Roteiro. Noções de Controle de Concorrência. BCC321 - Banco de Dados I. Ementa. Finalidade do Controle de Concorrência.

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1 Roteiro Noções de Controle de Concorrência Luiz Henrique de Campos Merschmann Departamento de Computação Universidade Federal de Ouro Preto Posicionamento Introdução Técnicas de Controle de Concorrência Técnicas de Bloqueio para Controle de Concorrência BCC321 - Banco de Dados I Introdução Ementa 1. Conceitos básicos em sistemas de banco de dados. 2. Conceitos e arquitetura de sistemas de banco de dados. 3. Modelagem conceitual de dados. 4. Modelo Relacional: conceitos básicos e restrições de integridade. 5. Linguagens: álgebra e cálculo relacional. 6. A linguagem SQL e o uso de APIs. 7. Projeto de banco de dados. 8. Normalização de banco de dados. 9. Noções de processamento de transações, concorrência e recuperação de falhas. 10. Aspectos de implementação de banco de dados. Finalidade do Controle de Concorrência Assegurar o isolamento de transações que são executadas concorrentemente. Preservar a consistência do banco de dados.

2 Técnicas de Controle de Concorrência Técnicas de Bloqueio Algumas técnicas para controle de concorrência são Veremos técnicas de controle de concorrência que asseguram a serialização de planos de execução usando protocolos (conjuntos de regras). Protocolo com base em bloqueio (Lock ). Protocolo baseado em ordenação por timestamp. Protocolo de concorrência de multiversão. Protocolo baseado no conceito de validação. baseadas no conceito de bloqueio de itens de dados. Bloqueio é uma variável associada a um item de dado que descreve a condição do item em relação às possíveis operações que podem ser aplicadas a ele. Os são usados como meio de sincronizar o acesso por transações concorrentes aos itens do banco de dados. Problemas associados ao uso de : impasse(deadlock) e inanição (starvation). Tipos de Bloqueios Bloqueios Binários Dois estados possíveis: bloqueado e desbloqueado (1 e 0). Bloqueios Binários: são simples, mas muito restritivos (não usados na prática). Bloqueios Compartilhados/Exclusivos: são usados em esquemas práticos de em BD. Se o valor do bloqueio em X for 1: o item X não pode ser acessado por uma operação de banco de dados que solicite o item. Se o valor do bloqueio em X for 0: o item X pode ser acessado por uma operação de banco de dados que solicite o item. Variável binária valorada (LOCK) associada a cada item de dado X. Sistema de bloqueio: Cada bloqueio pode ser um registro de três campos: <nome do item de dado, LOCK, transação de bloqueio> + Fila para as transações que estão esperando para acessar o item.

3 Bloqueios Binários Tabela de bloqueio: registro para os itens que estão bloqueados. Os itens que não estão na tabela de bloqueio são considerados desbloqueados. No esquema de bloqueio binário, toda transação deve obedecer às regras: 1. Uma transação T deve garantir a operação lock_item(x) antes que qualquer operação de escrita e/ou leitura em X seja executada em T. 2. Uma transação T deve garantir a operação unlock_item(x) depois que todas operações de escrita e/ou leitura em X forem executadas em T. 3. Uma transação T não executará uma operação lock_item(x) se ela já tiver o bloqueio no item X. 4. Uma transação T não executará uma operação unlock_item(x), a menos que ela já tenha o bloqueio no item X. Bloqueios Compartilhados/Exclusivos Bloqueio binário: muito restritivo, pois no máximo uma transação pode assumir o bloqueio de um item. No bloqueio compartilhado/exclusivo (leitura/escrita) há 3 operações: read_lock(x), write_lock(x) e unlock(x). Um item read_locked (bloqueado compartilhado) permite que outas transações leiam o item. Em um item write_locked (bloqueado exclusivo) uma transação única controla exclusivamente o bloqueio do item. Bloqueios Compartilhados/Exclusivos Bloqueios Compartilhados/Exclusivos O sistema precisa manter registros de bloqueio para os itens bloqueados na tabela de bloqueio. Cada registro na tabela terá 4 campos: <nome do item de dado, LOCK, n o de leituras, transação(ções) bloqueio>. Regras do esquema de bloqueio compartilhado/exclusivo: 1. Uma transação T deve garantir uma operação read_lock(x) ou write_lock(x) antes de qualquer operação ler_item(x) ser executada em T. 2. Uma transação T deve garantir uma operação write_lock(x) antes de qualquer operação escrever_item(x) ser executada em T. 3. Uma transação T deve garantir uma operação unlock(x) depois que todas as operações ler_item(x) e escrever_item(x) são completadas em T. Regras do esquema de bloqueio compartilhado/exclusivo: 1. Uma transação T não vai gerar uma operação read_lock(x) se ela já controlar um bloqueio de leitura ou um bloqueio de escrita no item X (essa regra pode ser relaxada com conversão de ). 2. Uma transação T não vai gerar uma operação write_lock(x) se ela já controlar um bloqueio de leitura ou um bloqueio de escrita no item X (essa regra pode ser relaxada com conversão de ). 3. Uma transação T não gerará uma operação unlock(x) a menos que ela já controle um bloqueio de leitura ou um bloqueio de escrita em um item X.

