Sistemas Distribuídos Transações

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1 Sistemas Distribuídos Transações Vinícius Fernandes Soares Mota 1

2 2 Transações Transação: Unidade lógica de trabalho abrange um conjunto de operações de manipulação de dados que executam uma única tarefa Conecta ao Banco de Dados Começa transação Operações de consulta/atualização... Finaliza transação Começa transação Operações de consulta/atualização... Finaliza transação Desconecta

3 3 Transações Exemplo: Um banco de dados... Transição de Estados de Execução begin (start) transaction ativa end transaction parcialmente efetivada commit efetivada read, write abort (rollback) abort (rollback) falha encerrada

4 4 Transações O que acontece se a energia acabar no meio de uma transação, ou se houver um problema com o disco? O que acontece quando duas transações executam simultaneamente manipulando o mesmo dado? Pode ocorrer a um estado inconsistente...

5 Transações Propriedades ACID 5 Atomicidade Consistência Isolamento Durabilidade

6 Transações Propriedades ACID 6 Atomicidade: ou todas as operações de uma transação têm seus efeitos registrados no sistema ou então nenhuma delas é registrada (tudo-ou-nada). Consistência: uma transação deve provocar uma transição do sistema de um estado consistente para outro estado consistente. Isolamento: a execução de uma transação não deve interferir na execução de nenhuma outra transação Durabilidade: uma vez completada, a transação é registrada em algum meio de armazenamento permanente

7 Operações em uma conta bancária usados numa transação 7 deposit(amount) deposita amount na conta withdraw(amount) retira amount da conta getbalance() -> amount retorna o balance da conta setbalance(amount) Altera balanço da conta Transação T: a. withdraw(100); b. deposit(100); c. withdraw(200); b. deposit(200);

8 Operações no coordenador da transação 8 opentransaction() -> trans; Inicia nova transação e divulga um TID (idendificador de transação) único. closetransaction(trans) -> (commit, abort); Finaliza uma transação: um commit significa que a transação foi efetuada com sucesso; um abort indica que ela não foi completada. aborttransaction(trans); aborta a transação.

9 9 Ciclos de vida de uma transação Bem sucedida Abortada pelo Cliente Abortada pelo Servidor opentransaction opentransaction opentransaction operação operação operação operação operação peração Servidor aborta transação operação operação ERRO em operação Reportado ao cliente closetransaction aborttransaction

10 10 Controle de Concorrência Execução Serial (sequencial): A B t 1 t 2 t 3 tempo Execução Intercalada: A B A B t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 tempo

11 11 Controle de Concorrência Execução Serial (sequencial): diversas transações executadas em sequência deixa a base de dados em estado correto e consistente Execução Intercalada: comandos de diversas transações são intercalados pode levar a inconsistências Serial Intercalada Isolamento Concorrência Chance de inconsistências

12 12 Execução Serial X Intercalada Execução serial estado inicial correto e consistente estado final correto e consistente

13 13 Execução Serial X Intercalada Execução Intercalada Toda execução serial é consistente Mas uma execução intercalada só é consistente se for igual ao resultado de uma execução em sequência (em ordem conhecida) esta execução é dita serializável

14 14 Controle de concorrência Problemas de Execução Intercalada 1. Problema da atualização perdida 2. Recuperações inconsistentes

15 Linha do tempo Problema da perda de atualização (lost update problem) 15 a = $100 b = $200 c = $300 Transaction T : balance = b.getbalance(); b.setbalance(balance*1.1); a.withdraw(balance/10) balance = b.getbalance(); $200 b.setbalance(balance*1.1); $220 a.withdraw(balance/10) $80 Transaction U: balance = b.getbalance(); b.setbalance(balance*1.1); c.withdraw(balance/10) balance = b.getbalance(); $200 b.setbalance(balance*1.1); $220 c.withdraw(balance/10) $280

16 Linha do tempo Problema de recuperações incosistentes 16 a = $200 b = $200 Transaction V: a.withdraw(100) b.deposit(100) a.withdraw(100); $100 b.deposit(100) $300 Transaction W: abranch.branchtotal() total = a.getbalance() $100 total = total+b.getbalance() $300 total = total+c.getbalance()

17 Equivalência Serial 17 Se cada uma de várias transações tem o efeito correto quando executada sozinha, podemos inferir que, se essas transações forem executadas uma por vez, em alguma ordem, o efeito combinado também será correto Uso da equivalência serial como critério para uma execução concorrente correta evita a ocorrência de atualizações perdidas e recuperações inconsistentes.

