数据库 第八章并发控制.docx

数据库 第八章并发控制.docx

《数据库 第八章并发控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据库 第八章并发控制.docx（6页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

数据库第八章并发控制

数据库第八章并发控制

　　　　　　并发控制　　习题　　1．在数据库中为什么要并发控制？

　　2．并发操作可能会产生哪几类数据不一致？

用什么方法能避免各种不一致的情况？

3．什么是封锁？

　　4．基本的封锁类型有几种？

试述他们的含义。

5．如何用封锁机制保证数据的一致性？

　　6．什么是封锁协议？

不同级别的封锁协议的主要区别是什么？

7．不同封锁协议与系统一致性级别的关系是什么？

8．什么是活锁？

什么是死锁？

　　9．试述活锁的产生原因和解决方法。

10．请给出预防死锁的若干方法。

　　11．请给出预测死锁发生的一种方法，当发生死锁后如何接触死锁？

12．什么样的并发调度是正确的调度？

13．设T1，T2，T3是如下3个事务：

　　T1：

A：

=A+2；T2：

A：

=A*2；　　T3：

A：

=A**2；（A?

A2）设A的初值为0。

　　若这3个事务允许并行执行，则有多少可能的正确结果，请一一列举出来。

请给出一个可串行化的调度，并给出执行结果。

请给出一个非串行化的调度，并给出执行结果。

若这3个事务都遵守两段锁协议，请给出一个不产生死锁的可串行化调度。

若这3个事务都遵守两段锁协议，请给出一个产生死锁的调度。

14．试述两段锁协议的概念。

　　15．试证明，若并发事务遵守两段锁协议，则对这些事务的并发调度是可串行化的16．举例说明，对并发事务的一个调度是可串行化的，而这些事务不一定遵守两段锁协议。

　　17．为什么要引进意向锁？

意向锁的含义是什么？

　　18．试述常用的意向锁：

IS锁、IX锁、SIX锁，给出这些锁的相容矩阵。

　　19．理解并解释下列术语的含义：

封锁、活锁、死锁、排他锁、共享锁、并发事务的调度、可串行化的调度、两段锁协议。

　　*20．试述你了解的某一个实际的DBMS产品的并发控制机制。

参考答案　　1．答：

数据库是共享资源，通常有许多个事务同时在运行。

　　当多个事务并发地存取数据库时就会产生同时读取和/或修改同一数据的情况。

若对并发操作不加控制就可能会存取和存储不正确的数据，破坏数据库的一致性。

所以数据库管理系统必须提供并发控制机制。

　　2．答：

并发操作带来的数据不一致性包括三类：

丢失修改，不可重复读和读“脏”数据。

（1）丢失修改（LostUpdate）　　两个事务T1和T2读入同一数据并修改，T2提交的结果破坏了（覆盖了）T1提交的结果，导致T1的修改被丢失。

（2）不可重复读（Non-RepeatableRead）　　不可重复读是指事务T1读取数据后，事务T2执行更新操作，使T1无法再现前一次读取结果。

不可以重复读包括三种情况：

详见>8。

1（P266）（3）读“脏”数据（DirtyRead）　　读“脏”数据是指事务T1修改某一数据，并将其写回磁盘，事务T2读取同一数据后，T1于某种原因被撤消，这时T1已修改过的数据恢复原值，T2读到的数据就与数据库中的数据不一致，则T2读到的数据就为“脏”数据，即不正确的数据。

　　避免不一致性的方法和技术就是并发控制。

最常用的技术是封锁技术。

也可以用其他技术，例如在分布式数据库系统中可以采用时间戳方法来进行并发控制。

　　．答：

封锁就是事务T在对某个数据对象例如表。

记录等操作之前，先向系统发出请求。

对其加锁。

加锁后事务T就对该数据对象有了一定的控制，在事务T释放它的锁之前，其他的事务不能更新此数据对象。

　　封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术。

　　4．答：

基本的封锁类型有两种：

排它锁（ExclusiveLocks，简称X锁）和共享锁。

　　排它锁又成为写锁。

若事务T对数据对象A加上X锁，则只允许T读取和修改A，其他任何事务都不能再对A加任何类型的锁，直到T释放A上的锁。

这就保证了其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A。

　　共享锁又称为读锁。

若事务Td对数据对象A加上s锁，则事务T可以读取A但不能修改A，其他事务只能再对A加S锁。

而不能加X锁，直到T释放A上的S锁。

这就保证了其他事务可以读A，但在T释放A上的S锁之前不能对A做任何修改。

　　5．答：

DBMS在对数据进行读，写操作之前首先对该数据执行封锁操作，例如下图中事务T1在对A进行修改之前先对A执行Xock（A），即对A加X锁。

这样，当T2请求对A加X锁时就被拒绝，T2只能等待T1释放A上的锁后才能获得对A的X锁，这时它读到的A是T1更新后的值，再按此新的A值进行运算。

这样就不会丢失T1的更新。

　　T11．XlockA2．获得读A＝163．A＝A-1写回A=15CommitUnlockA4．5．　　XlockA等待等待等待等待获得XlockAA=A-1写回A＝14A＝15T2CommitUnlockADBMS按照一定的封锁协议，对并发操作进行控制，使得多个并发操作有序地执行，就可以避免丢失修改，不可重复读和读脏数据等数据不一致性　　6．答：

