数据库事务中调度串行化、冲突可串行化、前趋图(优先图)

简介: 数据库事务中调度串行化、冲突可串行化、前趋图(优先图)

在多用户DBS中,如果多个用户同时对同一数据进行操作称为并发操作。并发操作使多个事务之间可能产生相互干扰,破坏事务的隔离性(Isolation)。DBMS的并发控制子系统负责协调并发事务的执行,保证数据库的一致性,避免产生不正确的数据。


通常数据库事务是并发执行的(如果你的数据库隔离级别非serializable)),但是这里需要注意两点:


必须保证事务并发执行的正确性;

必须用正确的方法调度执行事务的并发操作;

这里就引入了一个概念:调度。

【1】调度

① 调度定义

多个事务的读写操作按时间排序的执行序列:

T1:r1(A)w1(A)r1(B)w1(B)
T2:r2(A)w2(A)r2(B)w2(B)
Sc=r1(A)w1(A)r2(A)w2(A)r1(B)w1(B)r2(B)w2(B)


需要注意的是:

  • 调度中每个事务的读写操作保持原来顺序
  • 事务调度时不考虑
  • 数据库的初始状态
  • 事务的语义


② 调度方式

多个事务的并发执行存在多种调度方式:Serializable,Conflict-serializable,Avoid cascading abort和Strict。


严格的


在一个事务写入的值在其提交或者中止之前没有其他事务读或者写


避免级联中止的


如果事务仅读已提交事务修改的数据,那么是避免级联终止的。


串行调度(Serial schedule)


各个事务之间没有任何操作交错执行,事务一个一个执行。S=T1T2T3…Tn。


可串行化调度(Serializable schedule)


如果一个调度的结果与某一串行调度执行的结果等价,则称该调度是可串行化调度,否则是不可串调度。


冲突可串行化调度


如果调度中一对连续操作是冲突的,则意味着如果它们的执行顺序交换,则至少i改变其中一个事务的最终执行结果。


如果两个连续操作不冲突,则可以在调度中交换顺序。


一个调度S在保证冲突操作的次序不变的情况下,通过交换两个事务不冲突操作的次序得到另一个调度S’,如果S’是串行的,称调度S为冲突可串行化的调度。


如果一个调度满足冲突可串行,则该调度是可串行化调度。但可串行化调度不一定满足冲突可串行。冲突可串行为可串行的充分条件。


实例如下图:

但是需要保证调度中每个事务读写操作保持原来顺序:

③ 冲突操作

标记语言如下:

Ri(X):事务Ti的读X操作(Read(X,t));
Wi(X):事务Ti的写X操作(Write(X,t))


同一事务的两个动作冲突:ri(X);wi(X),


不同事务对同一数据库元素的写冲突:wj(X);wi(X),


不同事务对同一数据库元素的读和写冲突:ri(X);wj(X),


这些都是冲突操作:r1(A) w1(A), r1(A) w2(A) , w2(A) r1(A) , w1(A) w2(A)。


在前趋图中忽略同一事务的动作冲突,但需要保证调度中每个事务的读写操作保持原来顺序。



冲突等价

如果S1可以通过非冲突事务交换转换为S2,则称S1,S2为冲突等价。


目标可串行化

冲突可串行化调度是可串行化调度的充分条件,不是必要条件。还有不满足冲突可串行化条件的可串行化调度,称为目标可串行化(view serializability)的调度。

有3个事务, L1和L2是目标等价的(view equivalence):

T1=W1(Y)W1(X)
T2=W2(Y)W2(X),
T3=W3(X)

调度L1=W1(Y)W1(X)W2(Y)W2(X) W3(X)是一个串行调度。

调度L2=W1(Y)W2(Y)W2(X)W1(X)W3(X)不满足冲突可串行化。

但是调度L2是可串行化的,因为L2执行的结果与调度L1相同,Y的值都等于T2的值,X的值都等于T3的值

④ 事务调度方式实例

事务序列如下所示:


T1:R(X), T2:R(X), T1:W(X), T2:W(X)

T1:R(X), T2:R(Y), T3:W(X), T2:R(X), T1:R(Y)

T1:R(X), T2:W(X), T1:W(X), T2:Abort, T1:Commit

T1:W(X), T2:R(X), T1:W(X), T2:Abort, T1:Commit

T2: R(X), T3:W(X), T3:Commit, T1:W(Y), T1:Commit, T2:R(Y), T2:W(Z), T2:Commit

其满足的调度方式如下:


Not serializable, not conflict-serializable, avoid cascading aborts; not strict.

Serializable, conflict-serializable, not avoid cascading aborts, not strict.

Serializable, conflict-serializable, avoid cascading aborts, not strict.

Not serializable, not conflict-serializable, not avoid cascading aborts, not strict.

Serializable, conflict-serializable, avoid cascading aborts, strict

【2】优先图(Precedence Graph)/前趋图

优先图用于冲突可串行的判断,优先图无环则是冲突可串行化。


优先图结构:

  • 结点:事务;
  • 有向边(Arc):Ti—>Tj,满足Ti<s Tj
  • 存在Ti中的操作A1和Tj中的操作A2,满足A1在A2前,并且A1和A2是冲突操作

优先图实例一:




优先图实例二:

优先图实例三:

Since the graph is acyclic schedule, a is conflict-serializable.T3 , T1 ,T2 is the equivalent serial schedule.


优先图实例四:

Graph is not acyclic. Therefore schedule b is not conflict-serializable.

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