BD - Aula 5 - Transação

7/26/2019 BD - Aula 5 - Transao

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12/09/201

Transao

Rodrigo Spnola

Agenda

Definies iniciais

Controle de Concorrncia

Estados de uma Transao

Propriedades de uma Transao

Log de Transaes


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DEFINIES INICIAIS

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TransaesAlgumas

Definies

Mecanismo para se descrever unidade lgica de

processamento em banco de dados

SGBDs so em geral multiusurios

Uma transao totalmente executada ou nada dela

(nenhum comando) realizado

Baseado no conceito de Redundnciagarantir que qualquer

pedao da informao possa ser reconstitudo a partir de

outras informaes armazenadas

4

TransaesAlgumas

Definies

Para garantir o processamento de vrias

transaes necessrio o controle de

concorrncia

Necessrio tambm mecanismo de

recuperao para problemas de falhas de

transao.

5

TransaesAlgumas

Definies

Unidade lgica de processamento em um SGBD

Composta de uma ou mais operaes

seus limites podem ser determinados em SQL

De forma abstrata e simplificada, uma transao pode ser

encarada como um conjunto de operaes de leitura e escrita

de dados

read(x)

x = xi

read(y)

y = y * x

write(x)

write(y)

Tx l o dado X do BD e oarmazena na varivel X

grava no dado Y do BD o

valor da varivel Y6


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TransaesAlgumas

Definies

Uma transao possui uma ou mais operaes ao

banco de dados, incluindo operaes de incluso,

excluso, modificao e recuperao

Para especificar os limites da transao podemos

usar begin transaction e end transaction

Um programa pode conter vrias transaes

O tamanho do item de dado envolvido na transao

denomina-se granularidade, que pode ser um

registro ou um bloco de disco.

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Transaes - Gerenciamento

Read(x)

Encontra bloco do disco em que x est armazenado.

Copia bloco para buffer da memria principal.

Copia o item x do buffer para a varivel do programa.

Write (x)

Encontra bloco do disco em que x est armazenado.

Copia o bloco para buffer da memria principal.

Copia x da varivel do programa para o buffer.

Armazena o bloco atualizado do buffer para o disco (imediatamente ou

depois)

A BPrograma 1

Memria

A

BPrograma 2

Memria

A

B

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Transaes - Gerenciamento

Controle de concorrncia

Coordena as aes de processos que operam em

paralelo

acessam dados compartilhados

potencialmente interferem uns com os outros

Recuperao

Assegura que falhas de software e hardware no

corrompem dados persistentes

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CONTROLE DE CONCORRNCIA

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Transaes - Controle de

concorrncia

Transaes ocorrem de forma concorrente

Se duas transaes acessam o mesmo item do banco

e suas operaes so entrelaadas necessrio o

controle da concorrncia.

Por que o controle de concorrncia necessrio?

Problema de perda de atualizao

Problema da dependncia de atualizao no confirmada

Problema de funo de agregao incorreta (sumrio

incorreto)

11


concorrncia

Read (X)X = X - N

Write (X)Read (Y)

Y = Y + N

Write (Y)

Read (X)

X = X + M

Write (X)

T1 T2

tempo

Problema da perda de atualizao

Item Xtem um valor incorretopois sua atualizao atravs de T1

foi pedida

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concorrncia

Dependncia de uma atualizao no confirmada(Leitura de sujeiradirty read)

Read (X)X = X - NWrite (X)

Read (X)X = X + MWrite (X)

T1 T2

Read (Y)

tempo

FALHAA transao T1 falha e deve retornar

o valor de Xpara seu valor originalmas T2 j leu o valor incorreto

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concorrncia

tempo

Read (X)

X = X - N

Write (X)

Sum = 0

Read (A)

Sum = Sum + A

T1 T2

Read (Y)

Y = Y + N

Write (Y)

Read (X)

Sum = Sum + X

Read (Y)

Sum = Sum + Y

Problema do sumrio incorreto

T2l Xdepois que ele subtradoe l Yantes que seja adicionado.