在运用封锁技术对数据加锁时，要约定一些规则。

例如，在运用X锁和S锁对数据对象加锁时，要约定何时申请X锁或S锁，何时释放封锁等。

这些约定或者规则称为封锁协议（LockingProtocol）。

对封锁方式约定不同的规则，就形成了各种不同的封锁协议，不同级别的封锁协议。

例如>8。

3中介绍的三级封锁协议，三级封锁协议的主要区别在于什么操作需要申请封锁，何时申请封锁以及何时释放锁　　一级封锁协议：

事务T在修改数据R之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放。

二级封锁协议：

一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，读完后即可释放S锁。

　　三级封锁协议：

一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，直到事务结束才释放。

　　7．答：

不同的封锁协议对应不同的一致性级别。

　　一级封锁协议可防止丢失修改，并保证事务T可恢复的。

在一级封锁协议中，对读数据是不加S锁的，所以它不能保证可重复读和不读“脏”数据。

　　二级封锁协议除防止了丢失修改，还可进一步防止“脏”脏数据。

在二级封锁协议中，　　S锁，所以它不能保证可重复读。

　　在三级封锁协议中，无论是读数据还是写数据都加长锁，即都要到事务结束时才释放封锁。

所以三级封锁协议除防止了丢失修改和不读“脏”数据外，还进一步防止了不可重复读。

下面的表格清楚地说明了封锁协议与系统一致性的关系。

　　X锁　　S锁　　一致性保证操作结束释放一级封锁协议二级封锁协议三级封锁协议　　　　事务结束释放√√√　　　　　　操作结束释放√　　事务结束释放√　　不丢失修改√√√　　　　不读“脏”数据√√　　可重复读√　　8．答T1LockR。

