Banco de Dados I. Aula 18 - Prof. Bruno Moreno 22/11/2011

Transcrição

1 Banco de Dados I Aula 18 - Prof. Bruno Moreno 22/11/2011

2 Plano de Aula Introdução SPT Sistemas monousuários e multiusuários Sistemas multiprogramados Transação - Definição Concorrência de Transações Log do Sistema Propriedades ACID Históricos (planos)

3 Sistemas de Processamento de Transações SPT Grandes bancos de dados Muitos usuários executando transações concorrentes Exemplos Sistemas de reservas de passagens Sistemas bancários Sistemas de cartões de crédito Sistemas de ações Alta disponibilidade e baixo tempo de resposta

4 Sistemas monousuários vs multiusuários Um dos critérios de classificação de bancos de dados Monousuário Somente um usuário pode acessar o sistema em um determinado instante Multiusuário Muitos usuários podem usá-lo concorrentemente

5 Multiprogramação Sistemas com uma só CPU: processamento concorrente é simultâneo É ilusão o processamento de diversos processos ao mesmo tempo. Em sistemas operacionais fala-se em paralelismo (pseudo-paralelismo) Sistemas multi-programados realizam pseudoparalelismo A multiprogramação permite que o computador execute diversos programas ou processos ao mesmo tempo

6 Multiprogramação A multiprogramação utiliza o conceito de que processos são parados e retomados de acordo com determinadas regras Concorrência intercalada Paralelismo real

7 Transações Definição é um programa que representa uma unidade lógica de processamento do banco de dados Navathe Inserções Exclusão Alteração Recuperação Uma transação é estabelecida com delimitadores de início e fim.

8 Transações Operações Operações básicas Ler_item(X) Lê um item X do banco de dados Gravar_item(X) Grava um item X no banco de dados

9 Transações Operações Ler_item(X) 1) Encontrar o endereço do bloco do disco que contém o item X 2) Copiar esse bloco para um buffer na memória principal 3) Copiar o item X do buffer para a variável X do programa

10 Transações Operações Gravar_item(X) 1) Encontrar o endereço do bloco de disco que contém o item X; 2) Copiar esse bloco do disco para um buffer na memória principal; 3) Copiar o item X de uma variável de programa chamada X para seu local correto no buffer 4) Armazenar o bloco atualizado no buffer de volta para o disco (atualização de fato)

11 Transações - Exemplos (a) Transferência bancária do valor N da conta de saldo X para a conta de saldo Y (b) Depósito do valor M para conta de saldo X

12 Concorrência de Transações Diferentes transações podem ser executadas concorrentemente mesmo se acessando os mesmos itens no banco de dados

13 Concorrência de Transações Se a execução delas for descontrolada, ocorrerão problemas de inconsistência no banco de dados

14 Transações descontroladas Transações descontroladas geram três tipos de problemas (1) Atualização perdida (2) Atualização temporária (dirty read) (3) Sumário Incorreto Considere um exemplo de sistema de reservas

15 Transações descontroladas Problema 1: Atualização Perdida Duas transações acessam os mesmos itens e possuem suas operações intercaladas, tornando os valores destes itens como incorretos. T 1 : Transferência de Reservas X Poltronas Reservadas no vôo X Y Poltronas Reservadas no vôo Y N Reservas transferidas T 2 : Reserva de Poltronas em X X Poltronas Reservadas no vôo X M Reserva de poltronas Operações intercaladas geraram um valor incorreto de X para T 2

16 Transações descontroladas Problema 2: Atualização Temporária Uma transação atualiza um item de BD e, a seguir, falha por alguma razão. Se a transação T 1 falhar deverá retornar ao seu valor original, senão T 2 lê o valor errado.

17 Transações descontroladas Problema 3: Sumário Incorreto Uma transação aplica uma função agregada para um número de registros enquanto outra transação está atualizando um destes registros T 3 lê X já subtraído de N T 3 lê Y antes de T 1 somar N a Y

18 Recuperação de Transações Um SGBD deve garantir que ATOMICIDADE (1) Todas as operações na transação foram completadas com sucesso e seu efeito será persistido DURABILIDADE (2) A transação que falhou não terá nenhum efeito CONSISTÊNCIA sobre o banco de dados ou ISOLAMENTO (3) Transações devem operar isoladamente, sem trazer nenhum efeito sobre outras transações

