Sistemas de Gerência de Bancos de Dados. 6 - Controle de Integridade Método baseado em Imagens Transientes

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1 Sistemas de Gerência de Bancos de Dados 6 - Controle de Integridade Método baseado em Imagens Transientes 1

2 Controle de Integridade Subsistema para controle de integridade: mantém a integridade do BD, tipicamente através de redundância nos dados garante as seguintes propriedades das transações: Atomicidade: ou todas as operações da transação são refletidas no BD ou nenhuma o será Durabilidade: após terminar, o efeito da transação deve persistir no BD, mesmo em caso de falhas 2

3 Controle de Integridade Métodos para controle de integridade: logs (audit trails) 1,2,3 dumps (completos) 3,4 programas restauradores 4,5 arquivos diferenciais 2,3 imagens transientes 2 1. estado consistente e completo mais recente 2. estado consistente e completo passado 3. estado que possivelmente existiu no passado 4. como em (1), apenas não completo 5. como em (4), acrescido de consistência 3

4 Duplexação de Arquivos: Imagens Transientes implementação sem acesso concorrente: memória secundária ARQUIVO-0 SWITCH 1 ARQUIVO-1 implementação com acesso concorrente (?) 4

5 Resumo do Método: Imagens Transientes Para cada página P modificada por uma transação T, mantenha a imagem certificada (original) de P e a versão transiente, criada por T Quando T terminar, troque simultanemente todas as imagens certificadas pelas imagens transientes Problemas: como garantir a troca simultânea das imagens como gerenciar as imagens em presença de transações executando concorrentemente 5

6 Implementação Básica Organização lógica: segmentos S1,..., Sm de igual tamanho segmentos divididos em N páginas Operações S -- conjunto de segmentos T -- transação ABRA(S,T) FECHE(S,T) -- torna S disponível para T -- grava todas as páginas em S modificadas por T -- torna S indisponível para T LEIA(Si,p,F,T) -- lê página p de Si para T -- retorna o endereço do buffer que contém p -- F = 0 (ou 1) -- página acessada para leitura (ou atualização) GRAVE(Si,p,b,T) -- regrava página p de Si em memória secundária -- b é o endereço do buffer que contém p 6

7 Implementação Básica Estruturas em memória secundária: L setores de tamanho igual ao das páginas Vi é um vetor de ponteiros definindo a alocação das pág. de Si Vi(p) = s sse s é setor que contém a página p de Si Vi(p) = 0 sse página p de Si não está alocada Vi está dividido em blocos de tamanho fixo Estrutura auxiliar em memória principal: MAP é um bitmap definindo o uso dos setores MAP(s) = 1 sse setor s contém uma página MAP(s) = 0 sse setor s está livre 7

8 Implementação Básica Vi N N L Vk memória secundária SETORES S L memória principal MAP 8

9 Implementação Básica Implementação das Operações: ABRA(S,T) localize onde estão os blocos de cada Si em S LEIA(Si,p,F,T) leia o bloco de Vi contendo Vi(p) obtenha um buffer livre b se Vi(p)=s, leia o setor s para b e retorne o endereço de b se Vi(p)=0, apenas retorne o endereço de b 9

10 Implementação Básica Implementação das Operações: GRAVE(Si,p,b,T) leia o bloco de Vi contendo Vi(p) se Vi(p)=0, obtenha um setor livre s de MAP faça MAP(s)=1 e Vi(p)=s se Vi(p)=s, apenas registre que s contém p grave o conteúdo de b em s FECHE(S, T) Para cada Si em S, regrave os blocos e páginas de Si que foram modificados (um bloco foi modificado se uma página que a ele corresponde foi alocada ou desalocada) Para gravar uma página modificada, use a operação GRAVE 10

11 Suposições: Proteção contra Falhas Primárias transações processadas seqüencialmente (suposição que será relaxada em seguida) transações receberão senhas monotonicamente crescentes para efeitos de recuperação Objetivos: retornar o banco ao último estado consistente desfazer os efeitos de uma transação parcialmente executada 11

12 (Conceito de Transação) Modelo de execução de uma transação: (estado interno) pré-confirme Préconfirmada confirme Em Corfimação Confirmada inicie Ativa cancele cancele Em Cancelamento Cancelada (estado interno) 12

