Похожие презентации:
Транзакции и параллелизм. SQL и многопользовательский режим работы (часть 1)
1. Транзакции и параллелизм
• Фиксация вносимых изменений• SQL и многопользовательский
режим работы
2.
• Транзакция (transection) – это группаоператоров SQL, выполняемых, как единое
целое.
• Параллелизм (concurrency) относится к
механизмам, с помощью которых СУБД
предотвращает взаимное влияние
операций, одновременно выполняемых
над одними и теми же данными равными
пользователями.
3. Фиксация вносимых изменений
• Среду базы данных легко представить в видемножества пользователей, постоянно
вводящих и изменяющих информацию. При
этом система будет функционировать без сбоя.
• В реалии постоянно возникают ошибки,
причиной которых являет как человек, так и
компьютер.
• В случае ошибки необходимо дать
возможность отменить выполнение операции.
4. Фиксация вносимых изменений
• Оператор SQL, влияющий на обновления(например на оператор обновления или на
DROP TABLE), необязательно является
необратимым.
• После выполнения оператора (или группы
операторов) принимается решение станут
ли произведенные изменения
постоянными или будут прогнозируемыми;
• С этой целью операторы объединяются в
группы, называемые транзакциями.
5.
• Транзакция – это последовательностьоператоров SQL, которая принимается или
отменяется, как единое целое.
• Инициируя сеанс работы в SQL, начинается
транзакция;
• Все вводимые операторы будут входить в одну
и ту же транзакцию, если не вводится
оператор Commit Work или Rollback Work.
• Commit – делает все изменения, выполненные
в ходе транзакции постоянными.
• Rollback –отменяет их.
• После каждого оператора Commit и Rollback
начинается транзакция.
6.
• Чтобы сделать постоянными все измененияс момента входа или последнего
изменения Commit и Rollback, используется
следующий синтаксис:
COMMIT WORK;
• Синтаксис для отмены изменений выглядит
так:
ROLLBACK WORK;
7.
• Во многих реализациях предусмотренспециальный параметр AUTOCOMMIT или
SET AUTOCOMMIT ON
• Что бы вернутся к обычной обработки
транзакций нужно ввести:
SET AUTOCOMMIT OFF
Система может автоматически включать
AUTOCOMMIT при входе.
8.
• При аварийном завершении сеансапользователя – например, когда система
дает сбой или пользователь перезагружает
компьютер – астматически выполняется
откат текущей транзакции.
• Это одна из причин по которым стоит
делить операторы, вводимые в ручную, на
множество отдельных транзакций.
• Транзакция не должна содержать много
несвязанных операторов, она часто состоит
из единственного оператора.
9.
• Транзакции, которые включают целуюгруппу несвязанных операторов позволяют
только сохранить или отменить всю группу.
• Как группу, тогда как отмена обычно нужна
только для одного конкретного изменения.
• Транзакция должна состоять из одного или
нескольких связанных операторов.
10.
• Предположим, что нам нужно удалить избазы данных продавца по имени Иванов.
Прежде чем удалить ее саму оператором
DELETE из таблицы ПРОДАВЦЫ,
необходимо что-то сделать с его заказами и
покупателями.
• Логично установить ID Продавца для этих
заказов в NULL, чтобы никто из продавцов
не получал по ним комиссионные, а
покупателей передать продавцу Петрову.
• После этого вы можете удалить его из
таблицы Продавцы.
11.
UPDATE OrdersSET snum = NULL
WHERE snum = 1004;
UPDATE Customers
SET snum
WHERE snum = 1004;
DELETE FROM Salespeople
WHERE snum = 1004;
12.
• Следовательно, приведенную группуоператоров можно рассматривать как одну
транзакцию.
• Можно предварить эту группу операторов
COMMIT или завершить оператором
COMMIT или ROLLBACK
13. SQL и многопользовательский режим работы
• Обычно SQL используется вмногопользовательской среде, где в одно и
то же время операции над БД могут
выполнять несколько пользователей.
• Это создает предпосылки для конфликтов
между разными операциями.
14.
Предположим, что вы применяете к таблицепродавцы следующий оператор:
UPDATE Salespeople
SET comm = comm * 2
WHERE sname LIKE ‘R%’:
Во время время его выполнения вводится
следующий запрос:
SELECT city, AVG (comm)
FROM Salespeople
GROUP BY city;
15.
