數(shù)據(jù)庫(kù)保護(hù)技術(shù)(并發(fā)).ppt

1、An Introduction to Database System,江蘇科技大學(xué),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論 An Introduction to Database System 第八章 數(shù)據(jù)庫(kù)保護(hù)技術(shù),An Introduction to Database System,第四章 數(shù)據(jù)庫(kù)安全性,8.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性及SQL Server的安全管理 8.2 數(shù)據(jù)庫(kù)完整性及SQL Server的完整性控制 8.3 數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制及SQL Server并發(fā)控制 8.4 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)與SQL Server數(shù)據(jù)恢復(fù)機(jī)制,An Introduction to Database System,問(wèn)題的產(chǎn)生,多用戶數(shù)

2、據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的存在 允許多個(gè)用戶同時(shí)使用的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 飛機(jī)定票數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 銀行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 特點(diǎn)：在同一時(shí)刻并發(fā)運(yùn)行的事務(wù)數(shù)可達(dá)數(shù)百個(gè),An Introduction to Database System,問(wèn)題的產(chǎn)生（續(xù)）,不同的多事務(wù)執(zhí)行方式 (1)事務(wù)串行執(zhí)行 每個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)事務(wù)運(yùn)行，其他事務(wù)必須等到這個(gè)事務(wù)結(jié)束以后方能運(yùn)行 不能充分利用系統(tǒng)資源，發(fā)揮數(shù)據(jù)庫(kù)共享資源的特點(diǎn),T1,T2,T3,事務(wù)的串行執(zhí)行方式,An Introduction to Database System,問(wèn)題的產(chǎn)生（續(xù)）,(2)交叉并發(fā)方式（Interleaved Concurrency） 在單處理機(jī)系統(tǒng)中，事務(wù)的并行

3、執(zhí)行是這些并行事務(wù)的并行操作輪流交叉運(yùn)行 單處理機(jī)系統(tǒng)中的并行事務(wù)并沒(méi)有真正地并行運(yùn)行，但能夠減少處理機(jī)的空閑時(shí)間，提高系統(tǒng)的效率,An Introduction to Database System,問(wèn)題的產(chǎn)生（續(xù)）,事務(wù)的交叉并發(fā)執(zhí)行方式,An Introduction to Database System,問(wèn)題的產(chǎn)生（續(xù)）,(3)同時(shí)并發(fā)方式（simultaneous concurrency） 多處理機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)處理機(jī)可以運(yùn)行一個(gè)事務(wù)，多個(gè)處理機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)事務(wù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)事務(wù)真正的并行運(yùn)行,An Introduction to Database System,問(wèn)題的產(chǎn)生（續(xù)）,事務(wù)

4、并發(fā)執(zhí)行帶來(lái)的問(wèn)題 會(huì)產(chǎn)生多個(gè)事務(wù)同時(shí)存取同一數(shù)據(jù)的情況 可能會(huì)存取和存儲(chǔ)不正確的數(shù)據(jù)，破壞事務(wù)一致性和數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性 數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)控制： 控制數(shù)據(jù)庫(kù)，防止多用戶并發(fā)使用數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤和程序運(yùn)行錯(cuò)誤，保證數(shù)據(jù)的完整性。,An Introduction to Database System,8.3 數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制及SQL Server并發(fā)控制,8.3.1 事務(wù)及并發(fā)控制的基本概念 8.3.2 封鎖及封鎖協(xié)議 8.3.3 封鎖出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法 8.3.4 SQLServer的并發(fā)控制（了解，不考核）,An Introduction to Database System,8.3.1 事務(wù)及

5、并發(fā)控制的基本概念,1、事務(wù)的概念和特征 2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題,An Introduction to Database System,1、事務(wù)的概念和特征,1. 事務(wù)的概念 事務(wù)：是用戶定義的一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)操作序列，這些操作要么全做要么全不做，是一個(gè)不可分割的工作單位。 一個(gè)程序中可以包含多個(gè)事務(wù) 在SQL語(yǔ)言中，定義事務(wù)的語(yǔ)句有三條： BEGIN TRANSACTION； COMMIT； ROLLBACK；,An Introduction to Database System,1、事務(wù)的概念和特征,定義方式： BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACT

