数据库保护技术并发.ppt

《数据库保护技术并发.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据库保护技术并发.ppt（51页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 江苏科技大学江苏科技大学 数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database System第八章第八章 数据库保护技术数据库保护技术An Introduction to Database System第四章第四章 数据库安全性数据库安全性8.1 数据库的安全性及数据库的安全性及SQL Server的安全管理的安全管理 8.2 数据库完整性及数据库完整性及SQL Server的完整性控制的完整性控制8.3 数据库并发控制及数据库并发控制及SQL Server并发控制并发控制8.4 数据库恢复技术与数据库恢复技术与SQL Server数据恢复机制数据恢复机制An

2、Introduction to Database System问题的产生问题的产生v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n飞机定票数据库系统n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 An Introduction to Database System问题的产生（续）问题的产生（续）v不同的多事务执行方式 (1)事务串行执行每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T1T2T3事务的串行执行方式An Introduction to Database System问题的产生（续）问题的产生

3、（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An Introduction to Database System问题的产生（续）问题的产生（续）事务的交叉并发执行方式An Introduction to Database System问题的产生（续）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

4、现多个事务真正的并行运行An Introduction to Database System问题的产生（续）问题的产生（续）v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v数据库的并发控制：数据库的并发控制：控控制制数数据据库库，防防止止多多用用户户并并发发使使用用数数据据库库时时造造成成数数据据错误和程序运行错误，保证数据的完整性。错误和程序运行错误，保证数据的完整性。An Introduction to Database System8.3 数据库并发控制及数据库并发控制及SQL Server并发控制并发控制8.3

5、.1 8.3.1 事务及并发控制的基本概念事务及并发控制的基本概念8.3.2 8.3.2 封锁及封锁协议封锁及封锁协议8.3.3 8.3.3 封锁出现的问题及解决方法封锁出现的问题及解决方法8.3.4 SQLServer8.3.4 SQLServer的并发控制（了解，不考核）的并发控制（了解，不考核）An Introduction to Database System8.3.1 事务及并发控制的基本概念v1、事务的概念和特征v2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题An Introduction to Database System1、事务的概念和特征、事务的概念和特征v1.事务的概念事务的

6、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。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一个程序中可以包含多个事务在在SQL语言中，定义事务的语句有三条：语言中，定义事务的语句有三条：BEGIN TRANSACTION；COMMIT；ROLLBACK；An Introduction to Database System1、事务的概念和特征、事务的概念和特征v定义方式：v BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACTION SQL 语句1 SQL 语句

7、1 SQL 语句2 SQL 语句2 。COMMIT ROLLBACK提交提交回滚回滚An Introduction to Database System1、事务的概念和特征（续）、事务的概念和特征（续）v2.事务的事务的ACID特性特性：原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔离性（Isolation）持续性（Durability）v事务处理的主要任务事务处理的主要任务:保证事务的保证事务的ACID特性特性An Introduction to Database System1、事务的概念和特征（续）、事务的概念和特征（续）v3、事务特性遭破坏的原因、事务特性遭破坏的原因1

8、 1）多个事务并行运行时，不同事务的交叉执行（隔离性）多个事务并行运行时，不同事务的交叉执行（隔离性）2 2）事务在运行过程中被强制终止（原子性、一致性）事务在运行过程中被强制终止（原子性、一致性）v并发控制任务并发控制任务保证事务的隔离性，确保数据库的一致性。保证事务的隔离性，确保数据库的一致性。v数据库恢复任务数据库恢复任务保证事务的原子性、一致性。保证事务的原子性、一致性。An Introduction to Database System8.3.1 事务及并发控制的基本概念v1、事务的概念和特征v2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题An Introduction to Datab

9、ase SystemT1的修改被的修改被T2覆盖了！覆盖了！2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题 例例 飞机订票系统中的一个活动序列飞机订票系统中的一个活动序列 甲售票点甲售票点(甲事务甲事务)读出某航班的机票余额读出某航班的机票余额A A，设，设A=20A=20；乙售票点乙售票点(乙事务乙事务)读出同一航班的机票余额读出同一航班的机票余额A A，也为，也为2020；甲售票点卖出一张机票，修改余额甲售票点卖出一张机票，修改余额AA-1AA-1，所以，所以A A为为1919，把，把A A写回写回数据库；数据库；乙售票点也卖出一张机票，修改余额乙售票点

