Базы данных. Вводный курс
Физическая синхронизация
Поскольку в СУБД может одновременно («параллельно») выполняться несколько транзакций, вполне реальна ситуация, когда в двух одновременно выполняемых операциях требуется доступ к одному и тому же блоку базы данных (т.е. к одной и той же буферной странице, содержащей копию этого блока). Понятно, что в одновременном доступе для чтения содержимого блока ничего плохого нет, но параллельное изменение блока может привести к непредсказуемым результатам.
Следует заметить, что, вообще говоря, координацию параллельного доступа к страницам буферного пула не обеспечивает логическая синхронизация, используемая для сериализации транзакций (см. лекцию 13). Например, предположим, что в двух параллельно выполняемых транзакциях одновременно выполняются операции модификации кортежей, у одного из которых tid = (n, 1), а у другого tid = (n, 2). Если в СУБД используются блокировки на уровне кортежей, то система допустит параллельное выполнение этих двух операций, и они будут одновременно изменять страницу, содержащую копию блока базы данных с номером n. При выполнении обеих операций может потребоваться перемещение кортежей внутри этого блока, и понятно, что в результате ничего хорошего, скорее всего, не получится. Аналогично, логическая синхронизация может легко допустить параллельное выполнение нескольких операций, требующих обновления одного и того же индекса. Некоординированное параллельное обновление B-дерева с большой вероятностью приводит к разрушению его структуры.
Поэтому при выполнении операций уровня RSS необходимо поддерживать дополнительную «физическую» синхронизацию, в которой единицами блокировки служат страницы буферного пула (или блоки) базы данных. В пределах операции перед чтением из страницы буферного пула (блока базы данных) требуется запросить у подсистемы управления буферным пулом блокировку соответствующей страницы (блока) в режиме S, а перед записью в страницу (в блок) – ее блокировку в режиме X. Совместимость блокировок обычная, такая же, как в табл. 13.1.
Но блокировки страниц буферного пула нужны не только для координации параллельного доступа к страницам при параллельном выполнении транзакций. При выполнении операций уровня RSS могут возникать ошибки, обнаруживаемые в середине операции, уже после того, как одна или несколько страниц буферного пула (блоков базы данных) было изменено. Например, может выполняться операция вставки кортежа в некоторую таблицу, нарушающая уникальность некоторого индекса, определенного над этой таблицей. Нарушение уникальности этого индекса будет обнаружено при попытке вставить в него новый ключ, но до этого новый кортеж уже мог быть размещен в блоке данных, и некоторые индексы уже могли быть успешно обновлены.
При обнаружении ошибки операции нужно ликвидировать все ее следы в базе данных и выдать соответствующий код ошибки на уровень RDS. Проще всего сделать это, произведя обратные изменения всех страниц (блоков базы данных), которые были изменены при прямом выполнении операции. Но для этого требуется, чтобы все страницы (блоки базы данных), заблокированные при выполнении операции, оставались заблокированными до конца этой операции.
Тем самым, для подсистемы управления буферным пулом операции уровня RSS являются (почти) тем же, чем являются транзакции для подсистемы управления транзакциями. Достаточным условием корректного выполнения операций является соблюдение двухфазного протокола синхронизационных блокировок над страницами буферного пула в пределах операций.
Заметим (хотя и без подробных объяснений), что это условие не является необходимым. Каждую операцию уровня RSS можно разбить на последовательность «микроопераций» и потребовать соблюдения двухфазного протокола синхронизационных блокировок в пределах микроопераций. Например, операцию INSERT
уровня RSS можно разбить на следующие микрооперации:
1) нахождение блока данных для вставки;
2) вставка кортежа в найденный блок;
3) обновление индекса 1;
…….
n) обновление индекса n,
где n
– число индексов, определенных для данной таблицы.Общий принцип состоит в том, что в пределах одной микрооперации блокируются все блоки базы данных, которые обязаны быть изменены согласованным образом.
