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  • 冲突可串行化调度
    2022-01-02 10:44:22

    Transaction

    Definition:

    • A transaction is a unit of program execution that accesses and possibly updates various data items
    • For example, transfer money from one account to another

    ACID Properties:

    1. Atomicity 原子性

      Either all operations of the transaction are properly reflected in the database, or none are. Ensuring atomicity is the responsibility of the recovery system.

    2. Durability 持久性

      After a transaction completes, the changes it has made to the database persist, even if there is a system failure. Ensuring durability is the responsibility of the recovery system.

    3. Isolation 隔离性

      The intermediate inconsistent states from other concurrently executed transactions must be hidden. Ensuring isolation is the responsibility of the concurrency control system.

    4. Consistency 一致性

      If a transaction is run atomically in isolation starting from a consistent database, the database must again be consistent at the end of the transaction. Ensuring consistency is the responsibility of the application programmer.

    Schedules 调度

    specify the order in which instructions of concurrent transactions are executed

    Serial Schedule 串行调度

    The transactions execute one by one, without interleaving

    Serializability 可串行化调度

    A schedule is serializable if it is equivalent to a serial schedule.
    即:如果一个调度能够与某个串行调度等价,它就是“可串行化”的,也叫“可串行化调度”

    Order of Instructions

    1. If I and J access the same data item

      If I=read(Q), J=read(Q), then the order of I and J does not matter
      If I=read(Q), J=write(Q), then their order matters
      If I=write(Q), J=read(Q), then their order also matters
      If I=write(Q), J=write(Q), then their order also matters

    2. We say that I and J conflict if they access the same data item and at least one of them is a write operation

    Conflict Serializability 冲突可串行化

    We say that a schedule S is conflict serializable (冲突可串行化) if it is conflict equivalent to a serial schedule
    即:如果把一个调度S中的不冲突命令调换位置后,可得到一个串行调度,那么这个调度S是“冲突可串行化”

    区别:

    1. Serial schedule 串行调度

      the transactions execute one by one, without interleaving

    2. Serializable schedule 可串行调度

      equivalent to a serial schedule

    3. Conflict serializable schedule 冲突可串行调度

      conflict equivalent to a serial schedule

    Recoverable Schedules 可恢复调度

    For each pair of transactions X and Y,
    if Y reads a data item previously written by X, then Y must commit after X has committed
    即:如果 Y 读了 X 修改过的数据,那么在 X 提交后,Y 才能提交

    Cascadeless Schedules 无连锁回滚调度

    For each pair of transactions X and Y ,
    if Y reads a data item previously written by X,
    then Y must read after X has committed
    在 X 提交后,Y 才能读 X 修改过的数据

    无连锁回滚调度一定是可恢复调度

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    内容主线:

    并发调度的可串行性

            DBMS对并发事务不固的调度可能会产生不同的结果,有正确的,有不正确的。显然串行调度是正确的。

            执行结果等价于串行调度的调度也是正确的,这样的调度叫做可串行化调度

            1、可串行化调度

            定义:

            多个事务的并发执行是正确的,当且仅当其结果与按某一次序串行地执行这些事务时的结果相同,称这种调度策略为可串行化(Serializable)的调度。

            可串行性(Serializability):

            并发事务正确调度的准则。按这个准则规定,一个给定的并发调度,当且仅当它是可串行化的,才认为是正确的调度。 

            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
            设A,B的初值均为2。
            (p317图11.7串行调度、可串行化的调度、不可串行化的调度) 

             2、冲突可串行化调度

            具有什么样性质的调度是可串行化的调度?如何判断某个调度是可串行化的调度?下面给出判断可串行化调度的充分条件
            设有两个事务Ti和Tj,其调度为S,S中有两个相邻的语句li和lj(指read(读)或write(写)语句),分别来自Ti和Ti。如果li和lj不同的数据操作,那么交换li和Ii的次序丝毫不影响调度执行的结果。当li和Ij对同一数据Q操作时,就不一定了。下面就li和Ij对同一数据进行操作,讨论其次序是否可交换

            (1)li=read(Q),j=read(Q)。

            此时事务Ti和Tj读到同样的Q值可忽视li和lj的先后次序

            (2)li=read(Q),Ij=write(O)。

            在调度S中,如果li在lj之前,那么Ti没有读到Tj中写回的Q值,如果lj在li之前,那么Ti读了Tj中写回的Q值。这样,li和lj的次序是很重要的。
            (3)li=write(Q),Ij=read(Q)。

            情况与(2)类似。
            (4)li=write(Q),Ij=write(Q)。

            由于li和lj都是写操作,因此对事务Ti和Tj都没有影响。但数据库中保存的是Ti和Tj后一个写操作的结果,因而li和lj的次序对调度S中中随后的read语句有影响。如果调度中没有其它写语句,那么li和lj的次序直接影响到事务结束后数据库中的值。 

