数据库系统概论第八章.ppt

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1、数据库原理与应用数据库原理与应用数据库系统概论第4版王 珊 萨师煊计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第八章第八章 数据库保护数据库保护事务的并发控制数据库的备份与恢复计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.1 事务的基本概念事务的基本概念1、事务事事务务是是用用户户定定义义的的一一个个数数据据库库的的操操作作序序列列，这这些些操操作作要要么么全全做做，要要么么全全不不做做，是是一一个个不不可分割的整体。可分割的整体。BEGIN TRANSACTIONSELECTUPDATECOMMIT(或ROLLBACK)计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.1 事务的基本概念事务的基本概念例

2、：银行转帐业务，从A帐户将1000元转帐到B帐户。实现的过程：A帐户余额是否足够；A帐户余额减去1000；检查B帐户是否合法；B帐户余额加上1000；这些操作要么都做，要么都不做！计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.1 事务的基本概念事务的基本概念2、事务的特性原子性原子性(Atomicity)要么全部执行，要么完全不执行 一致性一致性(Consistency)事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。隔离性隔离性(Isolation)一个事务的执行不能被其他事务干扰。持续性持续性(Durability)一个事务一旦提交，它对数据库的改变就是永久性的。计算机科学

3、与工程学院计算机科学与工程学院8.1 事务的基本概念（续）事务的基本概念（续）事务是恢复和并发控制的基本单位。事务的ACID特性可能被破坏的因素：多个事务并发执行，产生了操作交叉；多个事务并发执行，产生了操作交叉；事务在运行过程中被强行停止。事务在运行过程中被强行停止。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.1 事务的基本概念（续）事务的基本概念（续）3、SQL Server中事务的模式显式事务显式事务通过SQL事务语句而定义的事务。BEGIN TRANSCATION、COMMIT TRANSCATION、（ROLLBACK TRANSCATION）隐式事务隐式事务SET IMPLICIT

4、Y_TRANSACTIONS ON、SET IMPLICITY_TRANSACTIONS OFF语句进入和退出隐式事务连接模式。自动事务模式自动事务模式当一个语句成功执行后，它被自动提交，而当事务执行过程中产生错误时，则被自动回滚。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.1 事务的基本概念（续）事务的基本概念（续）4、事务的使用实例在在DBMS中进行事务处理中进行事务处理利用显式事务的方式将一系列操作定义成一个事务，所有操作都完成，则事务提交，否则事务回滚。或者进入隐式事务方式，通过COMMIT TRANSACTION完成一个事务的提交。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院BEGIN

5、TRANIF EXISTS(SELECT*FROM BANK WHERE UID=A)BEGINIF(SELECT MONEY FROM BANK WHERE UID=A)1000 BEGINUPDATE BANK SET MONEY=MONEY-1000WHERE UID=ASELECT*FROM BANKIF EXISTS(SELECT*FROM BANK WHERE UID=B)BEGINUPDATE BANK SET MONEY=MONEY+1000WHERE UID=BCOMMIT TRAN ENDELSEROLLBACK TRAN ENDELSE PRINT A帐户余额不足！帐户余

6、额不足！ENDELSE PRINT 帐户不存在！帐户不存在！计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.1 事务的基本概念（续）事务的基本概念（续）4、事务的使用实例在应用程序中设置事务在应用程序中设置事务例如：在java中，通过调用setAutoCommit(false)方法关系自动提交事务。采用commit()方法来提交数据库操作；rollback()方法来进行事务回滚。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院Connection conn=null;try try.conn=DriverManager.getConnection(connectionUrl);conn.setAutoCo

7、mmit(false);/禁止自动提交事务禁止自动提交事务/数据库操作数据库操作Statement stmt=conn.createStatement();String sqlText=update bank set money=money-1000 where uid=A;stmt.executeUpdate(sqlText);sqlText=select uid from bank where uid=B;ResultSet rs=stmt.executeQuery(sqlText);if(rs.next()sqlText=update bank set money=money+1000