13 Classificação das Imagens: imagem certificada imagem criada pela última transação que terminou corretamente imagem em certificação imagem criada por uma transação que está no estado PRÉ-CONFIRMADA imagem transiente imagem criada por uma transação que está no estado ATIVA 13

14 Objetivos da Implementação: estado transiente estará sempre disponível estado certificado estará sempre acessível, de forma incorruptível Técnica de Implementação: duplexação de Vi 14

15 Estruturas em memória secundária: Vi é um vetor de ponteiros definindo a alocação das pág. de Si Vi(p) = (0,0) sse a página p de Si não está alocada Vi(p) = (s,t) sse s contém a última imagem de p e t é a senha da transação que criou p VCi vetor duplexando Vi 15

16 Estruturas em memória principal: MAP Li é uma lista de setores ocupados por páginas de Si que devem ser liberados quando Si for fechado Bi lista de blocos de Vi que foram alterados pela transação Estruturas em memória secundária com cópia na principal: CONTROLE=(C,A,D) C = t sse t é a senha da última transação terminada corretamente A = d sse d é a senha da transação em execução D = X sse a transação em execução está no estado X Suposição: a gravação de CONTROLE é incorruptível 16

17 VCi Vi VC define o estado certificado L N N L V define o estado transiente VCk Vk memória secundária SETORES S L memória principal blocos estruturas auxiliares para acelerar o processamento Bi setores Li blocos Bk setores Lk MAP C A D CONTROLE estrutura essencial para tornar o estado transiente o novo estado certificado 17

18 Sejam Vi(p)=(s,t) e VCi(p)=(s',t') e d = senha da transação T em execução D=ativa então s' contém a imagem certificada de p s contém a imagem transiente de p D=pré-confirmada então s' contém a imagem certificada de p s contém a imagem em certificação de p D=em-cancelamento então s' contém a imagem certificada de p se t=t' s contém a imagem certificada de p se t>t' s ainda contém a imagem transiente de p, que deve ser substituída por VCi(p), e que resultou em falha de CANCELE ou RESTAURE D=em-confirmação então s contém a imagem certificada de p se t=t' s' contém a imagem certificada de p se t>t' s' contém uma imagem obsoleta, que deve ser substituída por Vi(p), e que resultou de falha em CONFIRME ou RESTAURE 18 D=confirmada ou cancelada então s contém a imagem certificada de p

19 Novas Operações: INICIE(T) Passa a transação T para o estado ATIVA PRÉ-CONFIRME(T) Salva para mem. secundária as versões criadas por T Passa a transação T para o estado PRÉ-CONFIRMADA CANCELE(T) Passa a transação T para o estado EM-CANCELAMENTO Descarta as versões criadas por T Passa a transação T para o estado CANCELADA CONFIRME(T) Passa a transação para o estado EM-CONFIRMAÇÃO Descarta as versões tornadas obsoletas por T Passa a transação T para o estado CONFIRMADA RECUPERE Recupera o estado certificado do BD 19

20 Implementação das Operações: INICIE(T) /* Sinalize que T passou para o estado ATIVA */ Seja d a senha de T leia CONTROLE faça A = d e D = ativa regrave CONTROLE 20

21 Implementação das Operações: ABRA(S,T) Localize onde estão os blocos de cada Si em S Inicialize listas Li para T como vazias LEIA(Si,p,F,T) Leia o bloco de Vi contendo Vi(p) Obtenha um buffer livre b se Vi(p)=(t,s) leia o setor s para b e retorne o endereço de b se Vi(p)=(0,0) apenas retorne o endereço de b 21

22 Implementação das Operações: GRAVE(Si,p,b,T) Uma página, ao ser modificada, não é regravada no mesmo lugar. O setor que ocupa continuará contendo a imagem certificada. Um novo setor é escolhido para conter a imagem transiente da página. Estas duas imagens coexistirão até que o segmento seja fechado O vetor VCi em memória secundária é mantido intacto até que T termine 22

23 Implementação das Operações: GRAVE(Si,p,b,T) Seja d a senha de T Leia o bloco de Vi que contém a página p Suponha que Vi(p) = (s,t) Se T já leu p, então t=d. apenas copie p para o setor s Caso contrário, t<>d. obtenha novo setor s' fazendo MAP(s') = 1 copie p para s' faça Vi(p) = (s',d) acrescente o bloco de Vi que contém Vi(p) à lista Bi dos blocos alterados acrescente s à lista Li de T para ser liberado quando T terminar 23