19 Tipos de falhas (1) Computador falhar Hardware, software,rede (2) Erro de transação ou sistema Estouro de memória, erro de divisão, parâmetros errados (3) Erros locais ou condições de exceção detectadas Saldo insuficiente em uma operação bancária

20 Tipos de falhas (4) Imposição do controle de concorrência O método de controle de concorrência decide abortar uma transação que viola a serialização ou devido a um deadlock, por exemplo (5) Falha de disco (6) Problemas físicos e catástrofes

21 Estados de Transações Uma transação é uma unidade atômica de trabalho que ou estará completa ou não foi realizada Para controlar uma transação o sistema de controle precisa saber quando uma transação inicia, quando termina e de suas efetivações e interrupções Begin, read, write, end, commit e rollback (abort)

22 Estados de Transações

23 Onde ficam os registros das ocorrências das transações e dos instantes em que iniciaram e finalizaram? Log do Sistema

24 Log do Sistema Controla operações da transação que afetem valores dos itens do BD Registros de log [start_transaction, T]: Transação T começou a ser executada [escrever_item, T, X, valor_antigo, novo_valor] T mudou o valor de X do valor_antigo para o novo_valor [ler_item, T, X] T leu o item X do banco de dados [commit, T] T foi completada com sucesso e seus efeitos podem ser efetivados [abort, T] Indica que a transação T foi interrompida

25 Ponto de Efetivação Uma transação alcança seu ponto de efetivação quando todas as operações foram registradas no log No ponto de efetivação, a transação é efetivada (committed) e seu efeito é registrado no BD Quando efetivada, a transação escreve no log uma entrada do tipo [commit, T] Uma transação é cancelada quando possui uma entrada [start_transaction, T] no log mas nenhum [commit, T]

26 Propriedades das Transações Propriedades ACID Atomicidade: Uma transação é uma unidade atômica. Consistente: A execução completa de uma transação faz o BD passar de um estado consistente para outro. Isolamento: Uma transação é executada isoladamente das demais. Durabilidade: As mudanças realizadas por uma transação no banco de dados são persistidas.

27 Propriedades das Transações Atomicidade Garante que uma transação seja executada por completo É de responsabilidade do subsistema de restauração de transações do SGBD garantir essa propriedade Se uma transação falhar, o SGBD garante que todos os efeitos serão desfeitos.

28 Propriedades das Transações Consistência É de responsabilidade do programador (especialmente do projetista) Restrições de integridade são garantidas pelo SGBD mas devem ser implementadas pelo projetista O que é um estado consistente? O SGBD garante que qualquer estado do BD é consistente.

29 Propriedades das Transações Isolamento Imposto pelo subsistema de controle de concorrência do SGBD Um SGBD deve garantir que uma transação torna suas atualizações invisíveis até que seja efetivada.

30 Propriedades das Transações Durabilidade Responsabilidade do subsistema de restauração do SGBD. Propriedade Atomicidade Consistência Isolamento Durabilidade Responsabilidade Subsistema de Restauração de Transações Programador e SGBD Subsistema de Controle de Concorrência Subsistema de Restauração de Transações

31 Planos de Execução Representa todas as operações das transações Para um plano S de n transações T 1, T 2,..., T n, S deve conter as operações na mesma ordem em que elas ocorrem em T i Operações de outras transações T j poderão ser intercaladas com as operações de T i em S Notação para codificação de um plano r, w, c e a para read, write, commit e abort

32 Planos de Execução S a : r 1 (X); r 2 (X); w 1 (X); r 1 (Y); w 2 (X); w 1 (Y);

33 Planos de Execução S b : r 1 (X); w 1 (X); r 2 (X); w 1 (X); r 1 (Y);

34 Planos de Execução Duas operações em um plano estão em conflito se eles satisfizerem as seguintes condições (1) Forem de transações diferentes; (2) Acessarem o mesmo item X; (3) Pelo menos uma das operações for de escrita. Exemplo 1: r 1 (X); r 2 (X); w 1 (X); r 1 (Y); w 2 (X); w 1 (Y); Exemplo 2: r 1 (X); w 1 (X); r 2 (X); w 1 (X); r 1 (Y);

35 Classificação de planos Planos podem ser classificados de acordo com a restaurabilidade ou baseado na serialidade Um plano S é restaurável se nenhuma transação T de S for efetivada (commit) até que todas as transações T que tiverem gravado um item lido por T, tenham sido efetivadas. S c : r 1 (X); w 1 (X); r 2 (X); r 1 (Y); w 2 (X); c 2 ; a 1 ; A transação 2 escreve X depois da transação 1 lê-lo? Não-restaurável