8、where uid=B;stmt.executeUpdate(sqlText);mit();/事务提交事务提交out.println(转帐成功！转帐成功！);elseconn.rollback();/事务回滚事务回滚 out.println(转帐失败！转帐失败！);finally.计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述并发控制概述1、什么是事务的并发执行？T1T2T3T1T2T3（a a）事务的串行执行）事务的串行执行（b b）事务的并发执行（单处理机）事务的并发执行（单处理机）计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）2、并发事

9、务带来的不一致性问题丢失修改丢失修改丢失更新问题是由丢失更新问题是由于两个事务对同一于两个事务对同一数据并发写入所引数据并发写入所引起的起的 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）2、并发事务带来的不一致性问题不可重复读不可重复读事务事务T1T1和和T2T2并发并发执行，产生读值执行，产生读值不可复现的情况不可复现的情况 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）2、并发事务带来的不一致性问题读脏数据读脏数据读脏数据问题是读脏数据问题是由于一个事务读由于一个事务读另一个更新事务另一个更新事务尚未提交的数据尚

10、未提交的数据所引起的所引起的 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）并发控制的任务就是避免访问冲突所引起的数据不一致。数据库管理系统一般都提供并发控制机制，即采用对资源加锁的方法控制用户并发操作。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）3、封锁的概念事事务务T在在对对某某个个数数据据对对象象，如如表表、记记录录等等操操作作之之前前，需需要要向向系系统统发发出出请请求求，对对其其加加锁锁。加加锁锁后后事事务务T对对该该数数据据对对象象有有了了一一定定的的控控制制，在在事事务务T释释放放它它的的锁锁之之前前，

11、其其他他的的事事务务不不能能更更新新此数据对象。此数据对象。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）3、封锁的概念基本的封锁类型：基本的封锁类型：写写锁锁（排排它它锁锁，即即X锁锁）：若事务T对数据对象A加上X锁，则只允许T读取和修改A，其他任何事务都不能再对A加任何类型的锁，直至T释放A上的锁，保证了其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A。读读锁锁（共共享享锁锁，即即S锁锁）：若事务T对数据对象A加上S锁，则事务T可以读A，但不能修改A，其他事务只能再对A加S锁，而不能加X锁，直到T释放A上的S锁，保证了其他事务可以读A，但是不能对A进行任

12、何修改。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）T1Xlock(x)read(x)x:=x+1write(x)commitunlock(x)T2申请申请Xlock(x)等待等待等待等待等待等待等待等待等待等待Xlock(x)read(x)x:=x+1write(x)commitunlock(x)封锁机制解决封锁机制解决“丢失修改丢失修改”问题问题计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）6、活锁多多个个事事务务并并发发执执行行

13、时时，某某个个事事务务有有可可能能永永远远处于等待状态，形成了活锁的情形。处于等待状态，形成了活锁的情形。活锁的解决方式活锁的解决方式先来先服务计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）7、死锁一一个个事事务务如如果果申申请请锁锁而而未未获获准准，则则需需等等待待其其他他事事务务释释放放锁锁，这这就就形形成成了了事事务务间间的的等等待待关关系系。当当事事务务之之间间出出现现循循环环等等待待时时，如如果果不不加加干预则会一直等待下去，即出现死锁。干预则会一直等待下去，即出现死锁。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概

14、述（续）8、死锁的预防一次封锁法一次封锁法要求每个事务必须一次将所有要使用的数据全部加锁，否则就等待。缺点：扩大了封锁范围，降低了系统的并发度 难以预测所有需要封锁的对象计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）8、死锁的预防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进行封锁。缺点：维护封锁顺序非常困难 难以按规定去执行计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）9、死锁的诊断与解除诊断：诊断：（1）超时法：如果一个事务的等待时间超过了规定的时限，则认为发生了死锁。（2）等待图法：有