O resultado ser uma soma

incorreta

14


concorrncia

Begin Transaction:inicia a transao de formaexplcita

Commit Transaction:encerra a transao comsucesso e torna a atualizao permanente

Rollback Transaction: Trmino de transaocom erro, retorna o banco para posio

anterior transao

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Transaes - Recuperao

Se todas as operaes na transao so completadas

com sucessotem efeito permanente no banco de

dados

Se uma operao falharnada ter efeito no banco

Tipos de falhas :

Erros de hardware, software ou rede;

Erros de sistemas ou transao;

Condies de exceo detectados na transao.

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ESTADOS DE UMA TRANSAO

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Estados de uma Transao

Uma transao sempre monitorada pelo SGBD

quanto ao seu estado

que operaes j fez? concluiu suas operaes? deve

abortar?

Estados de uma transao

Ativa, Em processo de efetivao, Efetivada, Em processo

de aborto, Concluda

Respeita um Grafo de Transio de Estados

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Transio de Estados de uma

Transao

Ativa

Em processo de efetivao

Efetivada

Em processo de aborto

Concluda

iniciartransao

finalizar

transao

transao deve

ser desfeita

concluso

da transao

com sucesso

encerramento

com sucesso

concluso

da transao

sem sucesso

readse writes

encerramento

sem sucesso

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Transao

Ativa


Efetivada


Concluda

iniciar

transaofinalizar

transao

transao deve

ser desfeita

concluso

da transao

com sucesso

encerramento

com sucesso

concluso

da transao

sem sucesso

readse writes

encerramento

sem sucesso

Estado inicial de toda

transao selecionada

para execuo.

Enquanto ativa, uma transao executa

uma ou mais operaes read e write

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Transao

Ativa


Efetivada


Concluda

iniciar

transaofinalizar

transao

transao deve

ser desfeita

concluso

da transao

com sucesso

encerramento

com sucesso

concluso

da transao

sem sucesso

readse writes

encerramento

sem sucesso

Entra nesse estado aps

executar sua ltima operao

(solicitao de COMMIT).

Neste momento, o SGBD precisa garantir

que as suas atualizaes sejam efetivadas

com sucesso (no sofra falhas).

Aplicao de tcnicas de recovery.

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Transao

Ativa


Efetivada


Concluda

iniciartransao

finalizar

transao

transao deve

ser desfeita

concluso

da transao

com sucesso

encerramento

com sucesso

concluso

da transao

sem sucesso

readse writes

encerramento

sem sucesso

Entra nesse estado aps o SGBD confirmar

que todas as modificaes da transao

esto garantidas no BD (COMMIT OK).

Exemplos: gravao em Log, descarga de

todos os buffers em disco .

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Transao

Ativa


Efetivada


Concluda

iniciar

transaofinalizar

transao

transao deve

ser desfeita

concluso

da transao

com sucesso

encerramento

com sucesso

concluso

da transao

sem sucesso

readse writes

encerramento

sem sucesso

Entra nesse estado se no puder

prosseguir a sua execuo.

Pode passar para esse estado enquanto

ativa ou em processo de efetivao:

exemplo (I): violao de RIexemplo (II): pane no S.O.

Suas aes j realizadas devem ser

desfeitas (ROLLBACK).23


Transao

Ativa


Efetivada


Concluda

iniciar

transaofinalizar

transao

transao deve

ser desfeita

concluso

da transao

com sucesso

encerramento

com sucesso

concluso

da transao

sem sucesso

readse writes

encerramento

sem sucesso

Estado final de uma transao

Indica uma transao que deixa osistema. As informaes da transao

mantidas em catlogo podem ser

excludas: operaes feitas, dados

manipulados, buffers utilizados, ...

Se a transao no concluiu com

sucesso, ela pode ser reiniciada

automaticamente

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PROPRIEDADES DE UMATRANSAO

25

Propriedades de uma

Transao

Requisitos que sempre devem ser atendidos

por uma transao

Chamadas de propriedades ACID

Atomicidade

Consistncia

Isolamento

Durabilidade ou Persistncia

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Atomicidade

Princpio do Tudo ou Nada

ou todas as operaes da transao so efetivadas

com sucesso no BD ou nenhuma delas se efetiva

preservar a integridade do BD

Responsabilidade do subsistema de

recuperao contra falhas (subsistema de

recovery) do SGBD

desfazer as aes de transaes parcialmente

executadas

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Consistncia

Uma transao sempreconduz o BD de umestado consistente para outro estado

tambm consistente

Responsabilidade conjunta do

DBA

definir todas as RIs para garantir estados e transies

de estado vlidos para os dados

exemplos: salrio > 0; salrio novo > salrio antigo

subsistema de recovery

desfazer as aes da transao que violou a integridade

28

Isolamento

No contexto de um conjunto de transaes

concorrentes, a execuo de uma transao Tx devefuncionar como se Tx executasse de forma isolada Tx no deve sofrer interferncias de outras transaes

