4. Serializable – при этом уровне изоляции никакие фантомы невозможны в принципе, равно как и другие феномены, даже такие, которых еще не придумали. Этот уровень изоляции ни на какие феномены не опирается, просто требуется, чтобы результат параллельного выполнения транзакций был таким же, как если бы они выполнялись последовательно.
Особенности Microsoft SQL Server
Ввиду того, что все практические эксперименты будут проводиться на Microsoft SQL Server 2000, необходимо также описать некоторые особенности внутренней механики этого сервера.
Для работы с блокировками сервер идентифицирует каждый объект. Для этого используются идентификаторы ресурса (Resource) и объекта (ObjId). Для разных типов объектов эти идентификаторы отличаются. Нас будут интересовать следующие объекты:
TAB – таблица. Идентификатор объекта "целое число", например 26173590. Поскольку таблица – объект чисто логический, идентификатора ресурса она не имеет.
PAG – страница данных. Виртуальная страница данных принадлежит конкретной таблице, поэтому идентификатор объекта совпадает с идентификатором таблицы, данные которой размещены на этой странице. В то же время страница имеет физический эквивалент – страницу данных в файле, поэтому имеется также идентификатор ресурса. Он представляет собой комбинацию идентификатора файла данных (fileId) и номера страницы внутри файла (pageId), например, 1: 1723
RID – запись. Виртуальная запись принадлежит странице, поэтому так же, как и в случае со страницей, ObjId совпадает со страничным и, соответственно, табличным идентификаторами. Физический эквивалент также присутствует – это слот в странице данных, соответственно, есть и идентификатор ресурса, который состоит из идентификатора файла данных, идентификатора страницы данных и, наконец, идентификатора записи внутри страницы. Например, 1:1723:2
Чтобы определить, какие блокировки на что наложены в определенный момент времени, существует специальная хранимая процедура sp_Lock, но пользоваться ей не всегда удобно, поскольку выдается много лишней информации, и объекты выводятся без имен. Поэтому я предпочитаю пользоваться вот таким запросом:
| SELECT convert (smallint, req_spid) As spid, rsc_dbid As dbid, rsc_objid As ObjId, so.name as ObjName, rsc_indid As IndId, substring (v.name, 1, 4) As Type, substring (rsc_text, 1, 16) as Resource, substring (u.name, 1, 8) As Mode, substring (x.name, 1, 5) As StatusFROM master.dbo.syslockinfo sl INNER JOIN master.dbo.spt_values v ON sl.rsc_type = v.number INNER JOIN master.dbo.spt_values x ON sl.req_status = x.number INNER JOIN master.dbo.spt_values u ON sl.req_mode + 1 = u.number LEFT JOIN sysobjects so ON sl.rsc_objid = so.IDWHERE v.type = 'LR' and x.type = 'LS' and u.type = 'L' and so.Name = '<имятаблицы>'ORDER BY spid |
Этот запрос вернет все блокировки, наложенные на указанную таблицу, с вот такими данными: SPID – идентификатор пользовательской сессии, DBID – идентификатор базы данных, ObjID – идентификатор объекта, ObjName – имя объекта, Type – тип объекта, Resource – идентификатор ресурса, Mode – тип блокировки, Status – статус блокировки.
Что же касается уровней изоляции, то, как уже было сказано, они полностью соответствуют стандарту ANSI SQL. Следует обратить особое внимание, что уровнем изоляции по умолчанию является READ COMMITTED. Иными словами, если не предпринять ряд специальных усилий, то в некоторых случаях возможны различные нарушения изолированности транзакций.
| ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕДанный раздел является лишь описанием необходимой терминологии и ни в коей мере не претендует на полноту. За более полной информацией рекомендую обратиться к источникам, упомянутым в списке литературы. |
Большинство способов обеспечения параллелизма, хотя бы отчасти основанных на блокировках, подвержено взаимоблокировкам (deadlock). И хотя известны достаточно остроумные алгоритмы, позволяющие не допускать подобных ситуаций в принципе, в коммерческих приложениях они почти не встречаются. Microsoft SQL Server здесь не является исключением, и также подвержен взаимоблокировкам (они же «мертвые блокировки» или «тупиковые ситуации»).
Взаимоблокировка, как можно понять из названия – это ситуация, когда транзакции блокируют друг друга таким образом, что дальнейшее выполнение невозможно. В силу протокола двухфазной блокировки ни одна из участвующих во взаимоблокировке транзакций не может отпустить уже захваченные ей ресурсы до того, как наложит блокировки на все, что ей необходимо. А получить все необходимые ресурсы мешают уже наложенные блокировки. Таким образом, получается замкнутый круг. Естественно, и транзакций, и объектов в общем случае может быть сколь угодно много. Разорвать такую блокировку без внешнего вмешательства невозможно, и если не предпринимать специальных усилий, то транзакции будут находиться в состоянии ожидания бесконечно долго. Разрешить подобную ситуацию можно лишь путем отмены хотя бы одной из транзакций.
