Чтение несогласованных данных

Рассмотрим ситуацию, которая приводит к получению несогласованных данных при выполнении операций над БД.

По-прежнему Диспетчер 1 выполняет операцию по заполнению строки учебного плана, а Диспетчер 2 при выполнении своей операции должен сделать выбор между двумя преподавателями в соответствии с их текущей нагрузкой.

Начиная работу практически одновременно с Диспетчером 1, Диспетчер 2 получает следующие сведения: нагрузка первого преподавателя составляет 350 часов, а нагрузка второго преподавателя составляет 370 часов. Далее Диспетчер 2 принимает решение в пользу первого преподавателя, но повторный запрос нагрузки возвращает значение 400, так как Диспетчер 1 уже сохранил новые данные в таблице «Кадровый_ состав».

В большинстве систем обеспечение изолированности пользователей в подобных ситуациях является максимальным требованием к синхронизации транзакций.

Строки-призраки

К более тонким проблемам изолированности транзакций относится так называемая проблема строк-призраков, вызывающая ситуации, которые также противоречат изолированности пользователей. Рассмотрим следующий сценарий.

Диспетчер 1 инициирует Транзакцию 1, которая выполняет оператор выборки строк таблицы в соответствии с некоторым условием. До завершения Транзакции 1 Транзакция 2, вызванная Диспетчером 2, вставляет в таблицу «Сводная_ ведомость» новую строку, удовлетворяющую условию отбора Транзакции 1, и успешно завершается. Транзакция 1 повторно выполняет оператор выборки, и в результате появляется строка, которая отсутствовала при первом выполнении оператора. Конечно, такая ситуация противоречит идее изолированности транзакций.

45. Сериализация транзакций?

Чтобы добиться изолированности транзакций, СУБДдолжна использовать специальные методы регулирования совместного выполнения транзакций.

Метод сериализаций транзакций — это механизм их выполнения по такому плану, когда результат совместного выполнения транзакций эквивалентен результату некоторого последовательного выполнения этих же транзакций. Обеспечение такого механизма является основной функцией управления транзакциями. Система, в которой поддерживается метод сериализаций транзакций, реально обеспечивает изолированность пользователей при работе с БД.

Основная реализационная проблема метода состоит в обеспечении такого выполнения транзакций, при котором не слишком ограничивалась бы их параллельность. Простейшим решением является действительно их последовательное выполнение, но существуют ситуации, когда можно выполнять операторы разных транзакций в любом порядке, и это не приведет к проблемным ситуациям. Примерами могут служить транзакции, выполняющие только операции чтения, или транзакции, работающие с разными объектами базы данных.

На самом деле между транзакциями могут существовать следующие виды конфликтов:

• Транзакция 2 пытается изменять объект, измененный не закончившейся Транзакцией 1 (W-W — конфликт);

• Транзакция 2 пытается изменять объект, прочитанный не закончившейся Транзакцией 1 (R-W — конфликт);

• Транзакция 2 пытается читать объект, измененный не закончившейся Транзакцией 1 (W-R — конфликт).

Практические методы сериализаций транзакций основываются на учете этих конфликтов.

46. Захват и освобождение объекта?

Для обеспечения сериализаций транзакций применяются методы «захвата» и «освобождения» объектов, производимого по инициативе транзакции: транзакция «захватывает» объект, что приводит к его блокировке для других транзакций, и освобождает его только„при своем завершении. При этом захваты объектов несколькими транзакциями на чтение совместимы (т. е. нескольким транзакциям разрешается читать один и тот же объект), захват объекта одной транзакцией на чтение не совместим с захватом другой транзакцией того же объекта на запись, и захваты одного объекта разными транзакциями на запись не совместимы. Тем самым, выделяются два основных режима захватов:

• совместный режим — S (Shared), означающий разделяемый захват объекта и необходимый для выполнения операции чтения объекта;

• монопольный режим — Х (eXclusive), означающий монопольный захват объекта и необходимый для выполнения операций записи, удаления и модификации.

Наиболее распространенным в СУБД,основанных на архитектуре «клиент — сервер», является подход, реализующий соблюдение двухфазного протокола захватов объектов БД. В общих чертах протокол состоит в том, что перед выполнением любой операции над объектом базы данных от имени транзакции запрашивается захват объекта в соответствующем режиме. В соответствии с этим протоколом выполнение транзакции разбивается на две фазы: первая фаза транзакции — накопление захватов; вторая фаза — освобождение захватов.

При соблюдении двухфазного протокола основная проблема состоит в том, что следует считать объектом для захвата?

