第10_11章_数据库恢复技术及并发控制

1、An Introduction to Database System2015数据库原理与应用数据库原理与应用第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术温浩宇温浩宇An Introduction to Database SystemDBMS的数据保护的数据保护n数据库系统中的数据是由DBMS统一管理和控制的，为了适应数据共享的环境，DBMS必须提供数据保护能力，以保证数据库中数据的安全可靠和正确有效。n数据保护n安全性n完整性n数据库恢复n并发控制An Introduction to Database System第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术10.1 事务的基本概念10.2 数据库

2、恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像An Introduction to Database System10.1 事务的基本概念事务的基本概念一、什么是事务二、如何定义事务三、事务的特性An Introduction to Database System一、什么是事务一、什么是事务n定义定义: :事务(Transaction)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。n事务和程序是两个概念n在关系数据库中，一个事务可以是一条SQL语句，一组SQL语句或整个程序n一个

3、应用程序通常包含多个事务n事务是恢复和并发控制的基本单位An Introduction to Database System二、如何定义事务二、如何定义事务n显式定义方式 BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACTION SQL 语句1 SQL 语句1 SQL 语句2 SQL 语句2 COMMIT ROLLBACKn隐式方式当用户没有显式地定义事务时，DBMS按缺省规定自动划分事务An Introduction to Database System事务结束事务结束COMMIT事务正常正常结束 提交提交事务的所有操作（更新）事务中所有对数据库的更新永久生效ROLLBACK事

4、务异常异常终止n事务运行的过程中发生了故障，不能继续执行回滚回滚事务的所有更新操作n事务滚回到开始时的状态An Introduction to Database System事务举例事务举例n例:将Course表“数据库”课程的编号由1改为8。注意：要修改两个表注意：要修改两个表,Course和和SC,两个都要修改成功，要么不修改两个都要修改成功，要么不修改 BEGIN TRANSACTION UPDATE Course Set Cno=8 Where Cno=1 UPDATE SC Set Cno=8 Where Cno=1 COMMITAn Introduction to Database

5、 System三、事务的特性三、事务的特性(ACID特性特性)事务的ACID特性：n原子性（Atomicity）n一致性（Consistency）n隔离性（Isolation）n持续性（Durability ）An Introduction to Database System1. 原子性原子性 事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做 。An Introduction to Database System2. 一致性一致性 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。一致性状态： 数据库中只包含成功事务提交的结果。不一致状态： 数据库中包含失败

6、事务的结果。An Introduction to Database System一致性与原子性一致性与原子性银行转帐例：银行转帐例：从帐号A中取出一万元，存入帐号B。n定义一个事务，该事务包括两个操作n这两个操作要么全做，要么全不做n全做或者全不做，数据库都处于一致性状态。n如果只做一个操作，数据库就处于不一致性状态。B=B+10000 A=A-10000BAAn Introduction to Database System3. 隔离性隔离性对并发执行而言一个事务的执行不能被其他事务干扰，即：n一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是隔离的。n并发执行的各个事务之间不能互相干扰。An

7、Introduction to Database SystemT1的修改被的修改被T2覆盖了！覆盖了！ 读A=16 AA-3写回A=13 读A=16 AA-1 写回A=15 T2T1非隔离性例子非隔离性例子An Introduction to Database System4. 持续性持续性n持续性也称永久性（Permanence），是指：n一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。n接下来的其他操作或故障不应该对其执行结果有任何影响。An Introduction to Database System事务的特性事务的特性 n保证事务ACID特性是事务处理的任务n破坏事务破坏事

8、务ACIDACID特性的因素特性的因素（1）多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行。（2）事务在运行过程中被强行停止。An Introduction to Database System10.2 数据库恢复概述数据库恢复概述n故障是不可避免的n计算机硬件故障n系统软件和应用软件的错误n操作员的失误n恶意的破坏n故障的影响n运行事务非正常中断n破坏数据库所以需要恢复机制所以需要恢复机制 ！An Introduction to Database System数据库恢复概述（续）数据库恢复概述（续）n数据库管理系统对故障的对策nDBMS提供恢复子系统n保证故障发生后，能把数据库中的数据从错误状态