15、向图中如果存在回路，则表示出现了死锁。解除：解除：选择一个处理死锁代价最小的事务，释放该事务占有的资源计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）10、可串行性化调度定定义义：多多个个事事务务的的并并发发执执行行是是正正确确的的，当当且且仅仅当当其其结结果果与与按按某某一一次次序序串串行行地地执执行行这这些些事事务务时时的的结结果果相相同同，称称这这种种调调度度为为可可串串行行化化的的调度。调度。可串行性是评价并发调度正确性的准则。可串行性是评价并发调度正确性的准则。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）举例

16、：举例：有两个事务，分别包含下列操作(假定A、B的初值均为2)事务T：读B;A=B+1;写回A;事务T2：读A;B=A+1;写回B;两个事务串行的结果：T1-T2 结果1：A=3,B=4T2-T1 结果2：A=4,B=3计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）T1Slock(B)Read(B)：B=2Unlock(B)Xlock(A)A=B+1=3Write(A)commitunlock(A)T2Slock(A)Read(A)：A=2Unlock(A)Xlock(B)B=A+1=3Write(B)commitunlock(B)是否为正确的调是否为正确

17、的调度？即是否为可度？即是否为可串行化调度？说串行化调度？说明理由明理由计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）T1Slock(B)Read(B)：B=2Unlock(B)Xlock(A)A=B+1=3Write(A)commitunlock(x)T2Slock(A)等待等待等待等待等待等待等待等待Read(A)：A=3Unlock(A)Xlock(B)B=A+1=4Write(B)commitunlock(x)是否为正确的调是否为正确的调度？即是否为可度？即是否为可串行化调度？说串行化调度？说明理由明理由计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.

18、2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）11、两段锁协议对对数数据据对对象象加加锁锁时时约约定定的的规规则则称称为为封封锁锁协协议议。两两段锁协议是最常用的一种封锁协议。段锁协议是最常用的一种封锁协议。两两段段锁锁协协议议是是指指所所有有事事务务必必须须分分两两个个阶阶段段对对数数据据项加锁和解锁。项加锁和解锁。在对任何数据进行读、写操作之前，首先获得对数据的封锁；在释放一个封锁之后，事务不再申请和获得任何其他封锁；两两段段锁锁协协议议是是保保证证并并发发事事务务可可串串行行化化调调度度的的充充分分条件。条件。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）

19、T1Slock(B)Read(B)：B=2Xlock(A)A=B+1=3Unlock(B)Write(A)CommitUnlock(x)T2Slock(A)等待等待等待等待等待等待等待等待Read(A)：A=3Xlock(B)B=A+1=4Write(B)CommitUnlock(A)Unlock(x)加锁加锁阶段阶段解锁解锁阶段阶段遵守两段锁协议遵守两段锁协议的可串行化调度的可串行化调度计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）T1Slock(B)Read(B)：B=2Xlock(A)等待等待等待等待T2Slock(A)Read(A)：A=2Xloc

20、k(B)等待等待等待等待加锁加锁阶段阶段遵守两段锁协议遵守两段锁协议的并发调度可能的并发调度可能产生死锁的情况产生死锁的情况虽然两段锁协议与一次封锁法不同，不需要一次将所有需要虽然两段锁协议与一次封锁法不同，不需要一次将所有需要的数据全部加锁，但是由于加锁和解锁分成了两个阶段，也的数据全部加锁，但是由于加锁和解锁分成了两个阶段，也会导致死锁的产生。会导致死锁的产生。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）12、封锁粒度封锁对象的大小称为封锁粒度。封锁对象的大小称为封锁粒度。封封锁锁的的对对象象可可以以是是逻逻辑辑单单元元，如如数数据据项项、元元组组、

21、关关系系、索索引引、数数据据库库等等；也也可可以以是是物物理理单元，如页、块、物理记录等。单元，如页、块、物理记录等。封封锁锁的的粒粒度度越越大大，数数据据库库所所能能够够封封锁锁的的数数据据单单元元就就越越少少，并并发发度度越越小小，系系统统开开销销也也小小；反反之之，封封锁锁的的粒粒度度越越小小，并并发发度度越越高高，系系统统开销也越大。开销也越大。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）13、多粒度封锁一一个个DBMS系系统统中中同同时时支支持持多多种种封封锁锁粒粒度度供供不不同同的的事事务务选选择择是是比比较较理理想想的的，这这种种封封锁锁方