В контексте реляционных баз данных возможны следующие варианты:

• файл — физический объект, область хранения нескольких отношений и, возможно, индексов;

• таблица — логический объект, соответствующий множеству записей данного отношения;

• страница данных — физический объект, хранящий записи одного или нескольких отношений, индексную или служебную информацию;

• запись — элементарный физический объект базы данных. Очевидно, что чем крупнее объект захвата, тем меньше захватов будет поддерживаться в системе, и на это, соответственно, будут тратиться меньшие накладные расходы. Более того, если выбрать в качестве уровня объектов для захватов файл или отношение, то будет решена даже проблема строк-призраков. Однако при использовании для захватов крупных объектов возрастает вероятность конфликтов транзакций и тем самым уменьшается допускаемая степень их параллельного выполнения. Фактически, при укрупнении объекта синхронизационного захвата мы умышленно огрубляем ситуацию и видим конфликты в тех ситуациях, когда на самом деле конфликтов нет.

Таким образом, можно резюмировать, что транзакция — это законченный блок обращений к базе данных и некоторых действий над ней, для которого гарантируется выполнение четырех условий, так называемых свойств ACID:

• атомарность — операции транзакции образуют неразделимый атомарный блок с определенным началом и концом. Этот блок либо выполняется от начала до конца, либо не выполняется вообще. Если в процессе выполнения транзакции произошел сбой, происходит откат к исходному состоянию;

• согласованность — по завершении транзакции все за действо ванные объекты находятся в согласованном состоянии;

• изолированность — одновременный доступ транзакций различных приложений к разделяемым объектам координируется таким образом, чтобы эти транзакции не влияли друг на друга;

• долговременность — все изменения данных, осуществленные в процессе выполнения транзакции, не могут быть потеряны.

47. Планирования БД?

Использование концепции файлов и файловых групп для физического размещения хранимых данных упрощает управление базами данных и дисковой памятью, а также обеспечивает гибкость при размещении конкретных объектов на устройстве или устройствах. Причем в этом случае обеспечивается реальное распределение данных между всеми входящими в группу файлами:дисковые устройства действительно одновременно, а не поочередно будут заполняться поступающими данными, поскольку данные будут пропорционально «чередоваться» по файлам группы.

Для повышения производительности системы в ряде случаев может использоваться индекс — отдельная физическая структура в базе данных, создаваемая на основе таблицы и предназначенная для ускорения выборки данных, поиск которых осуществляется по значению из проиндексированного столбца. Кроме того, индексы используются для обеспечения уникальности строк и столбцов таблиц, упорядочения данных таблицы в отдельном файле или группе файлов для повышения скорости доступа.

Однако наличие индекса замедляет такие операции с таблицей, как вставка, обновление и удаление данных: индексы являются динамически поддерживаемыми структурами, т. е. при вставке, удалении или обновлении данных информация в индексах также должна быть изменена для отражения выполненных в таблице изменений. Для такой обработки требуются дополнительные операции ввода-вывода.

Кластеризованный индекс представляет собой двоичное дерево, в котором на нулевом уровне (уровне листьев) содержатся страницы актуальных данных таблицы, а физическое расположение информации в данном индексе логически упорядочено. Такое размещение данных позволяет сократить время доступа к данным, но только при отборе по этому индексу. В других случаях это приводит к задержкам, так как доступ к данным осуществляется только через индекс и начинается всегда с корня.

Для отдельной таблицы можно построить только один кластеризованный индекс.

В случае не кластеризованный индексов страницы уровня листа содержат не текущие данные таблицы, а указатель на строку данных, включающий номер страницы данных и порядковый номер записи на станице.

Не кластеризованный индекс позволяет быстро получить доступ к данным и не требует физического переупорядочения строк данных таблицы. Для каждой таблицы можно создавать до 249 не кластерйзованных индексов.

48. Управление доступом (тип подключения к SQL сервер, пользователи БД, роли)?

Управление доступом

Система безопасности SQL Server имеет несколько уровней безопасности:

• операционная система;

• SQL Server;

• база данных;

• объект базы данных.

С другой стороны механизм безопасности предполагает существование четырех типов пользователей:

• системный администратор, имеющий неограниченный доступ;

• владелец БД, имеющий полный доступ ко всем объектам БД;

• владелец объектов БД;

• другие пользователи, которые должны получать разрешение на доступ к объектам БД.

Модель безопасности SQL Server включает следующие компоненты:

• тип подключения к SQL Server;

• пользователь базы данных;

• пользователь (guest);

• роли (roles).