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Concurrencia y Serialización: Teoría y Problemas
- 2. Temario Modelo de Sistema de Bases de Datos • TI y procesos productivos • Descripción de DBMS El Problema : concurrencia y recuperabilidad • Transacciones • Recuperabilidad • Serializabilidad Teoría de la Serializabilidad • Definiciones • Teoremas
- 3. TI y procesos productivos Mercado Productos y/o servicios Empresa TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN EFICIENCIA ACCIONISTAS MAX.UTILIDAD
- 4. Descripción DBMS Transaction Manager Scheduler Recovery Manager Cache Manager BD Transacc.1 Transacc.2 …… Transacc. N SISTEMA CENTRALIZADO DE BASE DE DATOS
- 5. Características DBMS (1) Caché Manager : Mueve datos entre memoria volátil y de almacenamiento Tamaños, costos y tiempos de acceso diferentes Soporta funciones de : Fetch (x) : desde volátil a almacenamniento Flush (x) : almacenamiento a volátil Recovery Manager : Es responsable de los contenidos de BD. Soporta las funciones : Start, Commit, Abort, Read y Write. Estas funciones las realiza con fetch y flush. Administra System Failures y Media Failures
- 6. Características DBMS (2) Scheduler : Es un programa que controla la ejecución concurrente de transacciones. Su propósito es ordenar las operaciones de modo que la ejecución resultante sea serializable y recuperable. El scheduler puede toma una de tres acciones : Execute: interactúa con el DM Reject : la transacción es abortada Delay : retarda en cola interna
- 7. Transaction Manager : Recibe las transacc. e interactúa con scheduler. En DB distribuídos qué sitio procesa qué transacc. Coordinación : Alternativas de coordinación entre administradores : Handshake Colas FIFO Características DBMS (3)
- 8. DBMS Distribuído Sistema Centralizado DBMS Sistema Centralizado DBMS Red • Cada sitio es una DBMS centralizado. • Una transacción considera uno o más procesos que pueden ejecutarse en más de un sitio. BD BD
- 9. Los problemas del Control de Concurrencias y Recuperación, surgen en el diseño del hardware, sistemas operativos, sistemas de tiempo real, sistemas de comunicaciones, y sistemas de base de datos, entre otros. Recuperación y Concurrencia están relacionados con la protección de datos (pérdida o daño de la información de la BD), y forman parte del tema más amplio de la Administración de Transacciones. Tienen que ver con problemas como: 1.- El sistema puede abortar cuando está ejecutando algún programa, con lo que dejaría a la base de datos en un estado desconocido. 2.- Dos programas que están ejecutándose al mismo tiempo (en forma recurrente) pueden interferir entre sí y en consecuencia, producir resultados incorrectos. El Problema
- 10. Una transacción es una unidad de trabajo lógica, que posee las siguientes propiedades (ACID): • Atomicidad: todo o nada en los efectos de una transacción • Consistencia: debe ser un cambio correcto de estado en la base de datos (no violar restricciones) • Isolation (Aislamiento): las transacciones están aisladas entre sí. Es decir, aunque en general hay muchas transacciones ejecutándose en forma concurrente, las actualizaciones de una transacción dada están ocultas ante las demás, hasta que esa transacción sea confirmada. • Durabilidad: Una vez que una transacción es confirmada, sus actualizaciones sobreviven en la base de datos aun cuando haya caída posterior del sistema. Transacciones
- 11. La administración de transacciones es la tarea de supervisar la ejecución de transacciones, en forma tal que se pueda garantizar que se cumplan las propiedades ACID. Específicamente garantiza que si la transacción ejecuta algunas actualizaciones y luego, por cualquier razón, ocurre una falla antes de que la transacción alcance su terminación planeada, entonces esas actualizaciones serán desechas. Es decir, la transacción o se ejecuta o se cancela totalmente, y las operaciones Commit y Abort son la clave como funciona. Administración de Transacciones
- 12. Recuperación La recuperación en un sistema de base de datos significa principalmente la recuperación de la propia base de datos; es decir el reestablecimiento de la misma a un estado correcto (consistente) después de que alguna falla haya ocasionado que el estado actual sean inconsistente. Fallas Típicas • Software o procesamiento que causan que la base de datos sea detenida o reiniciada • Almacenamiento que hacen imposible recuperar los datos desde el almacenamiento • Comunicaciones que abortan transacciones pero no el funcionamiento DBMS
- 13. Recuperación El sistema garantiza las propiedades ACID de las transacciones ante una caída del sistema. Para brindar esta garantía, el sistema debe: a.- Rehacer b.- Deshacer Esta actividad de recuperación del sistema es realizada como parte del procedimiento de reinicio del sistema (reinicio/recuperación). El sistema descubre qué trabajo hay que rehacer y cuál hay que deshacer, examinando el registro de punto de verificación más reciente. El sistema también proporciona la recuperación del medio al restaurar la base de datos a partir de un vaciado previo y después, usando una bitácora, rehace el trabajo que se término desde que se hizo el vaciado.