            上面只有第(1)种情况中,与li和lj的先后次序无关,其它都有关系。

            定义:li和lj分别是并发事务Ti和Tj中的read或write语句,并在并发调度中相邻。当li和j是对同一数据操作时,并且致少有一个是write语句,我们称li和ij是一对“冲突”的语句,否则称为“非冲突”的语句。

            在调度S中,有一对相邻的语句是“非冲突”的语句,那么它们的先后次序可以交换。交换后产生的新调度S和S等价。  

            例:

    T1      T2  
    ①read(A)
    ②write(A)
    read(A)
    write(A)
    ⑤read(B)
    ⑥write(B)
    read(B)
    write(B)

            调度如下:

            Sc=r1(A)w1(A)r2(A)w2(A)r1(B)w1(B)r2(B)w2(B)

            w1(A)r2(A)此处:w1(A):事务T1 对A 写操作 r2(A) 事务T2 对A读操作  两者为相邻操作且同对A 操作,所以此时为冲突语句,顺序不可以交换!

            w2(A)r1(B)w1(B) :此时是对不同数据进行读写,不是冲突语句,所以此时可以交换顺序

            Sc=r1(A)w1(A)r2(A)r1(B)w1(B)w2(A)r2(B)w2(B)

            S`c=r1(A)w1(A)r1(B)w1(B)r2(A)w2(A) r2(B)w2(B)

            将Sc中不冲突的调度的顺序进行调整,变成了S`c先执行事务T1 再执行事务T2,为串行调度
            在这个并发调度中,事务T1中的w1(A)和T2中的r2(A)是一对冲突的语句,次序不能交换。

            交换非冲突语句:

            [1]T2中的w2(A)和T1中的r1(B)w1(B)交换;

            [2]T2中的r2(A)和T1中的r1(B)w1(B)交换;

            等价于先执行T1后执行T2的串行调度

            定义:

            如果调度S`是从调度S通过交换一系列的非冲突语句得到,那么称S和S是一对“冲突等价”调度。如果调度S与某个串行调度是“冲突等价”,那么称调度S是“冲突可串行化”的调度。 

             冲突可串行化的调度:可以推出这个调度是可串行化的调度

            可串行化的调度:不能推出这个调度是冲突可串行化的调度

            两段锁协议

            为了保证并发调度的正确性,DBMS的并发控制机制必须提供一定的手段来保证调度是可串行化的。目前DBMS普遍采用两段锁(Two-Phase Locking,简称2PL)协议的方法实现并发调度的可串行性,从而保证调度的正确性。

            两段锁协议是封锁协议的一种。

            【封锁协议(LockingProtocol):

            在运用封锁方法时,对数据对象加锁时需要约定一些规则,例如何时申请封锁、持锁时间、何时释放封锁等。我们称这些规则为封锁协议

            约定不同的规则,就形成了各种不同的封锁协议。两段封锁协议是最常用的一种封锁协议,理论上已经证明使用两段封锁协议产生的是可串行化调度。】 

            两段锁协议(考):

            是指所有事务必须分两个阶段对数据项加锁和解锁:

            1)在对任何数据进行速、写操作之前,事务首先要申请并获得对该数据的封锁,

            2)在释放一个封锁之后,事务不再获得任何其他封锁。

            “两段”锁的含义事务分为两个阶段:

            第一阶段是获得封锁,也称为扩展阶段:

            在这阶段,事务可以申请获得任何数据项上的任何类型的锁,但不能释放任何锁, 

             第二阶段是释放封锁,也称为收缩阶段。

            在这阶段,事务可以释放任何数据项上的任何类型的锁,但不能再申请任何锁

            例如:

            事务Ti遵守两段锁协议,其封锁序列是:
            Slock A…Slock B… Xlock C…(第一段锁协议:加锁)Unlock B….Unlock A….UnlockC:(释放封锁阶段:只能释放封锁)
            事务Tj不遵守两段锁协议,其封锁序列是:
            Slock A(获得锁) .…. Unlock A(释放锁)…. Slock B(获得锁)… Xlock C… Unlock C(释放锁)….Unlock B:

            可以证明,并发执行的所有事务遵守两段锁协议,则对这些事务的任何并发调度策略都是可串行化的。(p301验证例子)。所有遵守两段锁协议的事务,其并发执行的结果一定是正确的

            事务遵守两段锁协议是可串行化调度的充分条件(遵循两端锁协议=>可串行化调度),而不是必要条件(可串行调度!=>遵循两段锁协议)。 

    封锁粒度 (自己看书了解):需要掌握多粒度封锁、意向锁

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  • 什么是冲突可串行化调度、怎么判断冲突可串行化调度