9、恢复到某种逻辑一致的状态n保证事务ACIDn恢复技术是衡量DBMS优劣的重要指标An Introduction to Database System10.3 故障的种类故障的种类一、事务内部的故障二、系统故障三、介质故障四、计算机病毒An Introduction to Database System一、事务故障一、事务故障-用日志文件自动恢复用日志文件自动恢复n什么是事务故障n某个事务在运行过程中由于种种原因未运行至正常终止点就中断了n事务故障的常见原因n输入数据有误n运算溢出n违反了某些完整性限制n某些应用程序出错n并行事务发生死锁nAn Introduction to Database

10、System事务故障的恢复事务故障的恢复n发生事务故障时，中断的事务可能已把对数据库的部分修改写回磁盘n事务故障的恢复：撤消事务（UNDO）n强行回滚（ROLLBACK）该事务n清除该事务对数据库的所有修改，使得这个事务象根本没有启动过一样An Introduction to Database System例：银行转帐事务处理例：银行转帐事务处理BEGIN TRANSACTION 读A账户余额 A=A-1000 IF (A0) THEN ROLLBACK; ELSE 读B账户余额; B=B+1000; 写回B; COMMIT;An Introduction to Database System

11、二、系统故障二、系统故障-用日志文件自动恢复用日志文件自动恢复n什么是系统故障n整个系统的正常运行突然被破坏n所有正在运行的事务都都非正常终止n内存中数据库缓冲区的信息全部丢失n外部存储设备上的数据未受影响外部存储设备上的数据未受影响An Introduction to Database System系统故障的常见原因系统故障的常见原因n操作系统或DBMS代码错误n操作员操作失误（例：强制重启系统）n特定类型的硬件错误（如CPU故障）n突然停电An Introduction to Database System系统故障的恢复系统故障的恢复n 清除尚未完成的事务对数据库的所有修改n系统重新启动时

12、，恢复程序要强行撤消（UNDO）所有未完成事务n将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库写入数据库n系统重新启动时，恢复程序需要重做（REDO）所有已提交的事务日志文件日志文件已记录已记录An Introduction to Database System三、介质故障三、介质故障-人工恢复，用备份的数据人工恢复，用备份的数据n硬件故障使存储在外存中的数据部分丢失或全部丢失n介质故障比前两类故障的可能性小得多，但破坏性大得多An Introduction to Database System介质故障的常见原因介质故障的常见原因n硬件故障n磁盘损坏n操作系统的某种潜在错误n瞬时强磁场干扰An In

13、troduction to Database System介质故障的恢复介质故障的恢复n装入数据库发生介质故障前某个时刻的数据副本n重做自此时开始的所有成功事务，将这些事务已提交的结果重新记入数据库An Introduction to Database System四、计算机病毒四、计算机病毒-人工恢复，用备份的数据人工恢复，用备份的数据n恢复方法同介质故障An Introduction to Database System数据恢复操作的基本原理数据恢复操作的基本原理n恢复操作的基本原理：冗余 (原理很简单原理很简单)n利用存储在系统其它地方的冗余数据来重建数据库中已被破坏或不正确的那部分数据

14、n恢复的实现技术：复杂n一个大型数据库产品，恢复子系统的代码要占全部代码的10%以上An Introduction to Database System10.4 恢复的实现技术恢复的实现技术恢复机制涉及的两个关键问题1. 如何建立冗余数据n数据转储（backup）n登记日志文件（logging）2. 如何利用这些冗余数据实施数据库恢复An Introduction to Database System10.4.1 数据转储数据转储一、什么是转储二、转储的用途三、转储方法An Introduction to Database System一、什么是转储一、什么是转储n转储转储是指DBA将整个数据

