Организация баз данных (стр. 32 из 39)

Случаи установки точки фиксации:

1. Все обновления, совершенные программой с тех пор, как установлена предыдущая точка фиксации, выполнены, т.е. стали постоянными. Во время выполнения все такие обновления могут расцениваться только как пробные (в том смысле, что они могут быть не выполнены, например прокручены назад). Гарантируется, что однажды зафиксированное обновление так и останется зафиксированным (это и есть определение понятия "зафиксировано").

2. Все позиционирование базы данных утеряно, и все блокировки кортежей реализованы. Позиционирование базы данных здесь означает, что в любое конкретное время программа обычно адресована определенным кортежам. Эта адресуемость в точке фиксации теряется.

Следовательно, система может выполнить откат транзакции как явно – например по команде ПО с которым работает пользователь, так и неявно – для любой программы, которая по какой-либо причине не достигла запланированного завершения операций, входящих в транзакцию.

Из этого видно, что транзакции — это не только логические единицы работы, но также и единицы восстановления при неудачном выполнении операций. При успешном завершении транзакции система гарантирует, что обновления постоянно установлены в базе данных, даже если система потерпит крах в следующий момент. Возможно, что в системе произойдет сбой после успешного выполнения COMMIT, но перед тем, как, обновления будут физически записаны в базу данных (они все еще могут оставаться в буфере оперативной памяти и таким образом могут быть утеряны в момент сбоя системы). Даже если подобное случилось, процедура перезагрузки системы все равно должна устанавливать эти обновления в базу данных, исследуя соответствующие записи в файле регистрации. Из этого следует, что файл регистрации должен быть физически записан перед завершением операции COMMIT. Это важное правило ведения файла регистрации известно как протокол предварительной записи в журнал (т.е. запись об операции осуществляется перед ее выполнением). Таким образом, процедура перезагрузки сможет восстановить любые успешно завершенные транзакции, хотя их обновления не были записаны физически до аварийного отказа системы. Следовательно, как указывалось ранее, транзакция действительно является единицей восстановления.

15.2.3 Свойства АСИД.

Из предыдущих разделов следует, что транзакции обладают четырьмя важными свойствами: атомарность, согласованность, изоляция и долговечность (назовем это свойствами АСИД).

1. Атомарность. Транзакции атомарны (выполняется все или ничего).

2. Согласованность. Транзакции защищают базу данных согласованно. Это означает, что транзакции переводят одно согласованное состояние базы данных в другое без обязательной поддержки согласованности во всех промежуточных точках.

3. Изоляция. Транзакции отделены одна от другой. Это означает, что, если даже будет запущено множество конкурирующих друг с другом транзакций, любое обновление определенной транзакции будет скрыто от остальных до тех пор, пока эта транзакция выполняется. Другими словами, для любых двух отдаленных транзакций Т1 и Т2 справедливо следующее утверждение: Т1 сможет увидеть обновление Т2 только после выполнения Т2, а Т2 сможет увидеть обновление Т1 только после выполнения Т1.

4. Долговечность. Когда транзакция выполнена, ее обновления сохраняются, даже если в следующий момент произойдет сбой системы.

15.3 Алгоритм восстановления после сбоя системы

Система должна быть готова к восстановлению не только после небольших локальных нарушений, таких как невыполнение операции в пределах определенной транзакции, но также и после глобальных нарушений типа сбоев в питании вычислительного устройства и др. Местное нарушение по определению поражает только транзакцию, в которой оно собственно и произошло. Глобальное нарушение поражает сразу все транзакции и, следовательно, приводит к значительным для системы последствиям.

Существует два вида глобальных нарушений:

1. Отказы системы (например, сбои в питании), поражающие все выполняющиеся в данный момент транзакции, но физически не нарушающие базу данных в целом. Такие нарушения в системе также называют аварийным отказом программного обеспечения.

2. Отказы носителей (например, поломка головок дискового накопителя), которые могут представлять угрозу для базы данных или для какой-либо ее части и поражать. по крайней мере, те транзакции, которые используют эту часть базы данных. Отказы носителей также называют аварийным отказом аппаратуры.

15.3.1 Восстановление после отказов системы

Критической точкой в отказе системы является потеря содержимого оперативной памяти (в частности, рабочих буферов базы данных). Поскольку точное состояние какой-либо выполняющейся в момент нарушения транзакции не известно, транзакция может не завершиться успешно и, таким образом, будет отменена при перезагрузке системы.