• Будут ли отражать средние значения,полученные последним пользователем, те
изменения, которые вносились в таблицу
ранее?
• Это может не иметь большого значения, здесь
важно чтобы результаты запроса отражали
либо все изменения, либо никаких.
• Любой промежуточный результат будет
случайным образом завесить от того порядка,
в котором производятся физические
изменения данных.
• Результаты запросов не должны завесить от
физических деталей и не могут быть
случайными и непредсказуемыми.
16.
• Допустим, что вы нашли ошибку ивыполняете откат изменений после того как
последний пользователь получил свои
результаты.
• Теперь его средние значения основаны, на
изменениях, которые утратили силу, но он
не может об это узнать.
17. Типовые проблемы параллелизма
Одновременная обработка транзакцийназывается параллелизмом (concurrency) и
здесь могут возникать следующий проблемы.
• Обновления могут выполнятся независимо
друг от друга.
• Например, продавец выполняет запрос к
инвентарной таблице, находит на складе 10
единиц товара и заказывает для покупателя 6
из них.
• До того, как это изменение будет сделано,
другой продавец просматривает таблицу и
заказывает 7 того же товара для своего
покупателя.
18.
• Изменения в БД могут отменяться уже послеих использования, как в приведенном выше
примере, когда вы отменили ошибочный ввод
после получения пользователем его
результатов.
• Частичный результат одной операции может
влиять на результат другой операции, в том же
примере пользователь получил средние
значения пока вы производили обновления.
• Это не всегда представляет проблему, но во
многих случаях функции, на подобие
агрегатных, должны отражать состояние базы
данных в момент относительной
стабильности.
19.
Например:• Аудитор должен иметь возможность
вернуться назад и опередить, что средние
значения существовали в некоторый
момент и могла оставаться неизменными,
если бы после этого не вносилось никаких
изменений.
• Это невозможно если во время вычисления
функции выполнялось обновление.
• Когда два пользователя пытаются
выполнить мешающие друг другу действия,
возможно тупиковая ситуация.
20.
Пример:Два пользователя одновременно пытаются
изменить значения внешнего ключа и
значение его родительского ключа.
21. Стандартные термины для проблем параллелизма
1. Потерянное обновление (LOST UPDATE)2. Преждевременное чтение (DIRTY READ)
3. Неповторяющееся чтение (NONREPETEABLE READ)
4. Фантомная вставка (PHANTOM INSERT)
Они объясняются в следующих таблицах
22. Потерянное обновление
Транзакция №1Состояние базы данных
Транзакция №2
SELECT comm
comm = . 12
SELECT comm
FROM Salespeople
WHERE snum = 1001;
UPDATE Salespeople
comm = .10
SET comm = . 10
WHERE snum = 1001
COMMIT WORK;
comm = .14
UPDATE Salespeople
SET comm = .14
WHERE snum = 1001;
COMMIT WORK;
23.
• По завершению этой последовательности операторовзначение comm = . 14
• Обновление до . 10 не имело результата.
• Это не обязательно является ли это проблемой,
например установка для comm значения . 14 на
следующей неделе дала бы тот же самых эффект
перекрытия.
• Однако при изменении данных часто учитывается их
предыдущее значение.
• Пользователь, выполнявший Транзакцию №2 был
введет в заблуждение: он думал, что текущие comm = .
12, тогда как они были = . 10
• Если бы он намеревался увеличить комиссионные на .
02, то результат был бы ошибочным.
• Если выполнить увеличение непосредственно,
использую в операторе UPDATE предложение SET comm
= comm + 0.02, то ошибки можно избежать, но это не
всегда легко сделать при сложных вычислениях.
24. Преждевременное чтение
Транзакция №1Состояние базы данных
SELECT comm
comm = . 12
Транзакция №2
FROM Salespeople
WHERE snum = 1001;
UPDATE Salespeople
comm = .10
SET comm = . 10
WHERE snum = 1001
SELECT comm
FROM Salespeople
WHERE snum = 1001;
ROLLBACK WORK
comm = .12
25.
• Запрос к транзакции №2 выводит значение,которое уже исчезло из БД.
• Отмена транзакции №1 эквивалентна тому,
что значение comm никогда не = . 10, но
именно это значение было показано в
транзакции №2.
26. Неповторяющиеся чтение
Транзакция №1Состояние базы данных
Транзакция №2
comm = . 12
SELECT comm
FROM Salespeople
WHERE snum = 1001;
UPDATE Salespeople
comm = .10
SET comm = . 10
WHERE snum = 1001
comm = .10
SELECT comm
FROM Salespeople
WHERE snum = 1001;
27.
