Материалы к теме 9.

Тема 9. Защита от системных сбоев.
Принципы работы транзакций:
 Принцип корректности – транзакция при отсутствии других транзакций переводит
базу данных из одного согласованного состояния в другое.
 Принцип атомарности – транзакция либо выполняется целиком, либо не
выполняется вообще.
Операции транзакций по перемещению данных.




INPUT(X) – копирование блока диска, содержащего элемент X в оперативную
память;
READ(X,t) – копирование элемента X в локальную переменную t;
WRITE(X,t) – копирование значения переменной t в элемент X в оперативной
памяти;
OUTPUT(X) – копирование блока, содержащего элемент X из буфера оперативной
памяти на диск.
Пример. Воздействие транзакции на оперативную память и диск.
Пусть согласованное состояние базы данных предполагает, что A=B.
Действия
T
A в памяти В в памяти
А на диске
READ(A,t)
8
8
8
t=t*2
16
8
8
WRITE(A,t)
16
16
8
READ(B,t)
8
16
8
8
t=t*2
16
16
8
8
WRITE(B,t)
16
16
16
8
OUTPUT(A)
16
16
16
16
OUTPUT(B)
16
16
16
16
В на диске
8
8
8
8
8
8
8
16
Записи в протокол.



<START T> - транзакция Т стартовала;
<COMMIT T> - транзакция Т была завершена успешно;
<ABORT T> - транзакция Т отменена.
Протокол возврата.
При выполнении команды WRITE осуществляется запись в протокол следующего типа:
<T,X,v> - транзакция Т изменяет элемент базы данных X, прежнее значение которого v.
Правила протокола-возврата.
 Если транзакция T изменяет элемент базы данных X, тогда запись в протокол
<T,X,v> должна быть записана до момента, когда новое значение элемента X будет
записано на диске.
 Если транзакция завершена успешно, тогда ее запись COMMIT в протокол должна
быть записана только после того, как все элементы базы данных, измененные
транзакцией, будут записаны на диск.
Для записи протокола на диск добавим команду: FLUSH LOG.
Пример.
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Действие
t
Aв
памяти
Вв
памяти
А на
диске
В на
диске
Протокол
<START T>
READ(A,t)
t=t*2
WRITE(A,t)
READ(B,t)
t=t*2
WRITE(B,t)
FLUSH LOG
OUTPUT(A)
OUTPUT(B)
8
16
16
8
16
16
8
8
16
16
16
16
16
16
16
16
8
8
16
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
16
16
16
16
8
16
<T, A, 8>
<T, B, 8>
<COMMIT T>
FLUSH LOG
Правила восстановления с использование протокола-возврата.
Сканируем протокол с конца, фиксируя записи <COMMIT T> и <ABORT T>. При
нахождении записи <T,X,v>:
 Если T – транзакция, для которой есть запись <COMMIT T> или <ABORT T>,
ничего не делаем.
 В противном случае, требуется изменить на значение v элемент X на диске.
После проведения всех изменений для всех незавершенных транзакций записывается в
протокол <ABORT T>.
Контрольные точки.
При установке контрольной точки:
 Запрещается прием новых транзакций.
 Ожидается, когда все активные транзакции будут завершены или отменены.
 Протокол записывается на диск.
 Делается запись в протокол <CKPT>.
 Возобновляется прием транзакций.
Например,
<START T1>;
<COMMIT T1>;
<T1, A, 5>;
<COMMIT T2>;
<START T2>;
<CKPT>;
<T2, B, 10>;
<START T3>;
<T2, C, 15>;
<T3, E, 25>;
<T1, D, 20>;
<T3, F, 30>
Неподвижные контрольные точки.
 Делается запись в протокол <START
CKPT(T1… TK)>, где T1…TK –
идентификаторы активных транзакций;
 Ожидается, пока все транзакции T1…TK не будут завершены или отменены, но не
запрещается стартовать другим транзакциям.
 После завершения транзакций T1…TK делается запись в протокол <END CKPT> и
записывается протокол на диск.
Например,
<START T1>;
<T1, A, 5>;
<START T2>;
<T2, B, 10>;
<START CKPT (T1, T2)>;
<T2, C, 15>;
<START T3>;
<T1, D, 20>;
<COMMIT T1>;
<T3, E, 25>;
<COMMIT T2>;
<END CKPT>;
<T3, F, 30>
Протокол повтора.
При выполнении команды WRITE осуществляется запись в протокол следующего типа:
<T,X,v> - транзакция Т изменяет элемент базы данных X, новое значение которого v.
Правило. Перед модификацией любого элемента базы данных X на диске необходимо,
чтобы все записи протокола, соответствующие этой модификации, включая записи
<T,X,v> и <COMMIT T>, были записаны на диск.
Пример.
№
Действие
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
t
Aв
памяти
Вв
памяти
А на
диске
В на
диске
Протокол
<START T>
READ(A,t)
t=t*2
WRITE(A,t)
READ(B,t)
t=t*2
WRITE(B,t)
8
16
16
8
16
16
8
8
16
16
16
16
FLUSH LOG
OUTPUT(A)
OUTPUT(B)
FLUSH LOG
16
16
16
16
8
8
16
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
16
16
16
16
8
16
<T, A, 16>
<T, B, 16>
<COMMIT T>
Правила восстановления при использовании протокола-повтора.



