并發(fā)控制-課后答案

第八章并發(fā)控制習題解答和解析1.

在數(shù)據(jù)庫中為什么要并發(fā)控制?答：數(shù)據(jù)庫是共享資源,通常有許多個事務(wù)同時在運行。當多個事務(wù)并發(fā)地存取數(shù)據(jù)庫時就會產(chǎn)生同時讀取和/或修改同一數(shù)據(jù)的情況。若對并發(fā)操作不加控制就可能會存取和存儲不正確的數(shù)據(jù),破壞數(shù)據(jù)庫的一致性。所以數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須提供并發(fā)控制機制。2.

并發(fā)操作可能會產(chǎn)生哪幾類數(shù)據(jù)不一致?用什么方法能避免各種不一致的情況?答：并發(fā)操作帶來的數(shù)據(jù)不一致性包括三類：丟失修改、不可重復讀和讀"臟"數(shù)據(jù)。(1)丟失修改(LostUpdate)兩個事務(wù)T1和T2讀入同一數(shù)據(jù)并修改,T2提交的結(jié)果破壞了(覆蓋了)T1提交的結(jié)果,導致T1的修改被丟失。(2)不可重復讀(Non-RepeatableRead)不可重復讀是指事務(wù)T1讀取數(shù)據(jù)后,事務(wù)T2執(zhí)行更新操作,使T1無法再現(xiàn)前一次讀取結(jié)果。不可重復讀包括三種情況:詳見《概論》8.1(P266)。(3)讀"臟"數(shù)據(jù)(DirtyRead)讀"臟"數(shù)據(jù)是指事務(wù)T1修改某一數(shù)據(jù),并將其寫回磁盤,事務(wù)T2讀取同一數(shù)據(jù)后,T1由于某種原因被撤銷,這時T1已修改過的數(shù)據(jù)恢復原值,T2讀到的數(shù)據(jù)就與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不一致,則T2讀到的數(shù)據(jù)就為"臟"數(shù)據(jù),即不正確的數(shù)據(jù)。避免不一致性的方法和技術(shù)就是并發(fā)控制。最常用的技術(shù)是封鎖技術(shù)。也可以用其他技術(shù)，例如在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中可以采用時間戳方法來進行并發(fā)控制。3.

什么是封鎖?答：封鎖就是事務(wù)T在對某個數(shù)據(jù)對象例如表、記錄等操作之前,先向系統(tǒng)發(fā)出請求,對其加鎖。加鎖后事務(wù)T就對該數(shù)據(jù)對象有了一定的控制,在事務(wù)T釋放它的鎖之前,其他的事務(wù)不能更新此數(shù)據(jù)對象。封鎖是實現(xiàn)并發(fā)控制的一個非常重要的技術(shù)。4.

基本的封鎖類型有幾種?試述它們的含義。答：基本的封鎖類型有兩種：排它鎖(ExclusiveLocks,簡稱X鎖)和共享鎖(ShareLocks,簡稱S鎖)。排它鎖又稱為寫鎖。若事務(wù)T對數(shù)據(jù)對象A加上X鎖,則只允許T讀取和修改A，其他任何事務(wù)都不能再對A加任何類型的鎖,直到T釋放A上的鎖。這就保證了其他事務(wù)在T釋放A上的鎖之前不能再讀取和修改A。共享鎖又稱為讀鎖。若事務(wù)T對數(shù)據(jù)對象A加上S鎖,則事務(wù)T可以讀A但不能修改A,其他事務(wù)只能再對A加S鎖,而不能加X鎖,直到T釋放A上的S鎖。這就保證了其他事務(wù)可以讀A,但在T釋放A上的S鎖之前不能對A做任何修改。5.如何用封鎖機制保證數(shù)據(jù)的一致性?答：DBMS在對數(shù)據(jù)進行讀、寫操作之前首先對該數(shù)據(jù)執(zhí)行封鎖操作,例如下圖中事務(wù)T1在對A進行修改之前先對A執(zhí)行XLock(A),即對A加X鎖。這樣,當T2請求對A加X鎖時就被拒絕，T2只能等待T1釋放A上的鎖后才能獲得對A的X鎖,這時它讀到的A是T1更新后的值,再按此新的A值進行運算。這樣就不會丟失T1的更新。

DBMS按照一定的封鎖協(xié)議,對并發(fā)操作進行控制,使得多個并發(fā)操作有序地執(zhí)行,就可以避免丟失修改、不可重復讀和讀"臟"數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)不一致性。

6.什么是封鎖協(xié)議?不同級別的封鎖協(xié)議的主要區(qū)別是什么?答：在運用封鎖技術(shù)對數(shù)據(jù)加鎖時,要約定一些規(guī)則。例如,在運用X鎖和S鎖對數(shù)據(jù)對象加鎖時,要約定何時申請X鎖或S鎖、何時釋放封鎖等。這些約定或者規(guī)則稱為封鎖協(xié)議(lockingProtocol)。對封鎖方式約定不同的規(guī)則,就形成了各種不同的封鎖協(xié)議、不同級別的封鎖協(xié)議,例如《概論》8.3中介紹的三級封鎖協(xié)議,三級協(xié)議的主要區(qū)別在于什么操作需要申請封鎖,何時申請封鎖以及何時釋放鎖(即持鎖時間的長短)。一級封鎖協(xié)議：事務(wù)T在修改數(shù)據(jù)R之前必須先對其加X鎖,直到事務(wù)結(jié)束才釋放。二級封鎖協(xié)議：一級封鎖協(xié)議加上事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對其加S鎖,讀完后即可釋放S鎖。三級封鎖協(xié)議：一級封鎖協(xié)議加上事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對其加S鎖,直到事務(wù)結(jié)束才釋放。

