Sistemas de Gerência de Bancos de Dados. 5 - Controle de Concorrência Tópicos Adicionais

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1 Sistemas de Gerência de Bancos de Dados 5 - Controle de Concorrência Tópicos Adicionais 1

2 Problema dos "Fantasmas" "Hot Spots" Bloqueio em Árvores-B+ Tópicos 2

3 Problema dos "Fantasmas" Ações elementares revisitadas: W(x) não exige que x pré-exista no BD W(x) não exige uma leitura prévia R(x) do objeto modelagem de inserção de um novo objeto x: através de W(x), sem ser precedido por R(x) modelagem de remoção de um objeto x: através de W(x), sem ser precedido por R(x) 3

4 Descrição do BD: Problema dos "Fantasmas" CONTA[No, Saldo, Agência] Descrição das transações: T1: select sum(saldo) from Conta where Agência = "Centro" Nota: as contas originais estão armazenadas nas páginas x1 e x2 T2: insert into Conta values (37, 2000, "Centro") Nota: a nova tupla inserida por T2 ficará armazenada na página y T3: (acrescenta 10% ao saldo da conta 37 e acrescenta 10% ao saldo de uma conta armazenada em x2) 4

5 Problema dos "Fantasmas" Execução concorrente C : R11(x1) W2(y) R31(y) W31(y) R32(x2) W32(x2) R12(x2) C satisfaz o 2PL S11(x1) R11(x1) X2(y) W2(y) U2(y) X31(y) X32(x2) R31(y) W31(y) R32(x2) W32(x2) U31(y) U32(x2) S12(x2) R12(x2) U11(x1) U12(x2) pb(2) < pb(3) < pb(1) C é aparentemente equivalente à seguinte execução serial S: W2(y) R31(y) W31(y) R32(x2) W32(x2) R11(x1) R12(x2) mas esta seqüência não é uma abstração da execução T2, T3, T1, mas sim de: W2(y) R31(y) W31(y) R32(x2) W32(x2) R11(x1) R12(x2) R13(y) faltou bloquear alguma página que contém uma estrutura de dados interna 5 indicando que páginas armazenam as tuplas de CONTAS

6 Problema dos "Fantasmas" Solução do problema - Opção 1: transações efetuam bloqueio lógico implementação cara Exemplo: T1: select sum(saldo) from Conta where Agência = "Centro" L1: lock CONTA where Agência = "Centro" T2: insert into Conta values (37, 2000, "Centro") L2: lock CONTA where No = 37 and Saldo = 2000 and Agência = "Centro" T3: (acrescenta 10% ao saldo da conta 37 e acrescenta 10% ao saldo de uma conta xx armazenada em x2) L3: lock CONTA where No = 37 or No = xx 6

7 Problema dos "Fantasmas" Solução do problema - Opção 2: relação r passa a ser representada por um objeto explícito R transações que varrem r ou que inserem tuplas em r deverão bloquear R fácil de implementar - equivalente a usar granularidade a nível de relação cria conflitos desnecessários, por exemplo, entre inserções Solução do problema - Opção 3: transações bloqueiam páginas contendo uma estrutura de dados interna indicando que (outras) páginas armazenam as tuplas da relação 7

8 Problema dos "Fantasmas" 2PL modificado: toda relação possui pelo menos um índice primário T pode bloquear uma página x no modo compartilhado sse T bloqueia, também no modo compartilhado, a página que armazena o nó ou bucket do índice que contém um ponteiro para x T pode bloquear uma página x no modo exclusivo sse T bloqueia, também no modo exclusivo, a página que armazena o nó ou bucket do índice que contém um ponteiro para x T pode inserir uma tupla em uma página x sse T bloqueia x no modo exclusivo e T bloqueia, também no modo exclusivo, a página que armazena o nó ou bucket do índice que conterá o ponteiro para x os bloqueios seguem o 2PL 8

9 Problema dos "Fantasmas" Execução das transações dentro do 2PL modificado S10(z0) R10(z0) S11(z1) R11(z1) S12(x1) R12(x1) Página z1 Página x Página z2 Página x2 37 Página z3 Página y (Transações acessam a tabela Conta sempre através do índice) 9 S20(z0) R20(z0) X21(z2) X22(y) W22(y) W21(z2) U20(z0) U21(z2) U22(y) S30(z0) R30(z0) S31(z2) R31(z2) X32(y) R32(y) W31(y) X33(x2) R33(x2) W32(x2) U30(z0) U31(z2) U32(y) U33(x2) S13(z2) R13(z2) R14(x1) S15(x2) R15(x2) S16(y) R16(y) S17(z3) R15(z3) U10(z0)... U17(z3)