executando concorrentemente

Responsabilidade do subsistema de controle de

concorrncia (scheduler) do SGBD

garantir escalonamentos sem interferncias

29

Isolamento

T1 T2

read(A)

A = A50

write(A)

read(A)

A = A+A*0.1

write(A)

read(B)

B = B + 50

write(B)

read(B)

B = B - A

write(B)

T1 T2

read(A)

A = A50

read(A)

A = A+A*0.1

write(A)

read(B)

write(A)

read(B)

B = B + 50

write(B)

B = B - A

write(B)

escalonamento vlido escalonamento invlido

T1interfere

em T2

T2interfere

em T130


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Durabilidade ou Persistncia

Deve-se garantir que as modificaesrealizadas por uma transao que concluiu

com sucesso persistam no BD nenhuma falha posterior ocorrida no BD deve

perder essas modificaes

Responsabilidade do subsistema de recovery

refazer transaes que executaram com sucesso

em caso de falha no BD

31

Transaes - Propriedades

(ACID)

Atomicidade

Consistncia

Isolamento

Durabilidade

Subsistema

de

Recuperao

Controle de

Concorrncia

Restries de

Integridade/

Programador

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LOG DE TRANSAES

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Transaes - Log de

transaes

Para ter capacidade de se recuperar de falhas

que afetam a transao o sistema mantm um

log

No log so registradas todas as operaes das

transaes que afetam valores nos bancos de

dados (alteraes)

O log mantido em disco

34

Transaes - Registros de Log

Seja T a idenficao de uma transao:

[Start_transaction, T]:marca o incio da transao T

[Write_item, T, X, old_value, new_value]:indica que atransao T alterou o valor de X no banco de dados do

valor antigo para o novo

[read_item, T, X]:indica que a transao T leu o valor doitem T no banco de dados

[commit, T]: indica que a transao T foi completada comsucesso e confirma a gravao no banco de dados

[abort, T]:indica que a transaa T foi abortada

35

Transaes - Log de

transaes

Periodicamente o log copiado para fita

Como o log contm todos os registros das operaes

que alteraram qualquer item do banco, possvel

desfazer (undo) o efeito destas operaes ou refazer

as operaes at um certo ponto

Base para o processo de recuperaoRecovery

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1

Transaes - Modificaes no

BD

Modificaes Adiadas:O BD no atualizadoat que a transao alcance o commit.

Modificaes Imediata:O BD modificadoantes de alcanar o commit. As informaes

do log so gravadas no meio estvel a fim de

possibilitar a recuperao.

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Transaes - Check point

Ponto de checagem

Gravado periodicamente no log no ponto em que o SGBD

grava no banco de dados todos os blocos que tenham sido

modificados

Todas as transaes commited no log no precisam mais

ser refeitas no banco

O gerenciador de recuperaes deve decidir em que

intervalo realizar o checkpoint

O intervalo pode ser mantido em termo de tempo ou em

termo de nmero de transaes confirmadas desde o

ltimo checkpoint

38

Transaes - Check point

Suspende todas as transaes temporariamente.

Grava os buffers modificados do BD da memria para o disco.