24 Implementação das Operações: FECHE(S, T) Salve para memória secundária as páginas atualizadas, através de GRAVE Salve os blocos modificados de Vi que se encontram em memória principal Acrescente estes blocos a Bi 24

25 Implementação das Operações: PRÉ-CONFIRME(T) /* Salve as modificações feitas por T */ Seja S o conjunto dos segmentos modificados por T que ainda estão abertos. Execute FECHE(S,T) /* Sinalize que T entrou no estado PRÉ-CONFIRMADA */ Leia CONTROLE Faça D = pré-confirmada Regrave CONTROLE 25

26 Implementação das Operações: CONFIRME(T) Leia CONTROLE Faça C=A e D = em-confirmação Regrave CONTROLE /* Libere as versões tornadas obsoletas por T */ Seja d a senha de T Para cada bloco b de Vi na lista Bi de T para cada página p de Si no intervalo correspondente a b faça VCi(p) := Vi(p) Modifique MAP, liberando os setores que continham imagens certificadas que ficaram obsoletas, mantidas na lista L /* Sinalize que a transação foi confirmada */ Faça D= confirmada Regrave CONTROLE 26

27 Implementação das Operações: CANCELE(T) /* Sinalize que T entrou no estado CANCELADA */ leia CONTROLE faça D = em-cancelamento regrave CONTROLE /* Descarte as versões criadas por T */ Seja d a senha de T Para cada bloco b de Vi na lista Bi de T para cada página p de Si no intervalo correspondente a b seja Vi(p)=(s,d) faça MAP(s)=0 liberando s faça Vi(p) := VCi(p) /* Sinalize que T foi cancelada */ faça D = cancelada regrave CONTROLE 27

28 Implementação das Operações: RECUPERE /* O estado de T no momento da falha é indicado por D em CONTROLE */ Leia CONTROLE D = ativa /* T foi interrompida e deve ser cancelada */ faça D = em-cancelamento regrave CONTROLE /* Descarte as versões criadas por T (sem as listas de blocos, que foram perdidas) */ Para cada página p de Si, faça Vi(p) = VCi(p) Reconstrua MAP a partir de VCi /* Sinalize que T foi cancelada */ faça D = cancelada regrave CONTROLE 28

29 Implementação das Operações: RECUPERE D = pré-confirmada /* PRÉ-CONFIRME terminou e CONFIRME não começou. PRÉ-CONFIRME já salvou o estado transiente no momento da falha pois só atualiza CONTROLE depois de atualizar VCi e MAP */ Reconstrua MAP a partir de VCi 29

30 Implementação das Operações: RECUPERE D = em-confirmação /* CONFIRME foi interrompida. Continue a liberar as versões tornadas obsoletas por T (sem o auxílio das listas de blocos, que foram perdidas) */ Para cada página p de Si, faça VCi(p) = Vi(p) Reconstrua MAP a partir de VCi /* Sinalize que a transação foi confirmada */ Faça D= confirmada Regrave CONTROLE 30

31 Implementação das Operações: RECUPERE D = em-cancelamento /* CANCELE foi interrompida. Continue a desfazer os efeitos de T (sem o auxílio das listas de blocos, que foram perdidas) */ Para cada página p de Si, faça Vi(p) = VCi(p) Reconstrua MAP a partir de VCi /* Sinalize que T foi cancelada */ faça D = cancelada regrave CONTROLE 31

32 Implementação das Operações: RECUPERE D = cancelada ou confirmada /* Nenhum processamento é necessário */ 32

33 Incorporação de Controle de Concorrência Preliminares: nível do controle de concorrência: intervalos de páginas correspondentes ao blocos de Vi (alternativas: estruturas de dados --- Vi, VCi, etc... segmentos páginas ) CONTROLE é substituída por um log armazenando, de forma robusta, o estado corrente de todas as transações em andamento 33

34 Incorporação de Controle de Concorrência Implementação do 2PL: LEIA(Si,p,b,T) bloqueia o intervalo de páginas determinado pelo bloco de Vi que contém p CONFIRME ou CANCELE libera todos os intervalos bloqueados pela transação ABRA, GRAVE, FECHE não altera os bloqueios RECUPERE analisa o log para desfazer ou refazer os efeitos das transações abertas na hora da falha 34