10、也卖出一张机票，修改余额AA-1AA-1，所以，所以A A为为1919，把，把A A写写回数据库回数据库 n结果明明卖出两张机票，数据库中机票余额只减少结果明明卖出两张机票，数据库中机票余额只减少1 1v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）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）An Introduction to Database Systemv并发操作时，甲、乙两个事务的操作序列的调度是随机的。并发操作时，甲、乙两个事务的操作序列的调度是随机的。v并发操作带来的数据不一致性，主要包括：并发操作带来的数据不一致性，主要包括：丢失修改（丢失修改（Lo

11、st UpdateLost Update）不可重复读（不可重复读（Non-repeatable ReadNon-repeatable Read）读读“脏脏”数据（数据（Dirty ReadDirty Read）2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题An Introduction to Database System1.丢失修改丢失修改v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。v上面飞机订票例子就属此类 An Introduction to Database System丢失修改（续）丢失修改（续

12、）T1T2R(A)=16AA-1W(A)=15W丢失修改R(A)=16AA-1W(A)=15An Introduction to Database System2.不可重复读不可重复读v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。An Introduction to Database System不可重复读（续）不可重复读（续）v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 An Introduction to Database System不可重复读（续）不可重复读（续

13、）nT1读取B=100进行运算nT2读取同一数据B，对其进行修改后将B=200写回数据库。nT1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 T1T2R(A)=50R(B)=100求和=150R(B)=100BB*2(B)=200R(A)=50R(B)=200和=250(验算不对)不可重复读 例如：An Introduction to Database System不可重复读（续）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T2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

14、，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）An Introduction to Database System3.读读“脏脏”数据数据 读“脏”数据是指：n事务T1修改某一数据，并将其写回磁盘n事务T2读取同一数据后，T1由于某种原因被撤销n这时T1已修改过的数据恢复原值，T2读到的数据就与数据库中的数据不一致nT2读到的数据就为“脏”数据，即不正确的数据 An Introduction to Database System读读“脏脏”数据（续）数据（续）T1T2R(C)=100CC*2W(C)=20

15、0R(C)=200ROLLBACKC恢复为100例如例如读“脏”数据 nT1将C值修改为200，T2读到C为200nT1由于某种原因撤销，其修改作废，C恢复原值100n这时T2读到的C为200，与数据库内容不一致，就是“脏”数据An Introduction to Database Systemv数据不一致性：由于并发操作破坏了事务的隔离性v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、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题An Introduction to Database Syste

16、mv并发控制的主要技术封锁(Locking)时间戳(Timestamp)乐观控制法v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、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题An Introduction to Database System8.3 数据库并发控制及数据库并发控制及SQL Server并发控制并发控制8.3.1 8.3.1 事务及并发控制的基本概念事务及并发控制的基本概念8.3.2 8.3.2 封锁及封锁协议封锁及封锁协议8.3.3 8.3.3 封锁出现的问题及解决方法封锁出现的问题及解决方法An Introduction to Database Sy

17、stem8.3.2 封锁及封锁协议v封锁是使事务对它要操作的数据有一定的控制能力。封锁是使事务对它要操作的数据有一定的控制能力。v封锁具有封锁具有3个环节：个环节：申请加锁申请加锁，即事务在操作前要对它将使用的数据提出加锁，即事务在操作前要对它将使用的数据提出加锁请求；请求；获得锁获得锁，即当条件成熟时，系统允许事务对数据加锁，从，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；而事务获得数据的控制权；释放锁释放锁，即完成操作后事务放弃数据的控制权。，即完成操作后事务放弃数据的控制权。An Introduction to Database System8.3.2 封锁及封锁协