6、ION SQL 語(yǔ)句1 SQL 語(yǔ)句1 SQL 語(yǔ)句2 SQL 語(yǔ)句2 。 。 COMMIT ROLLBACK,提交,回滾,An Introduction to Database System,1、事務(wù)的概念和特征（續(xù)）,2. 事務(wù)的ACID特性： 原子性（Atomicity） 一致性（Consistency） 隔離性（Isolation） 持續(xù)性（Durability ） 事務(wù)處理的主要任務(wù):保證事務(wù)的ACID特性,An Introduction to Database System,1、事務(wù)的概念和特征（續(xù)）,3、事務(wù)特性遭破壞的原因 1）多個(gè)事務(wù)并行運(yùn)行時(shí)，不同事務(wù)的交叉執(zhí)行（隔離性）

7、2）事務(wù)在運(yùn)行過(guò)程中被強(qiáng)制終止（原子性、一致性） 并發(fā)控制任務(wù) 保證事務(wù)的隔離性，確保數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性。 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)任務(wù) 保證事務(wù)的原子性、一致性。,An Introduction to Database System,8.3.1 事務(wù)及并發(fā)控制的基本概念,1、事務(wù)的概念和特征 2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題,An Introduction to Database System,T1的修改被T2覆蓋了！,2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題,例飛機(jī)訂票系統(tǒng)中的一個(gè)活動(dòng)序列 甲售票點(diǎn)(甲事務(wù))讀出某航班的機(jī)票余額A，設(shè)A=20； 乙售票點(diǎn)(乙事務(wù))讀出同一航班的機(jī)票余額A，也為2

8、0； 甲售票點(diǎn)賣出一張機(jī)票，修改余額AA-1，所以A為19，把A寫回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)； 乙售票點(diǎn)也賣出一張機(jī)票，修改余額AA-1，所以A為19，把A寫回?cái)?shù)據(jù)庫(kù) 結(jié)果明明賣出兩張機(jī)票，數(shù)據(jù)庫(kù)中機(jī)票余額只減少1 這種情況稱為數(shù)據(jù)庫(kù)的不一致性，是由并發(fā)操作引起的。（隔離性）,An Introduction to Database System,并發(fā)操作時(shí)，甲、乙兩個(gè)事務(wù)的操作序列的調(diào)度是隨機(jī)的。 并發(fā)操作帶來(lái)的數(shù)據(jù)不一致性，主要包括： 丟失修改（Lost Update） 不可重復(fù)讀（Non-repeatable Read） 讀“臟”數(shù)據(jù)（Dirty Read）,2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題,An

9、 Introduction to Database System,1. 丟失修改,兩個(gè)事務(wù)T1和T2讀入同一數(shù)據(jù)并修改，T2的提交結(jié)果破壞了T1提交的結(jié)果，導(dǎo)致T1的修改被丟失。 上面飛機(jī)訂票例子就屬此類,An Introduction to Database System,丟失修改（續(xù)）,丟失修改, R(A)=16,An Introduction to Database System,2. 不可重復(fù)讀,不可重復(fù)讀是指：事務(wù)T1讀取數(shù)據(jù)后，事務(wù)T2 執(zhí)行更新操作，使T1無(wú)法再現(xiàn)前一次讀取結(jié)果。,An Introduction to Database System,不可重復(fù)讀（續(xù)）,不可重復(fù)讀包

10、括三種情況： (1)事務(wù)T1讀取某一數(shù)據(jù)后，事務(wù)T2對(duì)其做了修改，當(dāng)事務(wù)T1再次讀該數(shù)據(jù)時(shí)，得到與前一次不同的值,An Introduction to Database System,不可重復(fù)讀（續(xù)）,T1讀取B=100進(jìn)行運(yùn)算 T2讀取同一數(shù)據(jù)B，對(duì)其進(jìn)行修改后將B=200寫回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。 T1為了對(duì)讀取值校對(duì)重讀B，B已為200，與第一次讀取值不一致,不可重復(fù)讀,例如：,An Introduction to Database System,不可重復(fù)讀（續(xù)）,(2)事務(wù)T1按一定條件從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取了某些數(shù)據(jù)記錄后，事務(wù)T2刪除了其中部分記錄，當(dāng)T1再次按相同條件讀取數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)某些記錄消失了 (