7.不同封鎖協(xié)議與系統(tǒng)一致性級別的關(guān)系是什么?答：不同的封鎖協(xié)議對應(yīng)不同的一致性級別。一級封鎖協(xié)議可防止丟失修改,并保證事務(wù)T是可恢復的。在一級封鎖協(xié)議中,對讀數(shù)據(jù)是不加S鎖的,所以它不能保證可重復讀和不讀"臟"數(shù)據(jù)。二級封鎖協(xié)議除防止了丟失修改,還可進一步防止讀"臟"數(shù)據(jù)。在二級封鎖協(xié)議中,由于讀完數(shù)據(jù)后立即釋放S鎖,所以它不能保證可重復讀。在三級封鎖協(xié)議中,無論是讀數(shù)據(jù)還是寫數(shù)據(jù)都加長鎖，即都要到事務(wù)結(jié)束才釋放封鎖。所以三級封鎖協(xié)議除防止了丟失修改和不讀"臟"數(shù)據(jù)外,還進一步防止了不可重復讀。下面的表格清楚地說明了封鎖協(xié)議與系統(tǒng)一致性的關(guān)系。

X鎖S鎖一致性保證

操作結(jié)束釋放事務(wù)結(jié)束釋放操作結(jié)束釋放事務(wù)結(jié)束釋放不丟失修改不讀"臟"數(shù)據(jù)可重復讀一級封鎖協(xié)議

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二級封鎖協(xié)議

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√√

三級封鎖協(xié)議

√

√√√√

SlockAA=Y*2等待寫回A(=4)等待UnlockA等待Y=A=4UnlockAXlockA寫回A(=16)UnlockA最后結(jié)果A為16,是可串行化的調(diào)度。(3)請給出一個非串行化的調(diào)度,并給出執(zhí)行結(jié)果。答：T1T2T3SlockAY=A=0UnlockASlockAY=A=0XlockA等待UnlockAA=Y+2寫回A(=2)SlockAUnlockA等待Y=A=2UnlockAXlockAXlockA等待A=Y**2等待寫回A(=4)等待UnlockAA=Y*2寫回A(=0)UnlockA最后結(jié)果A為0,為非串行化的調(diào)度。(4)若這3個事務(wù)都遵守兩段鎖協(xié)議,請給出一個不產(chǎn)生死鎖的可串行化調(diào)度。答：T1T2T3SlockAY=A=OXlockAA=Y+2SlockA寫回A(=2)等待UnlockA等待Y=A=2XlockA等待SlockAA=Y*2等待寫回A(=4)等待UnlockA等待Y=A=4XlockAA=Y**2寫回A(=16)UnlockA(5)若這3個事務(wù)都遵守兩段鎖協(xié)議,請給出一個產(chǎn)生死鎖的調(diào)度。答：T1T2T3SlockAY=A=0SlockAY=A=0XlockA等待XlockA等待SlockAY=A=0XlockA等待

14.試述兩段鎖協(xié)議的概念。答：兩段鎖協(xié)議是指所有事務(wù)必須分兩個階段對數(shù)據(jù)項加鎖和解鎖。?在對任何數(shù)據(jù)進行讀、寫操作之前,首先要申請并獲得對該數(shù)據(jù)的封鎖；?在釋放一個封鎖之后,事務(wù)不再申請和獲得任何其他封鎖。"兩段"的含義是,事務(wù)分為兩個階段：第一階段是獲得封鎖,也稱為擴展階段,在這階段,事務(wù)可以申請獲得任何數(shù)據(jù)項上的任何類型的鎖,但是不能釋放任何鎖；第二階段是釋放封鎖,也稱為收縮階段,在這階段,事務(wù)釋放已經(jīng)獲得的鎖,但是不能再申請任何鎖。

15.試證明,若并發(fā)事務(wù)遵守兩段鎖協(xié)議,則對這些事務(wù)的并發(fā)調(diào)度是可串行化的。證明：首先以兩個并發(fā)事務(wù)T1和T2為例,存在多個并發(fā)事務(wù)的情形可以類推。根據(jù)可串行化定義可知,事務(wù)不可串行化只可能發(fā)生在下列兩種情況：(1)事務(wù)T1寫某個數(shù)據(jù)對象A,T2讀或?qū)慉；(2)事務(wù)Tl讀或?qū)懩硞€數(shù)據(jù)對象A,T2寫A。下面稱A為潛在沖突對象。設(shè)T1和T2訪問的潛在沖突的公共對象為{A1,A2,…,An}。不失一般性,假設(shè)這組潛在沖突對象中X={A1,A2,…,Ai}均符合情況(1)。Y={Ai+1,…,An}符合所情況(2)。xX,T1需要X1ockx ①T2需要Slockx或Xlockx ②1)

如果操作①先執(zhí)行,則T1獲得鎖,T2等待由于遵守兩段鎖協(xié)議,T1在成功獲得X和Y中全部對象及非潛在沖突對象的鎖后,才會釋放鎖。這時如果wX或Y,T2已獲得w的鎖,則出現(xiàn)死鎖；否則,T1在對X、Y中對象全部處理完畢后,T2才能執(zhí)行。這相當于按T1、T2的順序串行執(zhí)行,根據(jù)可串行化定義,T1和T2的調(diào)度是可串行化的。2)

操作②先執(zhí)行的情