18 18 Equivalência serial Todos os acessos a um dado devem ser serializados em relação às transações. Protocolos de controle de concorrência devem serializar as transações. Soluções para concorrência de transações: Travamento com controle distribuído de deadlocks: dado escrito por uma transação é atravado até o final da transação. Controle otimista de concorrência: supõe-se que não ocorrerá conflito. Na hora do commit, verifica-se problemas de concorrência. Uma das transações envolvidas no problema deve dar um abort. Rótulos de tempo: cada trasação tem um tempo associado e os dados tem o tempo do último acesso armazenado. Transações abortam quando descobrirem que executaram uma operação tarde demais (por exemplo, perderam uma atualização).

19 Linha do tempo Equivalência Serial 19 Do exemplo de atualização perdida Transaction T: balance = b.getbalance() b.setbalance(balance*1.1) a.withdraw(balance/10) balance = b.getbalance() $200 b.setbalance(balance*1.1) $220 a.withdraw(balance/10) $80 Transaction U: balance = b.getbalance() b.setbalance(balance*1.1) c.withdraw(balance/10) balance = b.getbalance() $220 b.setbalance(balance*1.1) $242 c.withdraw(balance/10) $278

20 Linha do tempo Equivalência Serial Como solucionar o problema de recuperações inconsistentes por equivalência serial? 20 Transaction V: a.withdraw(100) b.deposit(100) a.withdraw(100); $100 b.deposit(100) $300 Transaction W: abranch.branchtotal() total = a.getbalance() $100 total = total+b.getbalance() $300 total = total+c.getbalance()

21 Linha do tempo Equivalência Serial Como solucionar o problema de recuperações inconsistentes por equivalência serial? 21 Transaction V: a.withdraw(100); b.deposit(100) a.withdraw(100); $100 b.deposit(100) $300 Transaction W: abranch.branchtotal() total = a.getbalance() $100 total = total+b.getbalance() $400 total = total+c.getbalance()...

22 Regras para conflito das operações read e write 22 Operações que dependem da ordem em que foram executas Operações das várias transações Conflito Razão read read Não Porque um par de operações de leitura não dependem da ordem em que foram executadas read write Sim A ordem altera o resultado final write write Sim A ordem altera o resultado final

23 Erro de leitura (dirty read) quando a transação T aborta 23 Transaction T: a.getbalance() a.setbalance(balance + 10) balance = a.getbalance() $100 a.setbalance(balance + 10) $110 abort transaction Transaction U: a.getbalance() a.setbalance(balance + 20) balance = a.getbalance() $110 a.setbalance(balance + 20) $130 commit transaction

24 Erro de leitura (dirty read) quando a transação T aborta Transaction T: a.getbalance() a.setbalance(balance + 10) Resultado: O Objeto considerou o valor de 110 que nunca foi persistido de verdade!!!! Transaction U: a.getbalance() a.setbalance(balance + 20) 24 balance = a.getbalance() $100 a.setbalance(balance + 10) $110 abort transaction balance = a.getbalance() $110 a.setbalance(balance + 20) $130 commit transaction

25 tempo Problemas de Execução Intercalada 25 Ex: Leitura inválida (Dirty Read): T1 Read(A) Write(A+100) abort T2 Read(A) Write(A 0) commit Exemplo 1: Transação T 1 : deposita R$100,00 na conta A. Transação T 2 : saca tudo de A. T 1 é cancelada

26 tempo Problemas de Execução Intercalada 26 Ex: Leitura Resultado: inválida foi (Dirty possível Read): sacar R$ T1 Read(A) Write(A+100) abort T2 Read(A) Write(A 0) commit 100,00 a mais. Exemplo 1: Transação T 1 : deposita R$100,00 na conta A. Transação T 2 : saca tudo de A. T 1 é cancelada

27 tempo Problemas de Execução Intercalada 27 Ex: Leitura inválida (Dirty Read): T1 Read(A) Write(A-100) Read(B) Write(B+100) abort T2 Read(A) Write(A+1%) Read(B) Write(B+1%) commit Exemplo 2: Transação T 1 : transfere R$100,00 da conta A para a conta B. Transação T 2 : incrementa A e B em 1% (juros).