11、3)事務(wù)T1按一定條件從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取某些數(shù)據(jù)記錄后，事務(wù)T2插入了一些記錄，當(dāng)T1再次按相同條件讀取數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)多了一些記錄。 后兩種不可重復(fù)讀有時(shí)也稱為幻影現(xiàn)象（Phantom Row）,An Introduction to Database System,3. 讀“臟”數(shù)據(jù),讀“臟”數(shù)據(jù)是指： 事務(wù)T1修改某一數(shù)據(jù)，并將其寫回磁盤 事務(wù)T2讀取同一數(shù)據(jù)后，T1由于某種原因被撤銷 這時(shí)T1已修改過(guò)的數(shù)據(jù)恢復(fù)原值，T2讀到的數(shù)據(jù)就與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)不一致 T2讀到的數(shù)據(jù)就為“臟”數(shù)據(jù)，即不正確的數(shù)據(jù),An Introduction to Database System,讀“臟”數(shù)據(jù)（續(xù)）,例如,

12、讀“臟”數(shù)據(jù),T1將C值修改為200，T2讀到C為200 T1由于某種原因撤銷，其修改作廢，C恢復(fù)原值100 這時(shí)T2讀到的C為200，與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容不一致，就是“臟”數(shù)據(jù),An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)不一致性：由于并發(fā)操作破壞了事務(wù)的隔離性 并發(fā)控制就是要用正確的方式調(diào)度并發(fā)操作，使一個(gè)用戶事務(wù)的執(zhí)行不受其他事務(wù)的干擾，從而避免造成數(shù)據(jù)的不一致性,2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題,An Introduction to Database System,并發(fā)控制的主要技術(shù) 封鎖(Locking) 時(shí)間戳(Timestamp) 樂(lè)觀控制法 商用

13、的DBMS一般都采用封鎖方法,2、事務(wù)并發(fā)操作可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題,An Introduction to Database System,8.3 數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制及SQL Server并發(fā)控制,8.3.1 事務(wù)及并發(fā)控制的基本概念 8.3.2 封鎖及封鎖協(xié)議 8.3.3 封鎖出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法,An Introduction to Database System,8.3.2 封鎖及封鎖協(xié)議,封鎖是使事務(wù)對(duì)它要操作的數(shù)據(jù)有一定的控制能力。 封鎖具有3個(gè)環(huán)節(jié)： 申請(qǐng)加鎖，即事務(wù)在操作前要對(duì)它將使用的數(shù)據(jù)提出加鎖請(qǐng)求； 獲得鎖，即當(dāng)條件成熟時(shí)，系統(tǒng)允許事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)加鎖，從而事務(wù)獲得數(shù)據(jù)的控制權(quán)；

14、 釋放鎖，即完成操作后事務(wù)放棄數(shù)據(jù)的控制權(quán)。,An Introduction to Database System,8.3.2 封鎖及封鎖協(xié)議,1、鎖的類型 2、封鎖協(xié)議,An Introduction to Database System,1、鎖的類型,1、鎖的類型 排它鎖（Exclusive Locks，簡(jiǎn)記為X鎖） 共享鎖（Share Locks，簡(jiǎn)記為S鎖）,An Introduction to Database System,2、封鎖協(xié)議,(1)一級(jí)封鎖協(xié)議。 事務(wù)T在修改數(shù)據(jù)之前必須先對(duì)其加X(jué)鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放。 (2)二級(jí)封鎖協(xié)議。 事務(wù)T對(duì)要修改數(shù)據(jù)必須先加X(jué)鎖，直到事務(wù)結(jié)