4 Conversão de Bloqueios Bloqueios Usar não garante serialização de planos de execução. Exemplo: As regras de bloqueio são seguidas, mas produzem um plano de execução não serializável. A uma transação que já controla um bloqueio num item X, converter um bloqueio de um estado para outro. É possível para uma transação gerar uma operação read_lock(x) e depois, com a promoção do bloqueio, gerar uma operação write_lock(x). Também é possível uma transação gerar uma operação write_lock(x) e depois fazer um rebaixamento de bloqueio para uma operação read_lock(x). c) Um plano de execução não serializável que usa. Para garantir a serialização devemos seguir um protocolo (relacionado ao posicionamento das operações de bloqueio e desbloqueio na transação). Uma transação segue esse protocolo se todas as operações de bloqueio de leitura e de escrita precedem a primeira operação de desbloqueio na transação. Transação dividida em duas fases: Fase de expansão: quando novos nos itens podem ser adquiridos, mas não podem ser liberados. Fase de encolhimento: quando os existentes podem ser liberados, mas novos não podem ser adquiridos. Se a conversão de bloqueio for permitida: A promoção deverá ser feita na fase de expansão. O rebaixamento deve ser feito na fase de encolhimento. start Gráfico de de T ponto em que os para todos os dados desejados por T foram obtidos (P max (T)) crescimento encolhimento commit tempo execução de operações de T

5 As transações T1 e T2 da gura a seguir seguem o protocolo de bloqueio em duas fases? As transações T 1 e T 2 da gura a seguir seguem o protocolo de bloqueio em duas fases? Variações de bloqueio em duas fases (2PL - two-phase locking): 2PL básico: técnica descrita anteriormente. 2PL conservador (ou estático). 2PL estrito. 2PL rigoroso. A maioria dos sistemas de banco de dados implementa ou o bloqueio em duas fases estrito ou o rigoroso. Se toda transação seguir o protocolo de bloqueio em duas fases é garantido que o plano de execução seja serializável. O bloqueio em duas fases pode limitar a quantidade de concorrência que pode surgir em um plano de execução. 2PL Conservador (ou Estático) 2PL Estrito Requer que todos os itens a serem usados por uma transação (lidos ou escritos) sejam bloqueados antes do início da transação. Caso não seja possível bloquear todos os itens, nenhum bloqueio é feito e a transação entra em espera. P max (T) encolhimento A transação T não libera nenhum de seus exclusivos até que ela efetive ou aborte. compartilhados P max (T) P exclusivos max (T) crescimentmento encolhi crescimento start commit tempo start commit tempo Vantagem: garante planos estritos. Vantagem: esse protocolo é deadlock-free. Desvantagem: não é deadlock-free. Desvantagem: espera pela aquisição de todos os.

6 2PL rigoroso É uma variação mais restritiva do que o 2PL estrito. A transação não libera nenhum de seus (compartilhados e exclusivos) até que ela efetive ou aborte. de start P max(t) crescimento commit tempo Esse protocolo de bloqueio garante a serialização, mas não permite todos os planos de execução serializáveis possíveis. O uso de pode causar dois problemas: Deadlock (Impasse). Starvation (Inanição). Vantagem: garante planos estritos com menos overhead, pois libera todos os itens apenas no nal. Desvantagem: limita mais a concorrência. Deadlock Um sistema está em estado de deadlock se há um conjunto de transações, tal que toda transação desse conjunto está esperando outra transação também nele contida. Exemplo: T 1 e T 2 são travadas indenidamente (deadlock) no plano de execução a seguir. Deadlock Métodos para o tratamento do deadlock Esquemas de prevenção de deadlock. Esquemas de detecção de deadlock e timeouts.

7 Inanição (Starvation) Quando uma transação ca esperando por um período de tempo indenido, enquanto outras transações continuam normalmente. Perguntas Quando uma sequência de transações solicita bloqueio compartilhado sobre um mesmo item de dado, de modo que um transação que solicitou um bloqueio exclusivo nunca seja atendida (inanição). Quando o algoritmo de detecção de deadlock, na seleção da(s) vítima(s) (transação a ser abortada), seleciona repetidamente a mesma transação. Possíveis soluções: Criação de la para o atendimento das solicitações de bloqueio das transações. Atribuir prioridades para o atendimento das transações (p. ex., de acordo com o tempo de espera). FIM