10 "Hot Spots" Problema: todas as transações acessam o mesmo objeto, que permanece bloqueado até o final de cada uma delas o objeto passa a ser um "hot spot" que leva o 2PL a forçar a execução serial das transações Solução: reescrever a aplicação: eliminando a necessidade de acessar o objeto, ou liberando o bloqueio do objeto imediatamente após acessá-lo 10

11 "Hot Spots" Exemplo: Aplicação de controle de um "help desk" Esquema Conceitual: Histórico[Matr, TimeStamp, Evento] Contador[Num] (com uma única tupla) - registra eventos - conta atendimentos Transação T1: begin transaction T11: incrementa (n) em Contador T12: insere (m,ti,"início") em Histórico quando o operador m inicia o atendimento no tempo ti T13: insere (m,tf,"fim") em Histórico quando o operador m termina o atendimento no tempo tf end transaction 11

12 "Hot Spots" Problema: Contador é um "hot spot": 2PL obriga o sistema a manter bloqueada a tabela Contador durante a execução de uma instância de T1 (ou seja, durante todo o ciclo de um atendimento) 2PL obriga a execução serial das instâncias de T1 12

13 "Hot Spots" Solução: Elimine a tabela Contador, ou mova a atualização de Contador para o final de T1 Modifique a transação: Transação T1: begin transaction T11: insere (m,ti,"início") em Histórico quando o operador m inicia o atendimento no tempo ti T12: insere (m,tf,"fim") em Histórico quando o operador m termina o atendimento no tempo tf T13: incrementa (n) em Contador end transaction 13

14 "Hot Spots" Problema: Histórico não é um "hot spot", mas: 2PL obriga o sistema a manter bloqueada durante a execução de T1 a página onde T11 inseriu (m,ti,"início") 2PL obriga a execução serial das instâncias de T1 que inserem na mesma página se a tabela Histórico for compactada por página, estas instâncias correspondem a atendimentos simultâneos! 14

15 "Hot Spots" Solução: Reescreva a transação, transformando-a em duas transações: Transação T1: begin transaction T11: insere (m,ti,"início") em Histórico quando o operador m inicia o atendimento no tempo ti commit; T12: insere (m,tf,"fim") em Histórico quando o operador m termina o atendimento no tempo tf T13: incrementa (n) em Contador end transaction 15

16 Bloqueio em Árvores-B + Problema: a raíz de uma árvore-b tornar-se-á um gargalo se as transações bloquearem-na da forma usual Solução: técnica específica de bloqueio para árvores-b que permite liberação antecipada de nós rebloqueio de nós utiliza ponteiros para os colaterais para corrigir eventuais erros de caminhamento pela árvore pode criar situações de ponteiros para páginas inexistentes (dangling pointers), que são tratadas pelo próprio SGBD 16

17 Bloqueio em Árvores-B + Exemplo: T1 pesquisa registro com chave = 23 T2 insere novo registro com chave = 15 Estado inicial: Estado final: Página z1 Página z2 T1: S(z0) R(z0) U(z0) S(z1) R(z1) U(z1) S(z3) R(z3) U(z3) T2: S(z0) R(z0) U(z0) S(z1) R(z1) X(z1) W(z1) X(z3) W(z3) X(z0) U(z1) U(z3) W(z0) U(z0) 17 Tempo

18 Bloqueio em Árvores-B + Exemplo: T1 pesquisa registro com chave = 23 T2 remove registro com chave = 23 Estado inicial: Estado final: Página z1 Página z2 T1: S(z0) R(z0) U(z0) S(z3) R(z3) dangling... restart T1 T2: S(z0) R(z0) U(z0) S(z1) R(z1) X(z1) W(z1) X(z3) W(z3) X(z0) U(z1) U(z3) W(z0) U(z0) 18 Tempo

19 Bloqueio em Árvores-B + pesquisa: bloqueie cada nó no modo compartilhado antes de acessá-lo localize o ponteiro para o nó onde a pesquisa deve continuar libere o nó após acessá-lo e antes de acessar o próximo se não encontrar a chave procurada, vá para o nó vizinho e continue a pesquisa inserção e remoção: pesquise o nó apropriado (como acima) promova o bloqueio do nó para exclusivo insira ou remova a chave desejada desbloqueie o nó dangling pointer se o nó onde a pesquisa deve continuar não mais existir, retorne para a raiz e recomece a pesquisa 19

20 Bloqueio em Árvores-B + divisão: promova o bloqueio do nó para exclusivo crie um novo nó, bloqueado no modo exclusivo quebre o nó antigo normalmente marque os ponteiros para os vizinhos do nó antigo e do novo desbloqueie os nós insira recursivamente a chave no pai recombinação: bloqueie os nós a serem recombinados no modo exclusivo recombine os nós (pode criar situações de dangling pointers) bloqueie o pai no modo exclusivo desbloquei o nó resultante e o nó descartado remova recursivamente a chave do pai 20