15、库复制到磁带或另一个磁盘上保存起来的过程。n这些备用的数据文本称为后备副本后备副本或后援副本后援副本。An Introduction to Database System转储转储 故障发生点故障发生点 转储转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb Tb Tf Tf 重装后备副本重装后备副本 重新运行事务重新运行事务恢复恢复 An Introduction to Database System三、转储方法三、转储方法1静态转储与动态转储2海量转储与增量转储3转储方法小结An Introduction to Database System1静态转储静态转储n在系统中无运行事务时进

16、行转储n转储开始时数据库处于一致性状态n转储期间不允许对数据库进行任何存取、修改活动n优点：实现简单n缺点：降低了数据库的可用性n转储必须等用户事务结束n新的事务必须等转储结束才能进行An Introduction to Database System利用静态转储副本进行恢复利用静态转储副本进行恢复 （如果没有转储记录日志文件）重新运行事务。 故障发生点故障发生点 静态静态转储转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb Tb Tf Tf 重装后备副本重装后备副本 恢复恢复 An Introduction to Database System动态转储动态转储n转储操作与用户事务并

17、发进行并发进行n转储期间允许允许对数据库进行存取或修改n优点n不用等待正在运行的用户事务结束n不会影响新事务的运行n动态转储的缺点n不能保证副本中的数据正确有效An Introduction to Database System动态转储动态转储n利用动态转储得到的副本进行故障恢复n需要把动态转储期间各事务对数据库的修改活动登记下来，建立日志文件n后备副本+日志文件才能把数据库恢复到某一时刻的正确状态An Introduction to Database System利用动态转储副本进行恢复利用动态转储副本进行恢复 Ta Ta Tb Tb Tf Tf 动态动态转储转储 运行事务运行事务 故障发生

18、点故障发生点正常运行正常运行 登记日志文件登记日志文件 登记新日志文件登记新日志文件 转储日志文件转储日志文件 重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复恢复到一恢复到一 致性状态致性状态An Introduction to Database System2海量转储与增量转储海量转储与增量转储n海量转储: 每次转储全部数据库n增量转储: 只转储上次转储后更新过的数据n海量转储与增量转储比较n从恢复角度看，使用海量转储得到的后备副本进行恢复往往更方便n但如果数据库很大，事务处理又十分频繁，则增量转储方式更实用更有效An Introduction to Dat

19、abase System3转储方法小结转储方法小结n转储方法分类 转储状态转储状态动态转储动态转储静态转储静态转储转储转储方式方式海量转储海量转储动态海量转储动态海量转储静态海量转储静态海量转储增量转储增量转储动态增量转储动态增量转储静态增量转储静态增量转储An Introduction to Database System转储策略转储策略n应定期进行数据转储，制作后备副本。n但转储又是十分耗费时间和资源的，不能频繁进行。nDBA应该根据数据库使用情况确定适当的转储周期和转储方法。 例如：n每天晚上进行动态增量转储n每周进行一次动态海量转储n每月进行一次静态海量转储An Introductio

20、n to Database System10.4.2 登记日志文件登记日志文件一、日志文件的内容二、日志文件的用途三、登记日志文件的原则An Introduction to Database System一、日志文件的内容一、日志文件的内容1. 什么是日志文件定义：定义：日志文件(log)是用来记录事务对数据库的 更新更新操作的文件。2. 日志文件的格式以记录为单位的日志文件以数据块为单位的日志文件An Introduction to Database System日志文件的内容（续）日志文件的内容（续）3. 日志文件内容n各个事务的开始标记(BEGIN TRANSACTION)n各个事务的所

21、有更新更新操作n各个事务的结束标记(COMMIT或ROLLBACK)日志文件中的一个日志记录 (log record) 每个事件的开始标记 每个更新操作均作为均作为日志文件的一个日志记录日志记录 每个事件的结束标记An Introduction to Database System4. 基于记录的日志文件基于记录的日志文件每条日志记录的内容n事务标识（标明是那个事务）n操作类型（插入、删除或修改）n操作对象（记录ID）n更新前数据的旧值（对插入操作而言，此项为空值）n更新后数据的新值（对删除操作而言, 此项为空值）An Introduction to Database System5. 基于数