Grava um registro de checkpoint no log

Retorna as transaes em execuo

T1

T2

T3

T4

T5

Ponto de checagem

(tempo, tc)

Falha no sistem

(tempo, tc)

Tempo

tc tf

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CONTROLE DE CONCORRNCIA

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SGBD

sistema multiusurio em geral

diversas transaes executando simultaneamente

Garantia de isolamento de Transaes

1a soluo: uma transao executa por vez

escalonamento serial de t ransaes

soluo bastanteineficiente!

vrias transaes podem esperar muito tempo para serem

executadas

CPU pode ficar muito tempo ociosa enquanto uma transao faz I/O, por exemplo, outras

transaes poderiam ser executadas

41


Soluo mais eficiente

execuo concorrente de transaes de modo a preservar o isolamento escalonamento (schedule) no-serial e ntegro

responsabilidade do subsistema de controle de concorrncia ou scheduler

T1 T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(Y)

Y = Y + 20

write(Y)

read(X)

X = X + 10

write(X)

T1

T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(X)

X = X + 10

write(X)

read(Y)

Y = Y + 20

write(Y)

execuoserial

execuono-serial

ou concorrente

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1

Scheduler

Responsvel pela definio de escalonamentos no-seriais de

transaes

Um escalonamento E define uma ordem de execuo dasoperaes de vrias transaes, sendo que a ordem dasoperaes de uma transao Tx em E aparece na mesmaordem na qual elas ocorrem isoladamente em Tx

Problemas de um escalonamento no-serial mal definido

(invlido)

atualizao perdida (lost-update)

leitura suja (dirty-read)

43

Atualizao Perdida

Uma transao Ty grava em um dado atualizado por

uma transao Tx

T1 T2

read(X)

X = X20

read(Z)

X = Z + 10

write(X)

read(Y)

write(X)

Y = X + 30

write(Y)

a atualizao de Xpor T1 foi perdida!

44

Leitura Suja

Tx atualiza um dado X, outras transaes

posteriormente lem X, e depois Tx falha

T1 T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(X)

X = X + 10

write(X)

read(Y)

abort( )

T2 leu um valor de X que

no ser mais vlido!

45


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1

Scheduler

Deve evitar escalonamentos invlidos

exige anlise de operaes em conflito

operaes que pertencem a transaes diferentes transaes acessam o mesmo dado

pelo menos uma das operaes write

tabela de situaes de conflito de transaes

podem gerar um estado inconsistente no BD

Ty

Tx

read(X) write(X)

read(X)

write(X)46

Scheduler X Recovery

Scheduler deve cooperar com o Recovery!

Categorias de escalonamentos considerandoo grau de cooperao com o Recovery

recuperveisX no-recuperveis

permitem aborto em cascata X evitam aborto emcascata

estritosX no-estritos

47

Escalonamento Recupervel

Garante que, se Tx realizou commit, Tx no ir sofrer UNDO

o recovery espera sempre esse tipo de escalonamento!

Um escalonamento E recupervel se nenhuma Tx em E for

concluda at que todas as transaes que gravaram dados

lidos por Tx tenham sido concludas

T1 T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(X)

X = X + 10

write(X)

commit( )

abort( )

escalonamentono-recupervel

T1 T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(X)

X = X + 10

write(X)

commit( )

commit( )

escalonamentorecupervel

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1

Escalonamento sem Aborto

em Cascata

Um escalonamento recupervel pode gerar abortos de transaes em

cascata

consome muito tempo de recovery!

Um escalonamento E recupervel e evita aborto em cascata se uma Txem E s puder ler dados que tenham sido atualizados por transaes que

j concluram

T1

T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(X)

X = X + 10

write(X)

abort( ) . . .

escalonamento

recupervel

com aborto emcascata

T1 T2

read(X)

X = X20

write(X)

commit( )

read(X)

X = X + 10

write(X)

. . .

escalonamento

recupervel

sem aborto emcascata

49

Escalonamento Estrito

Garante que, se Tx deve sofrer UNDO, basta gravar a before image dos

dados atualizados por ela

Um escalonamento E recupervel, evita aborto em cascata e estrito se

uma Tx em E s puder ler ou atualizar um dado X depois que todas as

transaes que atualizaram X tenham sido concludas

T1 T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(Y)

X = Y + 10

write(X)

commit( )

abort( )

escalonamento

recupervel

sem aborto emcascata e

no-estrito

T1 T2

read(X)

X = X20

write(X)

commit( )

read(Y)

X = Y + 10

write(X)

commit( )

escalonamento

recupervel

sem aborto em

cascata e

estrito

50

Teoria da Serializabilidade

Garantia de escalonamentos no-seriais vlidos

Premissa um escalonamento no-serial de um conjunto de transaes deve produzir

resultado equivalente a alguma execuo serial destas transaes

T1 T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(Y)