• В транзакции №2 были получены дваразных ответа на один вопрос, данные
действительно изменились, но иногда
необходимо гарантировать, что данные
останутся постоянными до завершения
транзакции
• Это особенно важно для приложений,
которые выполняют чтение данных из
обротку и сохранение новых значений тем
или иным образом связанных со старыми.
• В токам случае подобная ситуация
представляет проблему.
28. Фантомная вставка
Транзакция №1Состояние базы данных
Транзакция №2
SELECT AVG (comm)
FROM Salespeople;
INSERT INTO Salespeople
Добавленная строка для
продавца Иванова
VALUES (1020 ‘Иванов’
‘Москва’, . 15);
SELECT AVG (comm)
FROM Salespeople;
29.
• Поскольку в середине транзакции №2 выполняетсяоператор ISERT из транзакции №1 результаты
одинаковых запросов будут отличатся.
• Здесь показан особый случай неповторяющегося
чтения.
• Если вклинивающемся операторам, является INSERT,
a не UPDATE или DELETE, то новая строка не может
быть одной из тех, что выведены предыдущим
запросом.
• Эта новая фантомная строка не существовавшая
раньше.
• На практике различие между фантомными
вставками и другими случаями неповторяющегося
чтения заключается в том, что фантомные вставки
дают более ограниченный эффект.
30. Решение проблем параллелизма
• SQL обеспечивает управление параллелизмомCUNCURRENCY CONTROL
• В первоначальном стандарте SQL говорилось,
что одновременное выполнение операторов
должно быть организованно так, что бы это
было эквивалентно ситуации, когда не один из
операторов не вводится о полного завершения
предыдущего (включая COMMIT и ROLLBACK)
• Это правило является идеалом с точки зрения
целостности данных, но на практике, часто
требуется обеспечить более оперативный
доступ к информации.
31.
• В любой момент времени лишь однатранзакция будет иметь возможность
изменять данные (хотя их чтение возможно
для нескольких транзакций)
• Механизмы, которые SQL использует для
управления параллельными операциями,
называются блокировками (LOCKS)
• Блокировки приостанавливают определенные
операции над БД на то время, пока активны
другие операции или транзакции.
32.
Все блокировки делятся на две общие категории:• Пессимистические блокировки (pessimistic locks)
Прекращают доступ к данным для одновременных
транзакций
• Оптимистические блокировки (optimistic locks)
Отслеживают возникновение конфликтов и при
необходимости выполняют откат транзакции
Оптимистическое блокирование более подходит, если
ожидаемая частота конфликта не велика. При таком
блокировании операции могут выполняться с
меньшими задержками, поскольку доступ к данным
не ограничен.
Но при возникновении их конфликта все результаты
работы пропадают, поэтому при высокой частоте
конфликтов будет трудно доводить транзакции до
конца.
33. Использование пессимистического блокирования
• При пессимистическом блокированиинекоторые типы одновременного доступа к
данным запрещены.
• Первая операция, которая может привести к
конфликту, блокирует некоторые или все
данные, которые использует, последующие
конфликтные операции либо отменяются,
либо ставятся в очередь до того момента,
когда станет возможно их повторное
выполнение.
• Используется конфигурационный параметр NO
WAIT
34. Уровни изоляции
• Для поддержки блокировок определеныуровни изоляции (ISOLATION LEVELS),
определяющие какие типы конфликтов
допустимы.
• В таблице перечислены различные уровни
изоляции и операции разрешенные на
каждом уровне.
35.
Уровеньизоляции
Потерянное
обновление
Преждевреме Неповторяющ
нное чтение
ееся чтение
Фантомная
вставка
READ
UNCOMMITED
нет
да
да
да
READ
COMMITED
нет
нет
да
да
REPEATABLE
READ
нет
нет
нет
да
SERIALIZABLE
нет
нет
нет
нет
36.
• Уровень SERIALIZABLE (последовательноевыполнение), устанавливается по умолчанию и
обеспечивает максимальную степень
контроля.
• В последовательном режиме каждая
транзакция выполняется изолированно, не
влияя на выполнение других параллельных
транзакций.
• Эта ситуация идеальна с точки зрения
целостности данных, но не является лучшей с
точки зрения производительности.
37.