36 Classificação de planos Planos podem ser classificados de acordo com a restaurabilidade ou baseado na serialidade Um plano S é restaurável se nenhuma transação T de S for efetivada (commit) até que todas as transações T que tiverem gravado um item lido por T, tenham sido efetivadas. S d : r 1 (X); w 1 (X); r 1 (Y); w 2 (X); w 1 (Y); c 1 ; c 2 ; A transação 2 escreve X depois da transação 1 lê-lo? Restaurável

37 Classificação de planos baseado na serialidade Considere um sistema de reservas onde T1 e T2 ocorrem aproximadamente ao mesmo tempo

38 Classificação de planos baseado na serialidade Se a intercalação de operações não for permitida temos as duas opções: (I) (II)

39 Classificação de planos baseado na serialidade Se a intercalação de operações for permitida, temos diversas opções. Dentre elas: (III) (IV) Serialidade de planos permite identificar planos corretos quando há intercalação de operações

40 Classificação de planos baseado na serialidade Planos seriais são planos em que as operações de cada transação são executadas consecutivamente, sem intercalação (I) (II)

41 Classificação de planos baseado na serialidade Planos não seriais (III) (IV) 11:41

42 Classificação de planos baseado na serialidade Exemplos 11:41 X = 90, Y = 90, N = 3 e M = 2 (I) X = 89 e Y = 93 T 1 read_item X 90 X = 90-3= 87 write_item X 87 read_item Y 90 Y = = 93 write_item Y 93 T 2 read_item X 87 X = 87+2= 89 write_item X 89

43 Classificação de planos baseado na serialidade Exemplos 11:41 X = 90, Y = 90, N = 3 e M = 2 (II) X = 89 e Y = 93 T 2 read_item X 90 X = 90+2= 92 write_item X 92 T 1 read_item X 92 X = 92-3= 89 write_item X 89 read_item Y 90 Y = = 93 write_item Y 93

44 Classificação de planos baseado na serialidade Exemplos Atualização Perdida! 11:41 X = 90, Y = 90, N = 3 e M = 2 (III) X = 92 e Y = 93 Valor Incorreto! T 1 read_item X 90 X = 90-3= 87 T 2 read_item X 90 X = 90+2= 92 T 1 write_item X 87 read_item Y 90 T 2 write_item X 92 T 1 Y = = 93 write_item Y 93

45 Classificação de planos baseado na serialidade Exemplos X = 90, Y = 90, N = 3 e M = 2 (IV) T 1 read_item X 90 X = 90-3= 87 write_item X 87 T 2 read_item X 87 X = 87+2= 89 write_item X 89 T 1 read_item Y 90 Y = = 93 write_item Y 93 11:41 X = 89 e Y = 93 Plano é não-serial com resultado correto!

46 A serialidade é um conceito que determina se um plano nãoserial é capaz de fornecer um resultado correto. Serialidade tem a ver com equivalência de planos não seriais com planos seriais 11:41

47 Classificação de planos baseado na serialidade Um plano é serializável se ele for equivalente a algum plano serial com as mesmas transações Dizer que um plano não serial é serializável é equivalente a dizer que é correto Deixa o BD em um estado consistente A intercalação é apropriada e o resultado é o mesmo se o plano fosse serial Porém mais eficiente do que um plano serial Concorrência 11:41

48 Equivalência de planos Equivalência quanto a resultado Planos equivalentes produzem o mesmo resultado Equivalência por resultado não é satisfatória S1: r(x); X:=X+10; w(x) S2: r(x); X:=X*1,1; w(x) Equivalentes com valor de X inicial igual a :41

49 Equivalência de planos Equivalência de conflito Dois planos são conflito equivalentes se a ordem de quaisquer duas operações conflitantes for a mesma em ambos os planos Um plano S é conflito serializável se ele for conflito equivalente a um plano serial S 11:41

50 Equivalência de planos Equivalência de conflito O plano (IV) é conflito serializável porque é equivalente ao plano (I) (IV) (I) 11:41

51 Equivalência de planos Equivalência de conflito O plano (III) é equivalente aos plano (I) e (II)? (III) (I) (II) 11:41

52 Projeto: ultima iteração dia 25/11 11:41

53 11:41 Prova dia 02/12

54 Freqüência! 22/11/ :41