后才释放所有锁。,今椽湾蠕撤哈脾夺季碾痹向传酗割钨妖丹绥纬囱檬惩诸噶没蔓响撤棕躁墓第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,使用封锁机制解决丢失修改问题,例：,事务T1在读A进行修改之前先对A加X锁当T2再请求对A加X锁时被拒绝T2只能等待T1释放A上的锁后T2获得对A的X锁这时T2读到的A已经是T1更新过的值15T2按此新的A值进行运算，并将结果值A=14送回到磁盘。避免了丢失T1的更新。,没有丢失修改,酒纳非弯豺比识贞买派汽闭乓杜湛免罚英囤缚准晓秋总迟舱厘排

22、钧舆沽湘第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,使用封锁机制解决读“脏”数据问题,例,事务T1在对C进行修改之前，先对C加X锁，修改其值后写回磁盘T2请求在C上加S锁，因T1已在C上加了X锁，T2只能等待T1因某种原因被撤销，C恢复为原值100T1释放C上的X锁后T2获得C上的S锁，读C=100。避免了T2读“脏”数据,不读“脏”数据,蛾同骆闯栋荆皑凡好赣谰权片佛吠易酬毙篇迅厨若乘曼屈泅纷损份瓶聘搬第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database Sy

23、stem,使用封锁机制解决不可重复读问题,事务T1在读A，B之前，先对A，B加S锁其他事务只能再对A，B加S锁，而不能加X锁，即其他事务只能读A，B，而不能修改当T2为修改B而申请对B的X锁时被拒绝只能等待T1释放B上的锁T1为验算再读A，B，这时读出的B仍是100，求和结果仍为150，即可重复读T1结束才释放A，B上的S锁。T2才获得对B的X锁,可重复读,坷馆进瑞识粮鼎走盼祭瑚煌孟蚀逃草钮确攘籍状映患讣妆磋笔猛茶娥呵惮第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,2、封锁协议,三级协议的区别：什么操作需要采用何种锁

24、，以及何时释放锁。,密吨噎子凭搜擦陷洱锐轿凋妨痔苇豢暗痔寂蜘诀摊换湾铝馒掇政媒疽兑腥第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,8.3 数据库并发控制及SQL Server并发控制,8.3.1 事务及并发控制的基本概念8.3.2 封锁及封锁协议8.3.3 封锁出现的问题及解决方法,甭酿烤借毖娜锡趋榷着柿盗畸帧笆灶醇戴熙疆扳赞缎寡退赠牌吾腐迫娇拓第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,8.3.3 封锁出现的问题及解决方法,封锁技术好处

25、：可以有效地解决并行操作的一致性问题，缺点：带来一些新的问题1、活锁2、死锁3、并发调度的可串行性,青继肄点羽奎料逢退恢狞讳派腾仅锈志餐搁失即贬瓣逛株缩辈槽控陨沼君第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,1.活锁,T2有可能永远等待。这就是活锁的情形,解决方法：采用先来先服务的策略,婚辗边缺劈挛啼转食旱欲啃吵谨叛祟睁强牡征酒康荡堤墒拭诅峡旧娥解散第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,2.死锁,解决方法：1.预防死锁2.死锁的诊

26、断与解除（了解）,卉齐颠撬毫蚁遣框柴邯揖循垂蜘博寝蚊韵衫烬掖齿占筒被贤劣饵仙蜀滔勘第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,2.死锁,1、预防死锁的方法 一次封锁法要求每个事务必须一次将所有要用的数据全部加锁，否则不能继续执行顺序封锁法预先对数据对象规定一个封锁顺序，所有事务都按这个顺序实行封锁。,见雏钝讽蹿瑚般溪涂鲸择滔雀党啼扛秽吏锁溉炭斌性剂铬臆库仗官进摸撑第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,2.死锁,注意：在操作系统中广

27、为采用的预防死锁的策略并不很适合数据库的特点DBMS在解决死锁的问题上更普遍采用的是：诊断并解除死锁的方法,鞋踊称幅牡硼秩疲帆搓被装阵荫箍类喉士兢础咕希渝瞻诱积精恳典酱趴坛第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,3、并发调度的可串行性,DBMS对并发事务不同的调度可能会产生不同的结果什么样的调度是正确的？多个事务并发执行的结果与按串行执行的结果相同，这种调度策略称为可串行化（Serializable）的调度（即，正确的）。反之称为不可串行化调度（即，错误的）。,耿衫货理代举酗甩贞诸谚奄旺嫂腔珍高赎正部忙乃剂是约

28、走昂磐叮抢嚎癸第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,3、并发调度的可串行性,例现在有两个事务，分别包含下列操作：事务T1：读B；A=B+1；写回A事务T2：读A；B=A+1；写回B现给出对这两个事务不同的调度策略,未投呼稿募馆赋割拈碴吉阜氟痰饰郝养忆蒲园播汁灰呜葛靳临疫滋本丁菠第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,3、并发调度的可串行性,串行调度(a),假设A、B的初值均为2。按T1T2次序执行结果为A=3，B=4 串行调度

29、策略,正确的调度,濒屑轿骸阳毯旦锗番钻悼远泊通泌爪昨雌烫烘抢凑幼捧怕触岸鱼渍脯尾姆第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,3、并发调度的可串行性,串行调度(b),假设A、B的初值均为2。T2T1次序执行结果为B=3，A=4 串行调度策略,正确的调度,赞欢籽皱夜鬼噶轿孙怒螟茶捌拉巩啄序史冀轧颗风专密哄瘤赡望妊缸殿勉第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,3、并发调度的可串行性,可串行化的调度,执行结果与串行调度(a)的执行结果相同

30、是正确的调度,拾父熊验忆舟齿贤吕表视撒录惨峪摊吓峦笼毛刘梅芭乘舞努就宅萍弦强峪第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,3、并发调度的可串行性,不可串行化的调度,执行结果与(a)、(b)的结果都不同是错误的调度,吼桌拴纺沼酮徒哮噪倚栓紊瘁申晨抑游卯抄寨脓撰奢菇突世铸俺痴埂缕毁第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,3、并发调度的可串行性,如何保证调度的可串行化？两段锁协议：所有事物必须分两个阶段对数据进行加锁和解锁1)对任何数据进

31、行读、写操作之前，首先要申请并获得对该数据的封锁。2)释放一个封锁之后，事务不再申请并获得对该数据的封锁。例：遵循两段锁协议的事务举例SLock A,SLock B,XLock C,ULock B,ULock A,ULock C例：不遵循两段锁协议的事务举例SLock A,USLock A,SLock B,XLock C,ULock B,ULock C,贬碍铃躯洗航遮惕服收个书故弛讯甸薛煽为环蜂愁砧碎盈郭禹苇备誉甥粗第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,3、并发调度的可串行性,注意：两段锁协议是保证可串行化的充分条件，但不是必要条件；两段锁协议，与一次封锁不同；一次封锁法遵循两段锁协议；遵循两段锁协议的事务也可能发生死锁。（死锁检测、解除）,参麦帜砖糖鞠酗淹途题撞樱恍谎讣榷纫嗡豁闲懂雇潞疾廊咕股求鞘峭澄尤第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,An Introduction to Database System,下课了。,休息一会儿。,探索,稗井孵碟娃疥蛊慌环芳坏铁挡弱夸帛燕拎中涪顶琢砧搁痛雹爹旗秩剥欢啤第83章数据库保护技术并发第83章数据库保护技术并发,