• Уровень REPEATABLE READ (повторяющеесячтение) допускает из всех возможных видов
неповторяющегося чтения только фантомные
вставки.
• Этот уровень изоляции полезен на транзакции,
на которые не влияет возможная вставка
данных.
• Если добавление в таблицу новой строки не
меняет результатов запросов данной
транзакции.
• REPEATABLE READ окажется предпочтительнее
SERIALIZABLE, поскольку допускает оператор
INSERT.
38.
• Уровень READ COMMITED (чтение сфиксацией) допускает неоднократное
выполнение одного и того же запроса с
разными результатами, но только при
условии, что результаты параллельных
транзакций были зафиксированы.
39.
• Уровень READ UNCOMMITED (чтение безфиксаций) допускает не однократное
выполнение одного и того же запроса с
разными результатами независимо от того,
были ли результаты параллельных
транзакций зафиксированы.
40. Разделяемы и исключительные блокировки
• Для обеспечения всех уровней изоляциииспользуются блокировки двух логических
типов: разделяемые и исключительные
• Разделяемы блокировки (SHARED LOCKS) или
S-блокировки (S-LOCKS) могут одновременно
устанавливаться многими пользователями. Это
позволяет любому количеству пользователей
иметь доступ к данным, но не изменять их.
• Например, вы можете использовать
разделяемые блокировки для повторного
чтения.
41.
• Исключительные блокировки (EXCLUSIVELOCKS) или Х-блокировки (X-LOCKS),
позволяют иметь доступ к данным только
владельцу блокировки.
• Исключительные блокировки используются
для операторов изменяющих содержимое
или структуру таблицы и позволяют
исключить потерянные изменения.
• Можно одновременно устанавливать
данные блокировки обоих типов.
42. Транзакции READ ONLY и READ WRIGHT
• На всех уровнях изоляции потерянныеизменения не допускаются, это означает, что
при наличие внутри транзакции запроса
параллельным транзакциям запрещается
обновлять или удалять любые данные,
выбранные этим запросом до полного
завершения транзакции (фиксации или
отката).
• Как правило именно это и нужно при
возможном изменении данных, но если
известно, что изменение производится не
будут, можно объявить транзакцию как READ
ONLY.
43.
• Ее противоположностью является транзакцияREAD WRIGHT, которая может выполнять, как
запросы, так и изменения данных.
• Транзакция READ ONLY не устанавливает
никаких блокировок на данные, но и не может
их обновлять.
• По умолчанию транзакции READ UNCOMMITED
имеет тип READ ONLY, а остальные тип READ
WRIGHT
• Таким образом, общей установкой по
умолчанию для транзакций является READ
WRIGHT SERIALIZABLE.
44. Установка параметров транзакции
• В SQL 92 был введет оператор SETTRANSACTION. Поддержка этого оператора
не требуется на начальном уровне
соответствия SQL 92.
• Пример:
SET TRANSACTION
ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
READ WRIGHT
45.
• ЭТОТ оператор перекрывает параметры поумолчанию для последовательной транзакции, но
оставляет открытым вопрос об их определении,
основной установкой по умолчанию является
SERIALIZABLE READ WRIGHT.
• В некоторых системах администратор может их
изменять. Определённые таким образом
параметры могут применятся к отдельной схеме
или даже к целой области физического накопителя.
• Стандарт SQL 92 не поддерживает оптимистичное
блокирование. Если оно реализовано в СУБД
придется использовать нестандартный синтаксис
хотя такой синтаксис может быть включен в
оператор SET TRASACTION.
46. Грануляция блокировок
Какие данные могут быть заблокированы?• Вся строка, вся таблица, отдельное
значение столбца.
• Это определяется грануляцией (granularity)
блокировки, называемой также уровнем
блокирования (locking level).
47.
• Грануляция блокировки, частоопределяется либо в логических, либо в
физических терминах (либо в терминах
логических объектов базы данных,
например таблицы и строки, либо в
терминах объектов, связанных с
физической организацией данных на диске
или на другом носителе).
• Во втором случае, уровень блокирования
может зависеть не только от самой СУБД,
но и от операционной системы, а также от
архитектуры компьютера.
48.
• Если встречается схема блокирования стакими объектами, как dbspace, tablespace
или page, то речь идет о параметрах
устройства хранения данных.
49. Наиболее распространённые возможности
• Блокирование на уровне таблицы (table levellocking) означает, что блокируется вся таблица.