22、据块的日志文件基于数据块的日志文件每条日志记录的内容n事务标识（标明是那个事务）n操作对象（Block NO.）n更新前前数据所在的整个数据块的值（对插入操作而言，此项为空值）n更新后后整个数据块的值（对删除操作而言, 此项为空值）An Introduction to Database System二、日志文件的用途二、日志文件的用途1用途n、进行事务故障恢复n、进行系统故障恢复n、协助后备副本进行介质故障恢复An Introduction to Database System日志文件的用途（续）日志文件的用途（续）静态转储时静态转储时2与静态转储静态转储后备副本配合进行介质故障恢复n静态转储

23、的数据已是一致性的数据n如果静态转储完成后，仍能定期转储日志文件仍能定期转储日志文件，则在出现介质故障重装数据副本后，可以利用这些日志文件副本对已完成的事务进行重做处理n这样不必重新运行那些已完成的事务程序就可把数据库恢复到故障前某一时刻的正确状态An Introduction to Database System日志文件的用途（续日志文件的用途（续）静态转储时静态转储时 故障发生点故障发生点 静态转储静态转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb TfTb Tf 登记日志文件登记日志文件 重装后备副本重装后备副本 利用日志文件恢复事务利用日志文件恢复事务 继续运行继续运行介质

24、故障恢复介质故障恢复 登记日志文件登记日志文件 An Introduction to Database System日志文件的用途（续）日志文件的用途（续）动态转储时动态转储时3介质故障恢复：LOG FILE + 动态转储后备副本n动态转储数据库：同时转储同一时间点的日志文件同时转储同一时间点的日志文件n后备副本与该日志文件结合起来才能将数据库恢复到一致性状态。n利用这些日志文件副本进一步恢复事务，避免重新运行事务程序。An Introduction to Database System三、登记日志文件的原则三、登记日志文件的原则n为保证数据库是可恢复的，登记日志文件时必须遵循两条原则1、登记

25、的次序严格按并行事务执行的时间次序2、必须先写日志文件先写日志文件，后写数据库n写日志文件操作：把表示这个修改的日志记录 写到日志文件n写数据库操作：把对数据的修改写到数据库中An Introduction to Database System登记日志文件的原则（续）登记日志文件的原则（续）n为什么要先写日志文件n写数据库和写日志文件是两个不同的操作n在这两个操作之间可能发生故障n如果先写了数据库修改，而在日志文件中没有登记下这个修改，则以后就无法恢复这个修改了n如果先写日志，但没有修改数据库，按日志文件恢复时只不过是多执行一次不必要的UNDO操作，并不会影响数据库的正确性An Introdu

26、ction to Database System10.5 恢复策略恢复策略 不同故障其恢复策略和方法也不一样10.5.1 事务故障的恢复10.5.2 系统故障的恢复10.5.3 介质故障的恢复An Introduction to Database System10.5.1 事务故障的恢复事务故障的恢复n事务故障：事务在运行至正常终止点前被中止n恢复方法n由恢复子系统利用日志文件撤消（撤消（UNDOUNDO）此事务已对数据库进行的修改n事务故障的恢复由系统自动完成，不需要用户干预An Introduction to Database System10.5.1 事务故障的恢复步骤事务故障的恢复步骤

27、1. 反向扫描文件日志（即从最后向前扫描日志文件即从最后向前扫描日志文件），查找该事务的更新操作。2. 对该事务的更新操作执行逆操作。即将日志记录中“更新前的值”（Befor Image, BI）写入数据库。n插入操作， “更新前的值”为空，则相当于做删除操作n删除操作，“更新后的值”为空，则相当于做插入操作n若是修改操作，则用BI 代替 AI（After Image）3. 继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做同样处理。4. 如此处理下去，直至读到此事务的开始标记读到此事务的开始标记，事务故障恢复就完成了。An Introduction to Database System10