28 tempo Problemas de Execução Intercalada 28 Ex: Leitura inválida (Dirty Read): T1 Read(A) Write(A-100) Read(B) Write(B+100) abort T2 Read(A) Write(A+1%) Read(B) Write(B+1%) commit Exemplo 2: inicialmente A = 500 e B = 600 resultado esperado: T1 (rollbacked) seguido de T2 é A = 505 (A+1%) e B = 606 (B+1%) no entanto, com T1 e T2 em paralelo, o que se tem é: A = 404 (A %) e B = 707 (B %)

29 tempo Problemas de Execução Intercalada 29 Ex: Leitura inválida (Dirty Read): T1 Read(A) Write(A-100) Read(B) Write(B+100) abort T2 Dirty read Read(A) Write(A+1%) Dirty read Read(B) Write(B+1%) commit Exemplo 2: A = 500 e B = 600 resultado esperado: T1 (rollbacked) seguido de T2 é A = 505 (A+1%) e B = 606 (B+1%) no entanto, com T1 e T2 em paralelo, o que se tem é: A = 404 (A %) e B = 707 (B %)

30 tempo Problemas de Execução Intercalada 30 Ex: Leitura inválida (Dirty Read): T1 Read(A) Write(A-100) Read(B) Write(B+100) abort T2 Dirty read Read(A) Write(A+1%) Dirty read Read(B) Write(B+1%) commit Resultado: a transferência de R$ 100 de T1 foi sobrescrita e T2 Exemplo 2: Suponde considerou que inicialmente valores errados A = 500 como e B = 600 base se cálculo de 1%. Ambos, A resultado e B esperado: estão errados. T1 (rollbacked) seguido de T2 é A = 505 (A+1%) e B = 606 (B+1%) no entanto, com T1 e T2 em paralelo, o que se tem é: A = 404 (A %) e B = 707 (B %)

31 Sobreleitura de valores não atualizados(uncommitted values) 31 A=100 Transaction T: a.setbalance(105) $100 a.setbalance(105) $105 Transaction U: a.setbalance(110) a.setbalance(110) $110 O que acontece se U for cancelada e T confirmada?

32 Sobreleitura de valores não atualizados(uncommitted values) 32 Transaction T: a.setbalance(105) $100 a.setbalance(105) $105 Transaction U: a.setbalance(110) a.setbalance(110) $110 O que acontece se U for cancelada e T confirmada? - O saldo fica de A fica $105

33 Sobreleitura de valores não atualizados(uncommitted values) 33 Transaction T: a.setbalance(105) $100 a.setbalance(105) $105 Transaction U: a.setbalance(110) a.setbalance(110) $110 O que acontece se U confirmada e depois T for cancelada? -

34 Sobreleitura de valores não atualizados(uncommitted values) 34 Transaction T: a.setbalance(105) $100 a.setbalance(105) $105 Transaction U: a.setbalance(110) a.setbalance(110) $110 O que acontece se U confirmada e depois T for cancelada? - T volta A para $100

35 35 Travas Método simples para forçar equivalência em série Servidor impede acesso a objeto travado Travamento de duas fases (two-phase locking). A primeira fase de cada transação é uma fase de crescimento, durante a qual as novas travas são adquiridas Na segunda fase, as travas são liberadas (uma fase de redução).

36 36 Travas Transaction T: balance = b.getbalance() b.setbalance(bal*1.1) a.withdraw(bal/10) Transaction U: balance = b.getbalance() b.setbalance(bal*1.1) c.withdraw(bal/10) Operations Locks Operations Locks opentransaction bal = b.getbalance() b.setbalance(bal*1.1) lock B opentransaction a.withdraw(bal/10) lock A bal = b.getbalance() waits for T s lock on B closetransaction unlock A, B lock B b.setbalance(bal*1.1) c.withdraw(bal/10) closetransaction lock C unlock B, C

37 37 Compatibilidade de travas Deve seguir as regras de conflito de operação: 1. Se uma transação T já executou uma operação de leitura sobre um objeto em particular, então uma transação concorrente U não deve escrever esse objeto até que T seja confirmada ou cancelada. 2. Se uma transação T já executou uma operação de escrita sobre um objeto em particular, então uma transação concorrente U não deve ler nem escrever esse objeto até que T seja confirmada ou cancelada.

38 38 Compatibilidade de travas For one object Lock requested read Lock already set none OK OK write read OK wait write wait wait

39 39 Questões Transações Vinícius Fernandes Soares Mota