22、方法法称称为为多多粒粒度度锁锁（Multiple Granularity Locking）。选选择择封封锁锁粒粒度度应应同同时时考考虑虑封封锁锁开开销销和和并并发发度度两两个个因因素素，适适当当选选择择封封锁锁粒粒度度以以求求得得到到最最优优的的效效果。果。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）13、多粒度封锁多粒度树多粒度树多粒度树的根结点是整个数据库，表示最大的数据粒度。叶结点表示最小的数据粒度。多粒度封锁协议允许多粒度树中的每个结点可以被独立的加锁，对一个结点的加锁意味着这个结点的所有后裔结点也被加上了相同类型的锁。多粒度封锁在对数据对象进行

23、封锁时即要检查显示封锁，也要检查隐式封锁。导致效率较低。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.2 并发控制概述（续）并发控制概述（续）14、意向锁意意向向锁锁表表示示对对某某个个数数据据对对象象进进行行加加锁锁，必必须须先先对对其其上上层层结结点点加加意意向向锁锁。常常用用的的三三种种意意向向锁：锁：IS（意向共享锁）：对一个数据对象加IS，表示其后裔要加S锁。IX（意向排他锁）：对一个数据对象加IX，表示其后裔要加X锁。SIX（共享意向排他锁）：对一个数据对象加SIX，表示其后裔要先加S，再加IX。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复数据库备份与恢复数据库恢

24、复操作是指在系统出现故障时，由系统管理员或数据库所有者利用数据库备份和日志备份恢复系统或用户数据库。数据库恢复的目标是使之恢复到故障发生之前数据库最后的完整性状态。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复（续）1、故障种类事务内部故障事务内部故障事务由于自身原因未能达到预期的终点。有的情况是可预期的，有些情况是不可预期的。例如：银行转帐事务，把一笔金额从帐户A转移到帐户B，如果帐户A的存款不够，该事务就必须撤消。这个事务是可预期的，可通过应用程序解决。让事务回滚，撤销已作的修改，恢复数据库到正确状态。由于发生死锁而导致对事务的撤销或者违反了数据库的

25、完整性要求等故障属于不可预期的故障。因此对此类事务必须强制ROLLBACK，以保证数据库的一致性。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复（续）1、故障种类系统故障系统故障是指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。一般情况下是由于特定的硬件错误（如CPU故障）、操作系统故障、DBMS代码错误等。解决方法：解决方法：恢复系统必须在系统重新启动的时候让所有非正常终止的事务回滚，强行撤销所有未完成的事务。恢复系统要重作所有提交的事务，将数据库恢复到一致的状态。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复

26、（续）1、故障种类介质故障介质故障存储介质故障是指由于猛烈地碰撞使存储设备发生故障。此类故障的破坏性最大。计算机病毒计算机病毒人为的故障或破坏。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复（续）总结数据库的故障主要是两大类：总结数据库的故障主要是两大类：数据库被破坏数据库被破坏数据库中的数据处于不一致的状态数据库中的数据处于不一致的状态 采采用用数数据据库库恢恢复复技技术术解解决决数数据据库库的的故故障障，其本质是：数据冗余其本质是：数据冗余计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复（续）2、恢复的实现技术恢

27、复机制的关键问题：恢复机制的关键问题：1）如何建立冗余数据？2）如何利用冗余数据实施数据库恢复？建立冗余数据的技术：建立冗余数据的技术：1）数据转储2）登录日志文件计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复（续）2、数据转储转储是数据库恢复采取的最基本技术。转储是数据库恢复采取的最基本技术。转储分为静态转储和动态转储。转储分为静态转储和动态转储。静静态态转转储储通常选择数据库正处于完整性状态的适当时机，即在没有更新事务执行时，把整个数据库转储到其它介质上。动动态态转转储储是指转储期间允许对数据库进行存取或修改，即转储和用户事务可以并发执行。必须将转储