28、.5.2 系统故障的恢复系统故障的恢复n系统故障造成数据库不一致状态的原因n一些未完成事务对数据库的更新已写入数据库n一些已提交事务对数据库的更新还留在缓冲区没来得及写入数据库n恢复方法n1. Undo 故障发生时未完成的事务n2. Redo 已完成的事务n系统故障的恢复由系统在重新启动时自动完成，不需要用户干预An Introduction to Database System10.5.2 系统故障的恢复系统故障的恢复步骤步骤1.正向扫描日志文件（即从头扫描日志文件）,形成nRedo队列: 在故障发生前已经提交的事务 (既有BEGIN TRANSACTION记录, 也有COMMIT记录) T

29、1, T3, T8.nUndo队列:故障发生时尚未完成的事务 (只有BEGIN TRANSACTION记录, 没有COMMIT记录) T2, T4, T5, T6, T7, T9 .An Introduction to Database System系统故障的恢复步骤系统故障的恢复步骤2. 对Undo队列事务进行UNDO处理 反向扫描日志文件，对每个UNDO事务的更 新操作执行逆操作 T2, T4, T5, T6, T7, T9 3. 对Redo队列事务进行REDO处理 正向扫描日志文件，对每个REDO事务重新 执行登记的操作 T1, T3, T8.An Introduction to Dat

30、abase System10.5.3 介质故障的恢复介质故障的恢复1. 重装数据库， 使数据库恢复到一致性状态2. 重做（日志文件中）已完成的事务An Introduction to Database System10.5.3 介质故障的恢复介质故障的恢复n恢复步骤1. 装入最新的后备数据库副本，使数据库恢复到最近一次转储时的一致性状态。n对于静态转储的数据库副本，装入后数据库即处于一致性状态n对于动态转储的数据库副本，还须同时装入还须同时装入转储时刻的日志文件副本，转储时刻的日志文件副本，利用与恢复系统故障相同的方法（即REDO+UNDO），才能将数据库恢复到一致性状态。An Introdu

31、ction to Database System利用静态转储副本将数据库恢复到一致性状态利用静态转储副本将数据库恢复到一致性状态 故障发生点故障发生点 静态静态转储转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb Tb Tf Tf 登记日志文件登记日志文件 重装后备副本重装后备副本 恢复恢复 An Introduction to Database System利用动态转储副本将数据库恢复到一致性状态利用动态转储副本将数据库恢复到一致性状态 Ta Ta Tb Tb Tf Tf 动态动态转储转储 运行事务运行事务 故障发生点故障发生点正常运行正常运行 登记日志文件登记日志文件 登记新日志

32、文件登记新日志文件 转储日志文件转储日志文件 重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复恢复到一恢复到一 致性状态致性状态An Introduction to Database System介质故障的恢复（续）介质故障的恢复（续）2. 装入有关的日志文件副本，重做已完成的事务。n首先扫描日志文件，找出故障发生时已提交的事务的标识，将其记入重做队列。n然后正向扫描日志文件，对重做队列中的所有事务进行重做处理。即将日志记录中“更新后更新后的值的值”写入数据库。An Introduction to Database System介质故障的恢复（续）介质故障的恢复

33、（续）介质故障的恢复需要DBA介入nDBA的工作n重装最近转储的数据库副本和有关的各日志文件副本n执行系统提供的恢复命令 n具体的恢复操作仍由DBMS完成An Introduction to Database System10.7 数据库镜像数据库镜像n介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严重影响数据库的可用性n介质故障恢复比较费时n为预防介质故障，DBA必须周期性地转储数据库n提高数据库可用性的解决方案n数据库镜像（Mirror）An Introduction to Database System数据库镜像（续）数据库镜像（续）n数据库镜像nDBMS自动把整个数据库或其中的关键数据复制到

34、另一个磁盘上nDBMS自动保证镜像数据与主数据的一致性(图10.5a)An Introduction to Database System数据库镜像的用途数据库镜像的用途n出现介质故障时nDBMS自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢复，不需要关闭系统和重装数据库副本(图10.5b)n没有出现故障时n可用于并发操作(图10.5a)n一个用户对数据加排他锁修改数据n其他用户可以读镜像数据库上的数据An Introduction to Database System数据库镜像（续图数据库镜像（续图10.5）An Introduction to Database System第十一章第十一章 并发控制并