Определяем множество завершенных транзакций.
Сканируем протокол с начала. При нахождении записи <T,X,v>:
а) Если T - незавершенная транзакция, ничего не делать;
б) Если Т – завершенная транзакция, записать значение v в элемент базы данных X.
Для каждой незавершенной транзакции T записать в протокол <ABORT T> и
перенести протокол на диск.
Контрольные точки.

Делается запись в протокол <START CKPT(T1...TK)>, где T1…TK – активные
транзакции, записать протокол на диск.


Записывается на диск все элементы базы данных, которые были изменены
транзакциями, которые были завершены до записи START CKPT, но еще не
отображены на диске.
Записывается в протокол <END CKPT> и протокол переносится на диск.
Например,
<START T1>;
<T1, A, 5>;
<START T2>;
<COMMIT T1>;
<T2, B, 10>;
<START CKPT (T2)>;
<T2, C, 15>;
<START T3>;
<T3, D, 20>;
<END CKPT>;
<COMMIT T2>;
<COMMIT T3>.
Протокол возврата-повтора.
При выполнении команды WRITE осуществляется запись в протокол следующего типа:
<T,X,v,w> - транзакция Т изменяет элемент базы данных X, старое значение которого v, а
новое значение - w.
Правило. Перед изменением любого элемента базы данных X на диске необходимо,
чтобы запись <T,X,v,w> попала на диск. Запись <COMMIT T> может, как
предшествовать, так и следовать за любыми изменениями элементов на диске.
Пример.
№
Действие
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
t
Aв
памяти
Вв
памяти
А на
диске
В на
диске
Протокол
<START T>
READ(A,t)
t=t*2
WRITE(A,t)
READ(B,t)
t=t*2
WRITE(B,t)
FLUSH LOG
OUTPUT(A)
8
16
16
8
16
16
8
8
16
16
16
16
16
16
8
8
16
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
16
16
8
<T, A, 8, 16>
<T, B, 8, 16>
<COMMIT T>
OUTPUT(B)
FLUSH LOG
16
16
16
16
16
Правила восстановления с помощью протокола возврата-повтора.


Отменить все незавершенные транзакции, начиная с более поздней.
Повторить все завершенные транзакции, начиная с более ранней.
Контрольные точки.

Записывается в протокол <START
транзакции;
CKPT(T1..TK)>, где T1…TK – активные


Записываются на диск все буферы, содержащие измененные данные.
Записывается <END CKPT> в протокол, протокол записывается на диск.
Например,
<START T1>;
<T1, A, 4, 5>;
<START T2>;
<COMMIT T1>;
<T2, B, 9, 10>;
<START CKPT (T2)>;
<T2, C, 14, 15>;
<START T3>;
<T3, D, 19, 20>;
<END CKPT>;
<COMMIT T2>;
<COMMIT T3>.
Архивирование.
Используется протокол типа повтора или повтора-возврата.
 Заносится в протокол запись <START DUMP>.
 Выполняется контрольная точка по правилам соответствующего протокола.
 Выполняется полная или частичная выгрузка данных.
 Сохраняется протокол.
 Заносится в протокол <END DUMP>.
Пример.
(1,2,3,4).
Диск
Пусть элементами базы данных являются (A,B,C,D). Начальные значения
Архив
Копируется А
А=5
Копируется В
С=6
Копируется С
B=7
Копируется D
Конечное состояние элементов базы данных (5, 7, 6, 4).
Копия базы данных в архиве – (1, 2, 6, 4).
Протокол.
<START DUMP>;
<START CKPT(T1, T2)>;
<T1, A, 1, 5>;
<T2, C, 3, 6>;
<COMMIT T2>;
<T1, B, 2, 7>;
<END CKPT>;
Завершено архивирование
<END DUMP>.