Встроенные способы определения взаимоблокировок
Понятно, что доводить до бесконечного ожидания не стоит, и, как правило, в СУБД, в той или иной степени подверженной взаимоблокировкам, присутствуют механизмы определения подобных тупиковых ситуаций и их устранения.
Самый простой способ – это ввести некоторое фиксированное время ожидания (timeout), и если транзакция оказалась заблокированной больше этого времени, то считать, что она вошла в тупиковую ситуацию и отменять ее. Недостатки этого способа очевидны – нет стопроцентной гарантии, что отмененная транзакция была одной из участниц взаимоблокировки. Увеличение времени тайм-аута повышает эту вероятность, но одновременно увеличивает время обнаружения действительно намертво заблокированных транзакций. А это, в свою очередь, ведет к увеличению времени простоя запросов, не участвующих во взаимоблокировке, но ожидающих ресурсов, захваченных намертво заблокированными транзакциями.
Существуют и более удачный способ определения взаимоблокировок (хотя и более трудоемкий). Для этого менеджер блокировок строит направленный граф, который называется «графом ожидания» (wait-for graph). В вершинах этого графа находятся транзакции, а в ребрах – зависимости. Например, ребро Ti->Tj появляется в том случае, если Ti ждет, пока Tj освободит какой-нибудь объект. Таким образом, если в графе ожидания возникает цикл (T1->T2->…->Tn->T1), то T1 ждет сама себя, как и все остальные n транзакций в цикле, следовательно, транзакции заблокированы намертво. В данном случае обнаружение взаимоблокировок сводится к нахождению замкнутых циклов в графе ожидания. Сами зависимости в граф добавляются и уничтожаются по мере получения и снятия блокировок, технически в этом ничего сложного нет. Сложность лишь в том, как часто менеджер блокировок должен проверять граф ожидания на наличие циклов. Теоретически это можно делать каждый раз при добавлении новой зависимости, однако делать проверки так часто слишком накладно, поскольку, как правило, количество обычных блокировок намного выше мертвых, к тому же сама взаимоблокировка никуда не денется и дождется, пока за ней придут. Поэтому проверять наличие циклов можно либо когда в граф добавляется какое-то фиксированное количество граней, либо опять же, по истечении некоего таймаута. Но здесь, в отличие от предыдущего способа, гарантируется, что будет найдена именно мертвая блокировка, а также, что мы обнаружим все мертвые блокировки, а не только те, которые продержались достаточно долго.
Вдобавок здесь сервер обладает куда большей информацией о тупиковой ситуации, что позволяет ему с меньшими потерями разрешить конфликт. Разорвать взаимоблокировку, как уже говорилось, можно лишь отменив одну из транзакций, входящих в замкнутый цикл. Сервер при выборе жертвы может руководствоваться следующими соображениями:
Объем работы, проделанный транзакцией (вся эта работа будет утеряна в случае отмены).
Количество работы, которое придется проделать, чтобы произвести отмену транзакции. Менеджер должен стараться избегать отмены транзакции, которая практически завершена.
Количество циклов, в которых участвует транзакция. Теоретически транзакция может входить в несколько циклов в графе ожидания, таким образом, отмена одной транзакции может привести к снятию нескольких взаимоблокировок.
Одна и та же транзакция может несколько раз подряд войти в тупиковую ситуацию и быть отмененной, перезапуститься и опять попасть в цикл. Чтобы избежать подобного циклического рестарта, алгоритм выбора жертвы должен также учитывать, сколько раз транзакция была отменена из-за мертвых блокировок.
Существуют механизмы, позволяющие вообще не допускать тупиковых ситуаций при использовании протокола двухфазной блокировки, например, на основе временных меток (timestamp).
| ПРИМЕЧАНИЕЗдесь главное – не запутаться. Существует как способ обеспечения параллелизма на основе временных меток – это одна из альтернатив протоколу двухфазной блокировки, так и способ предотвращения тупиковых ситуаций. Это два совершенно разных механизма, и сейчас мы обсуждаем именно способ предотвращения взаимоблокировок. |
Принцип, положенный в основу этого способа, достаточно прост. Каждой транзакции присваивается временная метка, а далее возможно два варианта развития событий в зависимости от конкретной реализации.
«ожидание-гибель» (wait-die). Если транзакция T1 «старше» Т2, тогда транзакции Т1 разрешается пребывать в состоянии ожидания на блокировке. Если же Т1 «младше» T2, тогда Т1 откатывается.
«ранение-ожидание» (wound-wait). Если транзакция T1 «старше» T2, тогда T1 «ранит» T2; ранение обычно носит «смертельный» характер – транзакция Т2 откатывается, если только к моменту получения «ранения» T2 не оказывается уже завершенной. В этом случае Т2 «выживает» и отката не происходит. Если же Т1 «младше» Т2, тогда Т1 разрешается находиться в состоянии ожидания на блокировке.