Более того, возможно, потребуется повторно выполнить определенную успешно завершившуюся до аварийного отказа транзакцию при перезагрузке системы, если не были физически выполнены обновления этой транзакции.

Для определения во время перезагрузки, какую транзакцию отменить, а какую выполнить повторно система в некотором предписанном интервале (когда в журнале накапливается определенное число записей) автоматически принимает контрольную точку. Принятие контрольной точки включает физическую запись содержимого рабочих буферов базы данных непосредственно в базу данных и специальную физическую запись контрольной точки, которая предоставляет список всех осуществляемых в данный момент транзакций. На рис. 15.1 рассматривается пять возможных вариантов выполнения транзакций до аварийного сбоя системы.

рис. 15.1 Варианты выполнения пяти транзакций.

Пояснения к рис. 15.1:

1. Отказ системы произошел в момент времени tf.

2. Близлежащая к моменту времени tf контрольная точка была принята в момент времени tc.

3. Транзакция Т1 успешно завершена до момента времени tc.

4. Транзакция Т2 начата до момента времени tc и успешно завершена после момента времени tc, но до момента времени tf.

5. Транзакция ТЗ также начата до момента времени tc, но не завершена к моменту времени tf

6. Транзакция Т4 начата после момента времени tc и успешно завершена до момента времени tf.

7. Транзакция Т5 также начата после момента времени tc, но не завершена к моменту времени tf.

Очевидно, что при перезагрузке системы транзакции типа ТЗ и Т5 должны быть отменены, а транзакции типа Т2 и Т4 – выполнены повторно. Тем не менее заметьте, что транзакции типа Т1 вообще не включаются в процесс перезагрузки, так как обновления попали в базу данных еще до момента времени tc (т.е. зафиксированы еще до принятия контрольной точки). Отметьте также, что транзакции, завершившиеся неудачно (в том числе отмененные) перед моментом времени tf, вообще не будут вовлечены в процесс перезагрузки.

15.4 Параллелизм. Проблемы параллелизма

Термин параллелизм означает возможность одновременной обработки в СУБД многих транзакций с доступом к одним и тем же данным, причем в одно и то же время. В такой системе для корректной обработки параллельных транзакций без возникновения конфликтных ситуаций необходимо использовать некоторый метод управления параллелизмом.

Каждый метод управления параллелизмом предназначен для решения некоторой конкретной задачи. Тем не менее, при обработке правильно составленных транзакций возникают ситуации, которые могут привести к получению неправильного результата из-за взаимных помех среди некоторых транзакций. (Обратите внимание, что вносящая помеху транзакция сама по себе может быть правильной. Неправильный конечный результат возникает по причине бесконтрольного чередования операций из двух правильных транзакций). Основные проблемы, возникающие при параллельной обработке транзакций следующие:

1. проблема потери результатов обновления;

2. проблема незафиксированной зависимости;

3. проблема несовместимого анализа.

15.4.1 Проблема потери результатов обновления

Рассмотрим ситуацию, показанную на рис. 15.2, в такой интерпретации: транзакция A извлекает некоторый кортеж p в момент времени t1; транзакция B извлекает некоторый кортеж p в момент времени t2; транзакция A обновляет некоторый кортеж p (на основе значений, полученных в момент времени t1) в момент времени t3; транзакция B обновляет тот же кортеж р (на основе значений, полученных в момент времени t2, которые имеют те же значения, что и в момент времени t1) в момент времени t4. Однако результат операции обновления, выполненной транзакцией A, будет утерян, поскольку в момент времени t4 она не будет учтена и потому будет "отменена" операцией обновления, выполненной транзакцией B.

Транзакция A	Время	Транзакция B
Извлечение кортежа р	t1	–
–	t2	Извлечение кортежа р
Обновление кортежа р	t3	–
–	t4	Обновление кортежа р

рис. 15.2. Потеря в момент времени t4 результатов обновления, выполненного транзакцией A.

15.4.2 Проблема незафиксированной зависимости

Проблема незафиксированной зависимости появляется, если с помощью некоторой транзакции осуществляется извлечение (или, что еще хуже, обновление) некоторого кортежа, который в данный момент обновляется другой транзакцией, но это обновление еще не закончено. Таким образом, если обновление не завершено, существует некоторая вероятность того, что оно не будет завершено никогда. (Более того, в подобном случае может быть выполнен возврат к предыдущему состоянию кортежа с отменой выполнения транзакции.) B таком случае, в первой транзакции будут принимать участие данные, которых больше не существует. Эта ситуация показана на рис. 15.3, рис. 15.4.