    目录

    一、同一事务

    二、可串行化调度

    三、冲突可串行化调度

    四、冲突可串行判别算法

    五、参考


    一、同一事务

    Ri(x):表示事务 Ti 读 x

    Wj(x):表示事务 Tj 写 x

    什么是同一事务:只要下标一样就是同一事务。比如说 Ri(x)Wi(x) 都是Ti事务,该事务包括一次读一次写操作。记住,不在乎读写操作谁在前,只要下标一样,其实就是同一事务。

    实例1, 串行调度:

    {\color{Red} R_{1}(A)W_{1}(A)R_{1}(B)W_{1}(B)}{\color{Blue} R_{2}(A)W_{2}(A)R_{2}(B)W_{2}(B)}

    该调度操作很多,操作数据也有A、B两种,但可以看到前面一部分操作都是 T_{1} 事务,后面一部分都是 T_{2} 事务,该调度就是串行调度 T_{1}T_{2}

    实例2,什么样的调度不是串行调度?

    {\color{Red} R_{1}(A)W_{1}(A)}{\color{Blue} R_{2}(A)W_{2}(A)}{\color{Red} R_{1}(B)W_{1}(B)}{\color{Blue} R_{2}(B)W_{2}(B)}

     可以事务执行的次序 T1 -> T2 -> T1 -> T2,事务T1不是一次性执行完的,中间还插入了一个事务T2,这种执行方式就叫交叉并发执行,而不是串行执行的。

    二、可串行化调度

    一个调度是正确的有两种情况:

    本身就是一个串行调度,如实例1

    是一个可串行化调度。调度比较复杂,如实例2,但它的执行结果与某一次序串行调度的结 果一致时就行。

    这里某一次序包括T_{1}T_{2}T_{2}T_{1} 两种。只要原结果与这两种中一个相同就行。

    当有三个事务T_{1}T_{2}T_{3}时,有123、132、213、231、312、321共六种次序。

    注意这里指的次序是事务的次序,而一个事务内部很多操作,这些内部操作的次序是不能改变的,原因后面再说。

     对于非串行调度,我们通过与每一种次序结果的比较,得出该调度是不是可串行调度,也就是该调度是不是正确的。

    这时候就有小伙伴要提出:这样一个一个比较是不是太繁琐了?的确,所有又提出了冲突可串行化调度的概念。

    三、冲突可串行化调度

    提醒一下:王珊老师的《数据库系统概念》中冲突的类型没有写第一种,所以事务内部两个操作的顺序是不能换的

    也就是说原调度Sc只要交换两个事务不冲突的操作,如果能转化为一个串行调度Sc^{'},那么Sc为冲突可串行化调度,即是正确的调度。

    例如:实例2通过交换次序转化为实例1,实例2就是一个冲突可串行调度。

     

     注意:

     这里调度L1和L2对X的结果其实都是决定于W_{3},即使L2不满足冲突可串行化,但W_{3}在最后面起决定作用,所以调度L2也是正确的。

    这时候又有小伙伴要提出了:做题的时候我不管怎么交换次序也得不到Sc^{'},我不能说由于我没有找到,所以它就不是冲突可串行化调度?的确,我们要知道怎么证明调度是非冲突可串行化调度。

    四、冲突可串行判别算法

    我们重点分析一下实例2:

      所以,我们拿到一个调度,你就直接画有向图,根据有向图进行判断。

    留个例题,欢迎大家留言:

    五、参考:

    b站 哈尔滨工业大学-数据库系统(上+中+下)P235https://www.bilibili.com/video/BV1PJ411F78b?p=236&vd_source=638f399bdd78ea702c3b0541b704e044可串行化 冲突可串行化 判断方法_bijingrui的博客-CSDN博客_冲突可串行化https://blog.csdn.net/bijingrui/article/details/105479502

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    • 冲突操作是指不同事务对同一数据的读写操作和写写操作(至少涉及同一个数据库元素的写操作)
      简言之:就是一个事务在读时,另一个事务不能再来写该数据
      一个事务在写时,另一个事务也再写/读

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      1,同一事物的两个操作(用户固定好的不能改变)
      2,不同事务的冲突操作(针对两个事务操作同一个数据对象),读和写一旦交换,(读a=3,写a=a+1,a=4,交换后a=a+1,a=4,读a=4),显然交换后读的数据不一样
      两个写操作也是,如两个事务A,B分别加减1,(A:a+1=4,B:a-1=3),交换后(B:a-1=2,A:a+1=3),值变了
      下面时两个问题,

      通过交换每个事务可以挨着一起,那么就是冲突可串行化调度在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
      另外,冲突可串行化调度一定是可串行化调度,但是串行化调度不一定时冲突可串行化调度,冲突可串行化调度是它的子集在这里插入图片描述

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冲突可串行化调度