Такие блокировки быстро устанавливаются и
снимаются, но в максимальной ограничивают
доступ данных.
• Блокирование на уровне пространства
таблицы или базы данных (tablespace или
dbspace level locking) означает, блокирование
физической области накопителя, в которой
может размещаться как часть таблицы, так и
несколько таблиц (минимизировать конфликт
блокировок)
50.
• Блокирование на уровне страницы (pagelevel locking) также связанно с параметрами
накопителя. Страница - это единица
хранения данных, имеющая определенный
настраиваемый размер. Между
страницами и логическими блоками
данных необязательно должно быть
взаимно-однозначное соответствие.
Блокировка страниц очень эффективна с
точки зрения производительности и может
быть рекомендована если администратор
настраивал страницы е ее учетом.
51.
• Блокирование на уровне элемента (itemlevel locking) означает, что блокировка
применяется только к одному значению,
столбцу или строке. Этот вариант идеален с
точки зрения параллельности, однако
работает довольно медленно, поэтому не
широко реализован. В SQL 99 определены
большие сложные элементы данных (так
называемые LOB), и для них блокирование
на уровне элемента может иметь смысл.
52. Использование оптимистического блокирования
• Термин оптимистического блокированияактивно используется в индустрии баз данных,
но точнее было бы говорить об
оптимистическим управлении
параллелизмом.
• Оптимистическое блокирование не
препятствует выполнению каких-либо
операций, отменяя лишь те из них, которые
привели к конфликтам.
• Поскольку эта возможность SQL не является
стандартной, ее поддержка в конкретной
СУБД может иметь свою специфику.
53.
• Можно применять уровни изоляции,определенные ранее, а также определять,
какие конфликты требуют отката.
Оптимистическое блокирование использует
механизм называемый отметкой времени
(timestamp).
• Когда транзакция затрагивает элемент
данных СУБД делает запись об этом
событии и отмечает точное время когда оно
произошло.
54.
• Кроме того, отмечается любое чтениеданных, а также окончание каждой
транзакции (фиксация или откат).
• При любом изменении СУБД пытается
проверить с помощью отметок времени,
согласуется ли оно с предыдущими.
• Если эта проверка дала отрицательный
результат, СУБД проверяет, не вызвала ли
транзакция конфликтов нарушающих
заданный уровень изоляции.
• Если такое нарушение имеет место, СУБД
выполняет откат транзакции.
55.
• В таблице предоставлен вариант примера спотерянным обновлением. Потеря
обновления возможна и здесь. Схема
оптимистического блокирования разрешает
все операции, но когда транзакция Т2
пытается выполнить обновления, СУБД
отмечает, что с момента последнего чтения
данные изменились.
• Следовательно, транзакция Т2 будет
отменена. СУБД проигнорирует введенный
оператор COMMIT WORK, выдав сообщение
об ошибке.
56.
Транзакция Т1Отметка времени
SELECT comm
FROM Salespeople
WHERE snum = 1001;
T = 12:01:04
T = 12:14:27
UPDATE Salespeople
SET comm =.10;
COMMIT WORK;
Транзакция Т2
SESELECT comm
FROM Salespeople
WHERE snum = 1001;
T = 12:53:22
T = 12:56:33
UPDATE Salespeople
SET comm =.14;
COMMIT WORK;
57.
Какой способ лучше? Как часто могутвозникать конфликты?
Если частота конфликтов велика,
оптимистическое блокирование приведет к
отмене многих транзакций в противном
случае оно может повысить общую
производительность.
58.
Выбирая тип блокирования необходимовыяснить:
• Какого ожидаемое соотношение запросов и
обновлений? Если пользователи в
основном считывают данные, то конфликты
будут возникать редко так как параллелизм
не является проблемой, пока данные не
начинают изменяться.
Пример: таблица с информацией о
сотрудниках, зарплата, продолжительность
отпуска и т.д. Такая БД может стать
кандидатом для оптимистического
блокирования.
59.
• Насколько длинными и сложными будуттранзакции? Чем больше операторов
содержит транзакция, тем сложнее
выполнить ее откат, если клиент проведет
через множество WEB страниц, а потом
транзакция должна быть отменена, то это
не очень удобно. Многое зависит от того,
как разработано Internet приложение, а
также от возможностей сервера и
промежуточных программ, то есть
необходимо учитывать подобные аспекты
при выборе схемы параллелизма.