лекц_5_Параллелизм

Изолированнность
Современные СУБД являются многопользовательскими системами, т.е. допускают параллельную одновременную работу большого количества пользователей. При этом пользователи не должны мешать друг другу.
СУБД должна быть организована так, чтобы у пользователя складывалось впечатление, что их транзакции выполняются независимо от транзакций других пользователей.

Изолированнность
Простейший способ обеспечить такую иллюзию у пользователя - все поступающие транзакции выстраивать в единую очередь и выполнять строго по очереди, но это не параллельная работа
Таким образом, транзакции необходимо выполнять одновременно, но так, чтобы результат был бы такой же, как если бы транзакции выполнялись по очереди.

Условия
СУБД гарантирует, что, с точки зрения пользователя, будут выполнены два условия:
Эта операция будет выполнена целиком или не выполнена вовсе (атомарность - все или ничего).
Во время выполнения этой операции не выполняются никакие другие операции других транзакций (строгая очередность элементарных операций).

Работа транзакций в смеси
Элементарные операции различных транзакций могут выполняться в произвольной очередности. Например, если есть несколько транзакций, состоящих из последовательности операций элементарных:
T= {T1, T2, T3, … Tn} Q={Q1, Q2, Q3, …, Qm}
то реальная последовательность, в которой СУБД выполняет эти транзакции может быть, например, такой:
{T1, Q1, T2, T3, Q2, T4, Q3, Q4, Q5, T5, T6, … }

Смесь транзакций
Определение: Набор из нескольких транзакций, элементарные операции которых чередуются друг с другом, называется смесью транзакций.
Определение: Последовательность, в которой выполняются элементарные операции заданного набора транзакций, называется графиком запуска набора транзакций.

Требование к графику запуска транзакций
График запуска должен быть оптимальным, то есть давать минимальное среднее время выполнения транзакций каждым пользователем.

Проблемы параллельной работы транзакций (параллелизма)
Проблема потери результатов обновления
Проблема незафиксированной зависимости (чтение "грязных" данных)
Проблема несовместимого анализа

Обозначения:
Рассмотрим две транзакции, A и B, запускающиеся в соответствии с некоторыми графиками.
Пусть транзакции работают с некоторыми объектами базы данных, например со строками таблицы.
Операцию чтения строки P будем обозначать P=P0 , где P0 - прочитанное значение.
Операцию записи значения P1 в строку P будем обозначать P1->P.

Проблема потери результатов обновления
Две транзакции по очереди записывают некоторые данные в одну и ту же строку и фиксируют изменения.

Результат
После окончания обеих транзакций, строка содержит значение , занесенное более поздней транзакцией B.
Транзакция A ничего не знает о существовании транзакции B, и естественно ожидает, что в строке содержится значение .
Таким образом, транзакция A потеряла результаты своей работы.

Проблема незафиксированной зависимости
(чтение "грязных" данных или неаккуратное считывание)
Транзакция B изменяет данные в строке
После этого транзакция A читает измененные данные и работает с ними
Транзакция B откатывается и восстанавливает старые данные

Проблема незафиксированной зависимости

Результат
Транзакция A в своей работе использовала данные, которых нет и не было в базе данных.
После отката транзакции B, должна восстановиться ситуация, как если бы транзакция B вообще никогда не выполнялась.
Таким образом, результаты работы транзакции A некорректны, т.к. она работала с данными, отсутствовавшими в базе данных.

Проблема несовместимого анализа
Проблема несовместимого анализа включает следующие варианты:
Неповторяемое считывание
Фиктивные элементы (фантомы)
Собственно несовместимый анализ

Неповторяемое считывание
Транзакция A дважды читает одну и ту же строку. Между этими чтениями вклинивается транзакция B, которая изменяет значения в строке.

Результат
Транзакция A работает с данными, которые, с точки зрения транзакции A, самопроизвольно изменяются.

Фиктивные элементы (фантомы)
Транзакция A дважды выполняет выборку строк с одним и тем же условием. Между выборками вклинивается транзакция B, которая добавляет новую строку, удовлетворяющую условию отбора.

Фиктивные элементы
Результат. Транзакция A в двух одинаковых выборках строк получила разные результаты.

Собственно несовместимый анализ
в смеси присутствуют две транзакции - одна длинная, другая короткая.
Длинная транзакция выполняет некоторый анализ по всей таблице, например, подсчитывает общую сумму денег на счетах клиентов банка для главного бухгалтера. Пусть на всех счетах находятся одинаковые суммы, например, по $100. Короткая транзакция в этот момент выполняет перевод $50 с одного счета на другой так, что общая сумма по всем счетам не меняется.

Собственно несовместимый анализ
Результат. Хотя транзакция B все сделала правильно - деньги переведены без потери, но в результате транзакция A подсчитала неверную общую сумму.

Конфликты между транзакциями
при работе в смеси нарушается свойство (И) транзакций - изолированность. Транзакции реально мешают друг другу получать правильные результаты.
Однако не всякие транзакции мешают друг другу.
Транзакции не мешают друг другу, если они обращаются к разным данным или выполняются в разное время.

Конфликты между транзакциями
Транзакции называются конкурирующими, если они пересекаются по времени и обращаются к одним и тем же данным.

Виды конфликтов
W-W (Запись - Запись). Первая транзакция изменила объект и не закончилась. Вторая транзакция пытается изменить этот объект. Результат - потеря обновления.
R-W (Чтение - Запись). Первая транзакция прочитала объект и не закончилась. Вторая транзакция пытается изменить этот объект. Результат - несовместимый анализ (неповторяемое считывание).
W-R (Запись - Чтение). Первая транзакция изменила объект и не закончилась. Вторая транзакция пытается прочитать этот объект. Результат - чтение "грязных" данных.
Конфликты типа R-R (Чтение - Чтение) отсутствуют, т.к. данные при чтении не изменяются.

Способы разрешения конкуренции транзакций
Притормаживание некоторых транзакций
Предоставление транзакциям разных версий данных
Блокировки
Журнал транзакций

Блокировки
Основная идея блокировок заключается в том, что если для выполнения некоторой транзакции необходимо, чтобы объект не изменялся, то этот объект должен быть заблокирован, т.е. доступ к нему со стороны других транзакций ограничивается на время выполнения транзакции, вызвавшей блокировку.

Типы блокировок
Монопольные блокировки (X-блокировки, X-locks - eXclusive locks) - блокировки без взаимного доступа (блокировка записи).
Разделяемые блокировки (S-блокировки, S-locks - Shared locks) - блокировки с взаимным доступом (блокировка чтения).

Блокировки
Если транзакция A блокирует объект при помощи X-блокировки, то всякий доступ к этому объекту со стороны других транзакций отвергается.
Если транзакция A блокирует объект при помощи S-блокировки, то
запросы со стороны других транзакций на X-блокировку этого объекта будут отвергнуты,
запросы со стороны других транзакций на S-блокировку этого объекта будут приняты.

Матрица совместимости блокировок