Y = Y + 20

write(Y)

read(X)

X = X + 10

write(X)

T1 T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(X)

X = X + 10

write(X)

read(Y)

Y = Y + 20

write(Y)

execuoserial

execuono-serial

serializvel

entrada:X = 50Y = 40

entrada:X = 50Y = 40

sada:X = 40Y = 60

sada:X = 40Y = 60

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1

Verificao de

Serializabilidade

Duas principais tcnicas

equivalncia de conflito

equivalncia de viso

Equivalncia de Conflito

dado um escalonamento no-serial E para um conjunto

de Transaes T, E serializvel em conflito se E forequivalente em conflito a algum escalonamento serial Epara T, ou seja,a ordem de quaisquer 2 operaes emconflito a mesma em E e E.

52

Equivalncia de Conflito -

Exemplo

T1 T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(Y)

Y = Y + 20

write(Y)

read(X)

X = X + 10

write(X)

T1

T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(X)

X = X + 10

write(X)

read(Y)

Y = Y + 20

write(Y)

escalonamento serial E escalonamento no-serial E1

T1 T2

read(X)

X = X20

read(X)

X = X + 10

write(X)

read(Y)

write(X)

Y = Y + 20

write(Y)

escalonamento no-serial E2

E1equivale em conflito a E

E2no equivale em conflito a nenhum escalonamento serial

para T1 e T2

E1 serializvel e E2no serializvel 53

Verificao de Equivalncia

em Conflito

Construo de um grafo direcionado de

precedncia

ns so IDs de transaes

arestas rotuladas so definidas entre 2 transaes

T1 e T2 se existirem operaes em conflito entre

elas

direo indica a ordem de precedncia da operao

origem indica onde ocorre primeiro a operao

Um grafo com ciclos indica um escalonamento

no-serializvel em conflito!54


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Verificao de Equivalncia

em Conflito

Algoritmo para teste de serialidade de um plano S

1. Para cada transao Ti participante do Plano S, criar um n rotulado

Ti no grafo de precedncia.

2. Para cada caso em S em que Tj executar um ler_item(X) depois que

uma Ti executar um escrever_item(X), criar uma seta (Ti Tj ) no

grafo de precedncia.

3. Para cada caso em S em que Tj executar um escrever_item(X) depois

que Ti executar um ler_item(X), criar uma seta (Ti Tj ) no grafo de

precedncia.

4. Para cada caso em S em que Tj executar um escrever_item(X) depois

que Ti executar um escrever_item(X), criar uma seta (Ti Tj ) no

grafo de precedncia.

5. O plano S ser serializvel se, e apenas se, o grafo de precedncia

no contiver ciclos.

55

Grafo de Precedncia

T1 T2

read(X)

X = X20

write(X)

read(X)

X = X + 10

write(X)

read(Y)

Y = Y + 20

write(Y)

escalonamento serializvel E1

T1 T2

read(X)

X = X20

read(X)

X = X + 10

write(X)

read(Y)

write(X)

Y = Y + 20

write(Y)

escalonamento no-serializvel E2

T1 T2 T1 T2

56

Plano de Execuo (histrico)

de Transaes

Representao sequencial da execuo entrelaada de um conjunto de

transaes concorrentes operaes consideradas

read (r), write (w),

commit (c), abort (a)

Exemplo

HE2 = r1(x) r2(x) w1(x) r1(y)w2(x) w1(y) c1 c2

escalonamento no-serializvel E2

T1 T2

read(X)

X = X20

read(X)

X = X + 10

write(X)

read(Y)

write(X)

Y = Y + 20

write(Y)

commit( )

commit( )57


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Referncias

Elmasri, R. e Navathe, S. Fundamentals of Database Systems,6

Edio, Addison-Wesley, 2011.

Captulo 21

Abraham Silberschatz, Henry F. Korth, S. Sudarshan., Sistema

de Banco de Dados, Editora: CAMPUS 5 Edio - 2006 808

pg. ISBN 13: 9788535211078

58

Transao

Rodrigo Spnola

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