35、发控制11.1 并发控制概述11.2 封锁11.3 封锁协议11.4 活锁和死锁11.5 并发调度的可串行性11.6 两段锁协议11.7 封锁的粒度An Introduction to Database System 并发控制并发控制 数据库是一个共享资源,可以供多个用户使用。在这样的系统中，同一时间并行运行并行运行的事务数可达数百上千、甚至更多数百上千、甚至更多。多事务执行方式多事务执行方式 (1)事务串行执行n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n不能充分利用系统资源，发挥数据库共享资源的特点An Introduction to Database System

36、并发控制（续）并发控制（续）(2)交叉并发方式（interleaved concurrency）n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n是单处理机系统中的并发方式，能够减少处理机的空闲时间，提高系统的效率An Introduction to Database System并发控制（续）并发控制（续）(3)同时并发方式（simultaneous concurrency）n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，实现多个事务真正的并行运行n最理想的并发方式，但受制于硬件环境n更复杂的并发方式机制 本章讨论的数据库系统并发控制技术是以本章讨论的数据库

37、系统并发控制技术是以单处单处理机系统理机系统为基础的。为基础的。An Introduction to Database System事务并发执行带来的问题事务并发执行带来的问题n可能会存取和存储不正确的数据，破坏事务的隔离性和数据库的一致性nDBMS必须提供并发控制机制n并发控制机制也是衡量一个DBMS性能的重要标志之一An Introduction to Database System11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述n并发控制机制的任务n对并发操作进行正确调度n保证事务的隔离性n保证数据库的一致性An Introduction to Database SystemT1的修改被的修

38、改被T2覆盖了！覆盖了！ 读A=16 AA-3写回A=13 读A=16 AA-1 写回A=15 事务 T2事务 T1数据不一致实例：飞机订票系统数据不一致实例：飞机订票系统An Introduction to Database System并发操作带来的数据不一致性并发操作带来的数据不一致性n1、丢失修改（lost update）n2、不可重复读（non-repeatable read）n3、读“脏”数据（dirty read）An Introduction to Database System1. 丢失修改丢失修改丢失修改丢失修改是指事务1与事务2从数据库中读入同一数据并修改 事务2的提交结

39、果破坏了事务1提交的结果，导致事务1的修改被丢失。An Introduction to Database System2. 不可重复读不可重复读不可重复读不可重复读是指事务1读取数据后，事务2执行更新操作，使事务1无法再现前一次读取结果。An Introduction to Database System3. 读读“脏脏”数据数据事务1修改某一数据，并将其写回磁盘事务2读取同一数据后事务1由于某种原因被撤消，这时事务1已修改过的数据恢复原值事务2读到的数据就与数据库中的数据不一致，是不正确的数据，又称为“脏”数据。An Introduction to Database System图图11.1

40、 三种数据不一致性三种数据不一致性 T1T2 读A=16 AA-1 写回A=15 读A=16 AA-1写回A=15(a) 丢失修改丢失修改An Introduction to Database System图图11.1 三种数据不一致性三种数据不一致性(续续) 读B=100 BB*2写回B=200 读A=50 读B=100 求和=150 读A=50 读B=200 求和=250 (验算不对) T2T1(b) 不可重复读不可重复读An Introduction to Database System图图11.1 三种数据不一致性三种数据不一致性(续续) 读C=200 读C=100 CC*2 写回C

41、ROLLBACK C恢复为100T2T1(c) 读读“脏脏”数据数据An Introduction to Database System产生数据不一致的原因及处理对策产生数据不一致的原因及处理对策n原因 产生上述三类数据不一致的主要原因是并发操作破坏了并发操作破坏了事务的事务的隔离性。隔离性。n对策 并发控制就是要用正确的方式调度并发操作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。 并发控制的主要技术就是封锁。封锁。An Introduction to Database System11.2 封锁封锁一、什么是封锁二、基本封锁类型三、基本锁的相容