。

Unlock　　。

。

。

。

。

　　T2。

lockR等待等待等待等待等待等待等待T3。

。

LockR。

LockR。

LockR。

。

　　T4。

。

。

LockR等待等待等待　　LockR。

如果事务T1封锁了数据R，事务T2又请求封锁R，于是T2等待。

T3也请求封锁R，当T1释放了R上的封锁之后系统首先批准了T3的请求，T2人仍然等待。

　　后T4又请求封锁R，当T3释放了R上的封锁之后系统又批准了T4的请求…　　T2有可能永远等待，这就是活锁的情形。

活锁的含义是该等待事务等待时间太长，似乎被锁住了，实际上可能被激活。

　　如果事务T1封锁了数据R1，T2封锁了数据R2，然后T1又请求封锁R2，因为已封锁了R2，于是T1等待t2释放r2上的锁。

接着T2又申请封锁R1，因T1已封锁了R1，T2也只能等待T1释放R1上的锁。

这样就出现了T1在等待T2，而T2又在等待T1的局面，T1和T2两个事务永远不能结束，形成死锁。

T1LockR1　　。

　　。

LockR2等待等待等待T2。

LockR2。

。

。

LockR1等待9．答：

活锁产生的原因：

当一系列封锁不能按照其先后顺序执行时，就可能导致一些事务无限期等待某个封锁，从而导致活锁。

　　避免活锁的简单方法是采用先来先服务的策略。

当多个事务请求封锁同一数据对象时，封锁子系统按请求的先后顺序对事务排队，数据对象上的锁一旦释放就批准申请队列中第一个事务获得锁。

　　．答：

　　在数据中，产生死锁的原因是两个或多个事务都已封锁了一些数据对象，然后又都请求已被其他事务封锁的数据加锁，从而出现死锁等待。

　　防止死锁的发生其实就是要破坏产生死锁的条件。

预防死锁通常有两种方法。

　　一次封锁法，要求每个事务必须一次将所有要使用的数据全部加锁，否则就不能执行；　　顺序封锁法，预先对数据对象规定一个封锁的顺序，所有事务都按这个顺序实行封锁。

　　不过，预防死锁的策略不大适合数据库系统的特点，具体原因可参考《概论》。

11．答：

　　数据库系统一般采用允许死锁发生，DBMS检测死锁后加以解除的方法。

　　DBMS中诊断死锁的方法与操作系统类似，一般使用超时法或事务等待图法。

　　超时法是：

如果一个事务的等待时间超过了规定的时限，就认为发生了死锁。

超时实现简单，但有可能误判死锁，事务因其他原因长时间等待超过时限时，系统会误认为发生了死锁。

若时限设置得太长，又不能及时发现死锁发生。

　　DBMS并发控制子系统检测到死锁后，就要设法解除。

通常采用的方法是选择一个处理死锁代价最小的事务，将其撤消，释放此事务持有的使用锁，使其他事务得以继续运行下去。

当然，对撤消的事务所执行的数据修改操作必须、加以恢复。

12．答：

可串性化的调度是正确的调度。

　　可串性化的调度的定义：

多个事务的并发执行是正确的，当且仅当其结果与按某一次串行执行它们时的结果相同，称这种调度策略为可串行化的调度。

13．答　　T1SlockAY=A=0UnLockAXlockAA=Y+2写回A（=2）UnlockAT2　　SlockA等待等待等待Y=A=2UnlockAXlockAA=Y+2写回A（=4）UnLockAT3　　SlockA等待等待等待Y=A=4UnlockAXlockAA=Y*2写回A（=16）UnLockA　　T1T2　　T3SlockAY=A=0UnLockA　　XlockA等待A=Y+2写回A（=2）UnLockA　　SlockAY=A=0UnLockA　　XlockA等待等待等待A=Y*2写回A（=0）　　SlockA等待Y=A=2UnLockAXlockAY=Y**2写回A（=4）UnLockAUnlockA最后结果A为0，为非串行化的调度。

答　　T1SlockAY=A=0XlockAA=Y+2写回A（=2）UnLockA　　T2　　SlockA等待等待Y=A+2XlockA等待A=Y*2写回A（=4）UnLockAUnLockA　　T3　　SlockA等待等待等待Y=A=4XlockAA=Y**2写回A（=16）UnLockAUnLockA　　T1　　SlockA　　Y=A=0　　T2　　T3

　　　　　　XlockA　　等待SlockAY=A=0XlockA等待　　SlockAY=A=0XlockA等待　　14．答：

两段锁协议是指所有事务必须分两个阶段对数据项加锁和解锁。

在对任何数据进行读，写操作之前，首先要申请并获得对该数据的封锁；在释放一个封锁之后，事务不再申请和获得任何其他封锁。

两段的含义是，事务分为两个阶段：

　　第一个阶段是获得封锁，也称为扩展段，在这个阶段，事务可以申请获得任何数据项上的任何类型的锁，但是不能释放任何锁；　　第二阶段是释放封锁，也称为收缩阶段，在这阶段，事务释放已经获得的但是不能在申请任何锁。

15．证明：

　　首先以两个并发事务T1和T２为例，存在多个并发事务的情形可以类推。

根据可串行化定义可知，事务不可串行化可能发生在下列两种情况：

事务T1写某个数据对象A，T2读或写A;事务T1读或写某个数据对象A，T2写A下面称A为潜在冲突对象。

　　设T1和T2访问的潜在冲突的公共对象为{A1，A2，A3，……An}。

　　不失一般性，假设这组潜在冲突对象中X=｛A1，A2，……，Ai｝均符合情况１。

Y={Ai+1，………，An}符合所情况

（2）　　?

x∈X，T1需要Xlockx　　T2需要Slockx或Xlockx　　1）如果操作１先执行，则T1获得锁，T2等待　　于遵守两段锁协议，T1在成功获得X和Y中全部对象及非潜在冲突对象的锁后，才会释放锁。

　　这时如果?

w∈X或Y，T2已获得w的锁，则出现死锁；　　否则，T1在对X，Y中的对象全部处理完毕后，T2才能执行。

　　这相当于按T1，T2的顺序串行执行，根据可串行化定义，T1和T2的调度是可串行化的。

　　16．答：

　　T1　　T2SlockB读B=2Y=BUnLockBXlockA　　SlockAA=Y+1写回A=3UnLockA等待等待等待等待SlockA读A=3X=AUnLockAXlockBB=X+1写回B=4UnLockB17．答：

引进意向锁是为了提高封锁子系统的效率。

该封锁子系统支持多种封锁粒度。

原因是：

在多粒度封锁方法中一个数据对象可能以良种方式加锁---显式封锁和隐式封锁。

因此系统在对某一数据对象加锁时不仅要检查该数据对象上有无（显式和隐式）封锁与之冲突，还要检查其所有上级结点和所有下级结点，看申请的封锁是否与这些结点上的（显式和隐式）封锁冲突，显然，这样的检查方法效率很低。

为此引进了意向锁。

　　意向锁的含义是：

对任一结点加锁时，必须先对它的上层结点加意向锁。

　　例如事务T要对某个元组加X锁，则首先要对关系和数据库加IX锁。

换言之，对关系和数据库加IX锁，表示它的后裔结点---某个元组拟加X锁。

　　引进意向锁后，系统对某一数据对象加锁不必逐个检查与下一级结点的封锁冲突了。

例如，事务T要对关系R加X锁，系统只要检查根结点数据库和R本身是否已加了不相容的锁，而不再需要搜索和检查R中的每一个元组是否加了X锁或是S锁。

18．答：

IS锁　　如果对一个数据对象加IS锁，表示它的后裔结点拟（意向）加S锁。

例如，要对某个元组加S锁，则要首先对关系和数据库加IX锁。

IX锁　　如果对一个数据对象加IX锁，表示它的后裔结点拟（意向）加X锁。

例如，要对某个元组加X锁，则要首先对关系和数据库加IX锁。

SIX锁　　如果对一个数据对象加SIX锁，表示对它加S锁，再加IX锁，即SIX=S+IX　　T0T1SXISIXYNYNNNNNNYYNYYYYNNYYNYNNYNNYYYYYYYSXISIXSIX-SIXN-Y19．答：

。

20．答：

。