15、束才釋放X鎖； 對(duì)要讀取的數(shù)據(jù)必須先加S鎖，讀完后即可釋放S鎖。 (3)三級(jí)封鎖協(xié)議。 事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)之前必須先對(duì)其加S鎖， 在要修改數(shù)據(jù)之前必須先對(duì)其加X(jué)鎖， 直到事務(wù)結(jié)束后才釋放所有鎖。,An Introduction to Database System,使用封鎖機(jī)制解決丟失修改問(wèn)題,例：,事務(wù)T1在讀A進(jìn)行修改之前先對(duì)A加X(jué)鎖 當(dāng)T2再請(qǐng)求對(duì)A加X(jué)鎖時(shí)被拒絕 T2只能等待T1釋放A上的鎖后T2獲得對(duì)A的X鎖 這時(shí)T2讀到的A已經(jīng)是T1更新過(guò)的值15 T2按此新的A值進(jìn)行運(yùn)算，并將結(jié)果值A(chǔ)=14送回到磁盤。避免了丟失T1的更新。,沒(méi)有丟失修改,An Introduction to Da

16、tabase System,使用封鎖機(jī)制解決讀“臟”數(shù)據(jù)問(wèn)題,例,事務(wù)T1在對(duì)C進(jìn)行修改之前，先對(duì)C加X(jué)鎖，修改其值后寫回磁盤 T2請(qǐng)求在C上加S鎖，因T1已在C上加了X鎖，T2只能等待 T1因某種原因被撤銷，C恢復(fù)為原值100 T1釋放C上的X鎖后T2獲得C上的S鎖，讀C=100。避免了T2讀“臟”數(shù)據(jù),不讀“臟”數(shù)據(jù),An Introduction to Database System,使用封鎖機(jī)制解決不可重復(fù)讀問(wèn)題,事務(wù)T1在讀A，B之前，先對(duì)A，B加S鎖 其他事務(wù)只能再對(duì)A，B加S鎖，而不能加X(jué)鎖，即其他事務(wù)只能讀A，B，而不能修改 當(dāng)T2為修改B而申請(qǐng)對(duì)B的X鎖時(shí)被拒絕只能等待T1釋

17、放B上的鎖 T1為驗(yàn)算再讀A，B，這時(shí)讀出的B仍是100，求和結(jié)果仍為150，即可重復(fù)讀 T1結(jié)束才釋放A，B上的S鎖。T2才獲得對(duì)B的X鎖,可重復(fù)讀,An Introduction to Database System,2、封鎖協(xié)議,三級(jí)協(xié)議的區(qū)別：什么操作需要采用何種鎖，以及何時(shí)釋放鎖。,An Introduction to Database System,8.3 數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制及SQL Server并發(fā)控制,8.3.1 事務(wù)及并發(fā)控制的基本概念 8.3.2 封鎖及封鎖協(xié)議 8.3.3 封鎖出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法,An Introduction to Database System,8.3.

18、3 封鎖出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法,封鎖技術(shù) 好處：可以有效地解決并行操作的一致性問(wèn)題， 缺點(diǎn)：帶來(lái)一些新的問(wèn)題 1、活鎖 2、死鎖 3、并發(fā)調(diào)度的可串行性,An Introduction to Database System,1.活鎖,T2有可能永遠(yuǎn)等待。這就是活鎖的情形,解決方法： 采用先來(lái)先服務(wù)的策略,An Introduction to Database System,2. 死鎖,解決方法： 1. 預(yù)防死鎖 2. 死鎖的診斷與解除（了解）,An Introduction to Database System,2. 死鎖,1、預(yù)防死鎖的方法 一次封鎖法 要求每個(gè)事務(wù)必須一次將所有要用的數(shù)據(jù)全部加鎖，否則不能繼續(xù)執(zhí)行 順序封鎖法 預(yù)先對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象規(guī)定一個(gè)封鎖順序，所有事務(wù)都按這個(gè)順序?qū)嵭蟹怄i。,An Introduction to Database System,2. 死鎖,注意： 在操作系統(tǒng)中廣為采用的預(yù)防死鎖的策略并不很適合數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn) DBMS在解決死鎖的問(wèn)題上更普遍采用的是：診斷并解除死鎖的方法,An Introduction to Database System,3、并發(fā)調(diào)度的可串行性,DBMS對(duì)并發(fā)事務(wù)不同的調(diào)度可能會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果 什么樣的調(diào)