42、矩阵An Introduction to Database System一、什么是封锁一、什么是封锁n定义定义:封锁就是事务T在对某个数据对象（例如表、记录等）操作之前，先向系统发出请求，对其加锁。n加锁后事务T就对该数据对象有了一定的控制，在事务T释放它的锁之前，其它的事务不能更新更新此数据对象。n封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术An Introduction to Database System二、基本封锁类型二、基本封锁类型nDBMS通常提供了多种类型的封锁。一个事务对某个数据对象加锁后究竟拥有什么样的控制是由封锁的类型决定的。n基本封锁类型n排它锁（eXclusive lock，

43、简记为X锁）n共享锁（Share lock，简记为S锁）An Introduction to Database System排它锁排它锁n排它锁又称为写锁n定义: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，其它任何事务都不能再对A加任何类型的锁，直到T释放A上的锁。An Introduction to Database System共享锁共享锁n共享锁又称为读锁n定义:若事务T对数据对象A加上S锁，则其它事务只能再对A加S锁，而不能加X锁，直到T释放A上的S锁。An Introduction to Database System三、锁的相容矩阵三、锁的相容矩阵Y=Yes，相容的请求，

44、相容的请求N=No，不相容的请求，不相容的请求 表示不加锁表示不加锁 T1 T2XS-XNNYSNYY-YYYAn Introduction to Database System11.3 封锁协议封锁协议n在运用X锁和S锁对数据对象加锁时，需要约定一些规则,称这些规则为封锁协议封锁协议(Locking Protocol)。 n何时申请X锁或S锁n持锁时间、何时释放n 不同的封锁协议，在不同程度上不同程度上为并发操作的正 确调度提供一定的保证n常用的封锁协议：三级封锁协议An Introduction to Database System1级封锁协议级封锁协议n定义:事务T在修改数据R之前必须先

45、对其加X锁，直到事务结束才释放。n正常结束（COMMIT）n非正常结束（ROLLBACK）n1级封锁协议可防止丢失修改可防止丢失修改n在1级封锁协议中，如果是读数据，是不需要加锁的，所以它不能保证可重复读和不读“脏”数据。An Introduction to Database System1级封锁协议级封锁协议T1T2 Xlock A 获得 读A=16 AA-1 写回A=15 Commit Unlock A Xlock A等待等待等待等待获得Xlock A读A=15AA-1写回A=14CommitUnlock A 没有没有丢失修改丢失修改 An Introduction to Database

46、 System1级封锁协议级封锁协议 读A=15 Xlock A 获得 读A=16 AA-1 写回A=15 RollbackUnlock AT2T1读读“脏脏”数据数据An Introduction to Database System1级封锁协议级封锁协议 Xlock B 获得 读B=100 BB*2 写回B=200 Commit Unlock B读A=50 读B=100 求和=150读A=50 读B=200 求和=250 (验算不对) T2T1不可重复读不可重复读An Introduction to Database System 2级封锁协议级封锁协议n定义: 1级封锁协议+事务T在读取

47、数据R前必须先加S锁，读完后即刻释放S锁。n2级封锁协议可以防止丢失修改和读可以防止丢失修改和读“脏脏”数据。数据。n在2级封锁协议中，由于读完数据后即可释放S锁，所以它不能保证可重复读不能保证可重复读。An Introduction to Database System2级封锁协议级封锁协议不可重复读不可重复读 Sclock A 获得 读A=50 Unlock A Sclock B 获得 读B=100 Unlock B 求和=150 Xlock B等待等待获得Xlock B读B=100BB*2写回B=200CommitUnlock BT2T1Sclock A 获得 读A=50 Unlock

48、A Sclock B 获得 读B=200 Unlock B 求和=250 (验算不对验算不对) T2T1 (续)An Introduction to Database System 3级封锁协议级封锁协议n定义: 1级封锁协议 + 事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，直到事务结束才释放。n3级封锁协议可防止丢失修改、读脏数据和不可重可防止丢失修改、读脏数据和不可重复读。复读。An Introduction to Database System3级封锁协议级封锁协议T1T2 Slock A 读A=50 Slock B 读B=100 求和=150 读A=50 读B=100 求和=150 Commit Unlock A Unlock B Xlock B等待