21 Bloqueio em Árvores-B + notas: detecção de dangling poiters: os ponteiros são sempre para páginas em memória secundária, sob responsabilidade do SGBD logo o SGBD pode capturar e tratar os dangling pointers onde reiniciar a transação: a transação poderia ser reiniciada no pai do nó que foi removido porém seria necessário armazenar os ponteiros do caminho até a raíz pois o pai também pode ter sido removido, e assim recursivamente alternativas: bloquear o filho antes de liberar o pai evitaria dangling pointers, mas aumentaria a probabilidade de deadlock deadlocks deveriam ser resolvidos dando prioridade às 21 transações que inserem ou removem chaves

22 Correção do algoritmo: Bloqueio em Árvores-B + se uma transação T bloqueia um nó N no modo compartilhado, então a chave C que está sendo pesquisada encontra-se em algum descendente de N ou em algum nó alcançável de um descendente de N seguindo os ponteiros para os vizinhos a recombinação de nós bloqueia o pai antes de desbloquear os nós que estão sendo combinados exatamente para garantir esta propriedade 22

23 Ta : insere 16 Tv: pesquisa 17 Bloqueio em Árvores-B Ta bloqueia z0 em modo compartilhado e obtém ponteiro para z1 Tv bloqueia z0 em modo compartilhado e obtém ponteiro para z1 23

24 Bloqueio em Árvores-B Ta desbloqueia z0 Tv desbloqueia z0 24

25 Bloqueio em Árvores-B Ta bloqueia z1 em modo compartilhado Ta bloqueia z1 em modo exclusivo, tenta inserir 16 e encontra z1 completa Página z1 Página z3 Página z2 Ta bloqueia z3 em modo exclusivo, 25 insere 16 e reorganiza as chaves entre z1 e z3 Ta desbloqueia z1 e z3

26 Bloqueio em Árvores-B Tv bloqueia z1 em modo compartilhado Tv não encontra 17 em z1 Tv obtém o ponteiro para z3, vizinho de z Página z1 Página z3 Página z2 Tv desbloqueia z1 26 Tv bloqueia z3 em modo compartilhado Tv encontra 17 em z3

27 Ta : remove 15 Tv: pesquisa 23 Bloqueio em Árvores-B Ta bloqueia z0 em modo compartilhado e obtém ponteiro para z1 Tv bloqueia z0 em modo compartilhado e obtém ponteiro para z3 27

28 Bloqueio em Árvores-B Ta desbloqueia z0 Tv desbloqueia z0 28

29 Bloqueio em Árvores-B Ta bloqueia z1 em modo compartilhado Ta bloqueia z1 para o modo exclusivo e remove 15 de z Página z1 Página z3 Página z2 Ta bloqueia z3 em modo exclusivo e combina z1 e z3 29 Ta desbloqueia z1 e z3

30 Bloqueio em Árvores-B + 23 Página z1 23 Página z3 Página z2 Tv tenta acessar z3 SGBD sinaliza que z3 não existe Tv é reiniciada Página z1 Página z2 Tv bloqueia z0 em modo compartilhado Tv obtém ponteiro para z Página z1 Página z2 Tv bloqueia z1 em modo compartilhado Tv encontra Página z1 Página z2 Tv desbloqueia z1

31 Escolha de um Método Implementação Estrutura de dados Existência de versões Problemas com Terminação Bloqueio Básico tabela de bloqueio não reconhece bloqueios mútuos (difícil detecção) Pré-Ordenação Básica listas de senhas não reconhece reinício cíclico e mútuo (fácil solução) Versões Múltiplas listas de senhas e versões reconhece reinício cíclico e mútuo (fácil solução) 31

32 Escolha de um Método Parâmetros: custo adicional de comunicação custo adicional de processamento local custo adicional de processamento das transações Cenários: Otimista: baixa percentagem de ações conflitantes (<5%) Pessimista: alta percentagem de ações conflitantes (>10%) 32

33 Cenário Otimista: Escolha de um Método qualquer método é razoável, exceto a implementação conservativa do protocolo de pré-ordenação Cenário Pessimista: método deve ter um baixo custo de resolver conflitos, ou seja, deve reduzir o número de transações reiniciadas métodos sugeridos: pré-ordenação conservativa ou por versões múltiplas 2PL pode ser aceitável, dado que o custo de detecção de bloqueios mútuos, freqüentes no cenário pessimista, seja razoável 33