28、期间事务的活动记录下来，建立日志文件。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院P1,P2,P3,P4为为4个事务个事务P1事务在转储前就已提交，无须重做；事务在转储前就已提交，无须重做；P2为发生故障前就已经正常提交的事务，恢复时必须重为发生故障前就已经正常提交的事务，恢复时必须重做做P2事务；事务；P3,P4是未提交的事务，事务被撤销。是未提交的事务，事务被撤销。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院P1,P2,P3,P4为为4个事务个事务P1事务在转储前就已提交，无须重做；事务在转储前就已提交，无须重做；P2为发生故障前就已经正常提交的事务，恢复时必须重为发生故障前就已经正常提交的事务，

29、恢复时必须重做做P2事务；事务；P3,P4是未提交的事务，事务被撤销。是未提交的事务，事务被撤销。恢复时必须用备份数据和恢复时必须用备份数据和日志文件共同恢复。日志文件共同恢复。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复（续）2、数据转储根根据据转转储储的的数数据据，又又可可分分为为海海量量转转储储和和增增量量转储。转储。海量转储海量转储：每次转储全部数据库。增量转储增量转储：只转储上一次转储后更新过的数据。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复（续）3、登记日志文件日日志志文文件件是是用用来来记记录录

30、事事务务对对数数据据库库的的更更新新操操作作的的文文件件。所所有有事事务务的的更更新新日日志志都都放放在在同同一一个日志文件中。个日志文件中。日志文件中需要登记的内容：日志文件中需要登记的内容：事务的开始标记。事务的结束标记。事务对数据库的更新操作。包括：事务的标识，操作的类型，操作的对象，更新前数据的值，更新后数据的值。这些均做为日志文件的一个日志记录。这些均做为日志文件的一个日志记录。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复（续）3、登记日志文件登记日志文件必须遵循的原则：登记日志文件必须遵循的原则：登记的次序严格按照并发事务执行的时间次序必须

31、先写日志文件，再写数据库计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复（续）4、恢复策略事务故障的恢复事务故障的恢复反向扫描日志文件，查找该事务的更新操作对该事务的更新操作做逆向操作直至该事务的开始标记，事务故障恢复结束计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复（续）4、恢复策略系统故障的恢复系统故障的恢复正向扫描日志文件，找出所有已提交的事务，记入重做队列；找出所有未提交事务，记入撤销队列；对撤销队列的操作做撤销处理；对重做队列的操作做重做处理。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复

32、（续）数据库备份与恢复（续）4、恢复策略介质故障的恢复介质故障的恢复装入最新的备份，使数据库恢复到最近一次转储时的状态；动态转储的还需加入动态转储时的日志文件；利用日志文件对已完成的事务进行重做，对未完成的事务进行撤销。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.3 数据库备份与恢复（续）数据库备份与恢复（续）5、数据库镜像数数据据库库镜镜像像是是指指DBMS自自动动把把整整个个数数据据库库或或其中的关键数据复制到另一个磁盘上。其中的关键数据复制到另一个磁盘上。当当主主数数据据库库更更新新时时，DBMS自自动动把把更更新新后后的的数数据据复复制制过过去去，保保证证镜镜像像数数据据与与主主数数据据库库的的一致性。一致性。出出现现故故障障时时，可可用用镜镜像像数数据据自自动动进进行行数数据据库库的的恢恢复复。没没有有出出现现故故障障时时，还还可可以以用用于于并并发发操操作作，即即当当一一个个用用户户对对数数据据加加排排它它锁锁时时，其其他用户可以读镜像数据库上的数据。他用户可以读镜像数据库上的数据。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院8.4 小结小结事务的四个基本特性事务的四个基本特性并发控制的三类不一致性并发控制的三类不一致性并发控制的调度并发控制的调度数据库故障的种类数据库故障的种类数据库恢复的基本技术数据库恢复的基本技术