- 14. En general, el término concurrencia se refiere al hecho de que los DBMS permiten que muchas transacciones accedan a una misma base de datos a la vez. Los problemas que debe resolver cualquier mecanismo de control de concurrencia son: • El problema de la actualización perdida • El problema de la dependencia no confirmada, y • El problema del análisis inconsistente Concurrencia
- 15. La serialización es el criterio formal de corrección para la ejecución de un conjunto dado de transacciones concurrentes. La ejecución de un conjunto dado de transacciones es correcta cuando es serializable, es decir, cuando produce el mismo resultado que una ejecución serial de las mismas transacciones, ejecutando una a la vez, puesto que: • Las transacciones individuales son tomadas como correctas, y • También es correcta la ejecución de una transacción a la vez en cualquier orden serial (transacciones individuales independientes entre sí). Vale la pena enfatizar que dos planes seriales diferentes que involucran el mismo conjunto de transacciones bien pueden producir resultados diferentes y, por tanto, dos planes intercalados diferentes que involucran a esas transacciones, también pueden producir resultados diferentes, aunque ambos sean considerados como correctos. Serialización
- 16. Ejemplo: Transacción A: “Sumar 1 a X” Transacción B: “Duplicar X” Valor Inicial X = 10 • Plan Serial AB, nos da X = 22 • Plan Serial BA, nos da X = 21 La técnica más ampliamente utilizada para el manejo de los problemas concurrentes (Actualización pérdida, dependencia no confirmada y análisis inconsistente), que se presentan en planes que no son serializables es el bloqueo. Serialización
- 17. Teoría: Antecedentes Previos XaaRaR ∈∀i.e.,refleja,es XbababRaaRbR ∈∀=⇒∧ ,i.e.,ica,antisimétres XcbaaRcbRcaRbR ∈∀⇒∧ ,,i.e.,,transitivaes relaciónunaesquediremosconjuntounDado XXRX ×⊆ ssiordende RabRbaXba bRaaRbXba ∉∧∉∈∃ ∨∈∀ )~, ~ () ~ ,~( ~ ,~ ,, quetali.e., parcial,esordenderelaciónlaquediremoscontrariocasoen ,ssitotalesordenelqueDiremos
- 18. Transacciones Dos operaciones sobre los datos: Leer (r) y Escribir (w). Se especifica El nombre del dato sobre el que se opera no el valor del dato. Cada transacción termina además con ejecutar (c) o abortar (a) para indicar si la transacción es ejecutada o no. Ejemplo 1: 1111 ][][: cxwxrT →→ Ejemplo 2: ][2 xr ][2 yr ][2 zw 2c
- 19. ])[][(])[][(][],[.4 ,.3 .2 },{}/][],[{.1 xrxwxwxrTxwxr tpTpcat TcTa caxxwxrT T iiiiiiiii iiii iiii iiiii ii ∨⇒∈ ∈∀∨ ∉⇔∈ ∪⊆ Si entonces,esSi datounes donde ,ordenderelaciónconparcialordenunesntransaccióUna Representación gráfica mediante grafos dirigidos acíclicos, los arcos deducibles por transitividad no aparecen en el grafo. La presencia de un arco que une dos nodos quiere decir que estos nodos están relacionados, es decir, ][],[ xwxr ii ])[][(])[][( xrxwxwxr iiiiii ∨ Transacciones
- 20. Historias, Historias Completas Dos operaciones entran en conflicto si ambas operan sobre el mismo dato y al menos una de ellas es escribir. pqqp Hqp TH TH TTT HH n i iH n i i H n ≤∨≤ ∈ ⊇≤ = ≤ = = = quetienese conflictoensoperacionedeparcualquierPara dondeordenderel.conparcialordenunessobrecompleta historiaUnanes.transacciodeconjuntoun}Sea ,.3 .2 .1 ,,{ 1 1 1
- 21. Historias ... Ejemplo de Historia Completa ][1 xw 1c][1 xr ][2 xw ][2 yw ][1 zr 2c Se define (Proyección Confirmada) de una historia como la historia generada desde por borrado de todas las operaciones Que no pertenecen a transacciones confirmadas en )(HC H H H
- 22. Problemas de Concurrencia 1. Actualizaciones Perdidas (Lost updates) – Depósito hecho por T1 se pierde T1: r1[x] w1[x] c1 T2: r2[x] w2[x] r2[y] w2[y] c2 2. Lectura Sucia (Dirty Reads)- Cantidad deducida de x por T2 desaparece T1: r1[x] w1[x] c1 T2: r2[x] w2[x] ... a2
- 23. Historias Equivalentes Definición- Dos historias son equivalentes si: 1. Son definidas sobre el mismo conjunto de transacciones y tienen el mismo conjunto de operaciones, y 2. Para todo par de operaciones conflictivas respectivamente tal que Definición- Una historia es serializable si es equivalente a alguna historia serial . 'HH y )(≡ jiji TTpp yy ∈ Haa ji ∉y jHijHi qpqp '≤⇒≤Si SH
- 24. Grafo de Serialización Definición- El grafo de serialización de una historia , es un grafo dirigido con nodos correspondientes a las transacciones con commit en y arcos tal que y tiene conflicto con )(HSG H H ji TT → jHi qp ≤ ii Tp ∈ jj Tq ∈
- 25. Teorema de Serializabilidad Una historia H es serializable si y sólo si es acíclico.)(HSG
- 29. FIN