18、议v1、锁的类型v2、封锁协议An Introduction to Database System1、锁的类型、锁的类型 T1 T2XS-XNNYSNYY-YYYv1、锁的类型排它锁（Exclusive Locks，简记为X锁）共享锁（Share Locks，简记为S锁）An Introduction to Database System2、封锁协议、封锁协议v(1)(1)一级封锁协议。一级封锁协议。事务事务T T在修改数据之前必须先对其加在修改数据之前必须先对其加X X锁，直到事务结束才释放。锁，直到事务结束才释放。v(2)2)二级封锁协议。二级封锁协议。事务事务T T对要修改数据必须先加对

19、要修改数据必须先加X X锁，直到事务结束才释放锁，直到事务结束才释放X X锁；锁；对要读取的数据必须先加对要读取的数据必须先加S S锁，读完后即可释放锁，读完后即可释放S S锁。锁。v(3)(3)三级封锁协议。三级封锁协议。事务事务T T在读取数据之前必须先对其加在读取数据之前必须先对其加S S锁，锁，在要修改数据之前必须先对其加在要修改数据之前必须先对其加X X锁，锁，直到事务结束后才释放所有锁。直到事务结束后才释放所有锁。An Introduction to Database System使用封锁机制解决丢失修改问题使用封锁机制解决丢失修改问题T1T2XlockAR(A)=16XlockA

20、AA-1等待W(A)=15等待Commit等待UnlockA等待获得获得Xlock AR(A)=15AA-1W(A)=14CommitUnlockA例：例：n事务T1在读A进行修改之前先对A加X锁n当T2再请求对A加X锁时被拒绝nT2只能等待T1释放A上的锁后T2获得对A的X锁n这时T2读到的A已经是T1更新过的值15nT2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。没有丢失修改没有丢失修改An Introduction to Database System使用封锁机制解决读使用封锁机制解决读“脏脏”数据问数据问题题T1T2XlockCR(C)=100CC*2W(

21、C)=200SlockC等待ROLLBACK等待(C恢复为100)等待UnlockC等待获得获得Slock CR(C)=100CommitCUnlockC例例n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nT2请求在C上加S锁，因T1已在C上加了X锁，T2只能等待nT1因某种原因被撤销，C恢复为原值100nT1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”数据不读不读“脏脏”数据数据 An Introduction to Database System使用封锁机制解决不可重复读问题使用封锁机制解决不可重复读问题T1T2SlockASlockBR(A)=50

22、R(B)=100求和=150XlockB等待等待R(A)=50等待R(B)=100等待求和=150等待Commit等待UnlockA等待UnlockB等待获得获得XlockBR(B)=100BB*2W(B)=200CommitUnlockBn事务T1在读A，B之前，先对A，B加S锁n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n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nT1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nT1结束才释放A，B上的S锁。T2才获得对B的X锁可重复读可重复读An Introductio

23、n to Database System2、封锁协议、封锁协议X锁S锁一致性保证操作结束释放事务结束释放操作结束释放事务结束释放不丢失修改不读“脏”数据可重复读一 级 协议二 级 协议三 级 协议v三级协议的区别：什么操作需要采用何种锁，以及何时释放锁三级协议的区别：什么操作需要采用何种锁，以及何时释放锁。An Introduction to Database System8.3 数据库并发控制及数据库并发控制及SQL Server并发控制并发控制8.3.1 8.3.1 事务及并发控制的基本概念事务及并发控制的基本概念8.3.2 8.3.2 封锁及封锁协议封锁及封锁协议8.3.3 8.3.3

24、封锁出现的问题及解决方法封锁出现的问题及解决方法An Introduction to Database System8.3.3 8.3.3 封锁出现的问题及解决方法封锁出现的问题及解决方法v封锁技术好处：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An Introduction to Database System1.活锁活锁T2有可能永远等待。有可能永远等待。这就是这就是活锁活锁的情形的情形v解决方法：解决方法：采用先来先服务的策略采用先来先服务的策略An Introduction to Database System2.死锁死锁T T1

25、1T T2 2lock Rlock R1 1 Lock RLock R2 2 Lock RLock R2 2.等待等待 等待等待Lock RLock R1 1等待等待等待等待等待等待等待等待 解决方法：解决方法：1.1.预防死锁预防死锁2.2.死锁的诊断与解除（了解）死锁的诊断与解除（了解）An Introduction to Database System2.死锁死锁1、预防死锁的方法预防死锁的方法v 一次封锁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v顺序封锁法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。T T1 1T T2 2l

26、ock Rlock R1 1 Lock RLock R2 2 Lock RLock R2 2等待等待等待等待 等待等待.等待等待Unlock RUnlock R2 2Unlock RUnlock R1 1等待等待Lock RLock R1 1 Unlock RUnlock R2 2Unlock RUnlock R1 1T T1 1T T2 2lock Rlock R1 1 Lock RLock R1 1 等待等待Lock RLock R2 2.等待等待 等待等待 等待等待ULock RULock R1 1.ULock RULock R2 2.Lock RLock R2 2ULock RULoc

27、k R1 1ULock RULock R2 2.An Introduction to Database System2.死锁死锁v注意：在操作系统中广为采用的预防死锁的策略在操作系统中广为采用的预防死锁的策略并不很适合并不很适合数据库数据库的特点的特点DBMSDBMS在解决死锁的问题上在解决死锁的问题上更普遍采用更普遍采用的是：诊断并解除死锁的是：诊断并解除死锁的方法的方法An Introduction to Database System3、并发调度的可串行性、并发调度的可串行性vDBMS对并发事务不同的调度可能会产生不同的结果v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

28、相同，这种调度策略称为可串行化串行化（Serializable）的调度（即，正确的）。反之称为不可串行化调度不可串行化调度（即，错误的）。An Introduction to Database System3、并发调度的可串行性、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 An Introduction to Database System3、并发调度的可串行性、并发调度的可串行性T1T2SlockBY=R(B)=2UnlockBXlockAA=Y+1=3W(A)UnlockA串行调

29、度(a)n假设A、B的初值均为2。n按T1T2次序执行结果为A=3，B=4n串行调度策略,正确的调度SlockAX=R(A)=3UnlockAXlockBB=X+1=4W(B)UnlockBAn Introduction to Database System3、并发调度的可串行性、并发调度的可串行性串行调度(b)n假设A、B的初值均为2。nT2T1次序执行结果为B=3，A=4 n串行调度策略,正确的调度T1T2SlockBY=R(B)=3UnlockBXlockAA=Y+1=4W(A)UnlockASlockAX=R(A)=2UnlockAXlockBB=X+1=3W(B)UnlockBAn

30、Introduction to Database System3、并发调度的可串行性、并发调度的可串行性T1T2SlockBY=R(B)=2UnlockBXlockASlockAA=Y+1=3等待W(A)等待UnlockA等待X=R(A)=3UnlockAXlockBB=X+1=4W(B)UnlockB可串行化的调度 n执行结果与串行调度(a)的执行结果相同n是正确正确的调度An Introduction to Database System3、并发调度的可串行性、并发调度的可串行性T1T2SlockBY=R(B)=2SlockAX=R(A)=2UnlockBUnlockAXlockAA=Y+

31、1=3W(A)XlockBB=X+1=3W(B)UnlockAUnlockB不可串行化的调度 n执行结果与(a)、(b)的结果都不同n是错误错误的调度An Introduction to Database System3、并发调度的可串行性、并发调度的可串行性v如何保证调度的可串行化？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)1)对任何数据进行读、写操作之前，首先要申请并获得对该数据的封锁。对任何数据进行读、写操作之前，首先要申请并获得对该数据的封锁。2)2)释放一个封锁之后，事务不再申请并获得对该数

32、据的封锁。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例：遵循两段锁协议的事务举例SLock A,SLock B,XLock C,ULock B,ULock A,ULock CSLock 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例：不遵循两段锁协议的事务举例SLock A,SLock A,USLock AUSLock A,SLock B,XLock C,SLock B,XLock C,ULock B,ULock CULock B,ULock CAn Introduction to Database System3、并发调度的可串行性、并发调度的可串行性v注意：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；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）遵循两段锁协议的事务也可能发生死锁。（死锁检测、解除）An Introduction to Database System 下课了。下课了。休息一会儿。休息一会儿。An Introduction to Database System