Sistemi mono o multiutente. Un criterio per classificare un sistema di basi di dati è il numero degli utenti che possono fruirne simultaneamente.

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1 TRANSAZIONI Introduzione alla gestione delle transazioni 2 Sistemi mono o multiutente Un criterio per classificare un sistema di basi di dati è il numero degli utenti che possono fruirne simultaneamente. Un DBMS è monoutente se il sistema può essere usato al massimo da un utente alla volta Un DBMS è multiutente se invece può essere usato contemporaneamente da più utenti, generando accessi concorrenti alla base di dati La maggior parte dei DBMS è multiutente

2 3 Esempi Il sistema di prenotazione di una compagnia aerea viene usato contemporaneamente da centinaia di agenzie di viaggio I sistemi di basi di dati adottati dalle banche I sistemi usati dai supermercati Più utenti lavorano sulla base di dati in modo concorrente. 4 Multitasking L accesso alla base di dati e l utilizzo dei sistemi di elaborazione da parte di più utenti contemporaneamente è possibile grazie al concetto di multitasking Il multitasking consente al calcolatore di eseguire più programmi (o meglio, processi) nello stesso momento

3 5 Multitasking Se esiste una sola CPU questa è in realtà in grado di eseguire al massimo un processo alla volta, tuttavia i sistemi operativi multitasking eseguono alcuni comandi di un processo, poi lo sospendono per eseguirne altri, e così via. L esecuzione di un processo viene ripresa nel punto in cui era stata sospesa ogniqualvolta il processo torna ad usare la CPU. 6 Modalità interleaved L esecuzione concorrente dei processi risulta quindi interleaved (alternata)

4 7 Modalità parallela Se il sistema è dotato di più CPU è possibile realizzare l elaborazione parallela di più processi 8 La transazione Una transazione identifica una unità elementare di lavoro svolta da un applicazione, cui si vogliono associare particolari caratteristiche di correttezza, robustezza e isolamento. OPPURE Una transazione è un programma (inteso come successione di comandi/operazioni) in esecuzione che forma un unità logica di elaborazione sulla base di dati.

5 9 La transazione Una transazione comprende una o più operazioni di accesso alla base di dati Tra queste: inserimenti, cancellazioni, modifiche o interrogazioni. Un sistema che mette a disposizione un meccanismo per la definizione e l esecuzione di transazioni è detto sistema transazionale 10 Definizione di una transazione Può essere definita tramite un linguaggio di alto livello come SQL Un modo per definirne i confini consiste nell indicare esplicitamente i comandi begin transaction ed end transaction In questo caso tutte le operazioni di accesso alla base di dati contenute tra queste due istruzioni formano una transazione

6 11 Tipi di transazione Transazione a sola lettura: le operazioni di accesso alla base di dati non aggiornano la base di dati ma restituiscono soltanto dati Transazione di lettura-scrittura: le operazioni di accesso alla base di dati prevedono un aggiornamento della base di dati 12 Il modello Per presentare i concetti relativi alla gestione di una transazione usiamo un modello semplice di base di dati, dove: Base di dati: una collezione di elementi (data item) Data item: un record, oppure un blocco disco, oppure il valore di un campo singolo identificato con un nome univoco Non importa la granularità (dimensione) del data item.

7 13 Operazioni fondamentali Le operazioni di accesso alla base di dati che una transazione può contenere sono: read_item(x) legge un elemento della basi di dati denominato X copiandolo in una variabile del programma (semplifichiamo dicendo che anche la variabile si chiami X) write_item(x) scrive il valore della variabile X del programma copiandolo nell elemento della base di dati denominato X 14 Esempio

8 15 Meccanismi di controllo I meccanismi di controllo dell affidabilità e di controllo della concorrenza riguardano principalmente i comandi di accesso alla base di dati in una transazione. Le transazioni invocate dai vari utenti possono essere eseguite concorrentemente (modalità interleaved) e possono accedere e aggiornare gli stessi elementi della base di dati. Se questa esecuzione non è controllata, può creare problemi, ad esempio una base di dati non consistente. Il controllo della concorrenza: perché serve? Esempio: prenotazioni di un compagnia aerea 16 T 1 trasferisce N prenotazioni da un volo il cui numero di posti riservati è memorizzato in X a un altro volo i cui posti prenotati sono memorizzati nell elemento della base di dati denominato Y

9 17 Il controllo della concorrenza: perché serve? Esempio: prenotazioni di un compagnia aerea T 2 prenota M posti sul primo volo considerato in T 1 trasferisce N prenotazioni da un volo il cui numero di posti riservati è memorizzato in X a un altro volo i cui posti prenotati sono memorizzati nell elemento della base di dati denominato Y 18 La perdita di aggiornamento LOST UPDATE Si verifica quando due transazioni che accedono agli stessi elementi hanno le loro operazioni alternate in modo tale da rendere errato il valore di alcuni elementi della base di dati

10 19 La perdita di aggiornamento Se: all inizio X = 80 (80 prenotazioni di volo) N = 5 (cioè T 1 trasferisce 5 prenotazioni da volo X a Y) M = 4 (T 2 prenota 4 posti su X) il risultato finale dovrebbe essere X = 79. Ma l alternanza di operazioni mostrata porta a X = 84 perché l aggiornamento in T 1 per eliminare i 5 da X è andato perso 20 La lettura sporca DIRTY READ Si verifica quando: 1. una transazione modifica un elemento e poi (per qualche motivo) non termina con successo 2. Un altra transazione accede all elemento aggiornato prima che quest ultimo venga riportato al suo valore originario

11 21 La lettura sporca Il valore dell elemento X letto da T 2 è detto dato sporco perché creato da una transazione che non è terminata e non ha eseguito il commit 22 Il valore aggregato errato Se: una transazione sta calcolando una funzione aggregata su un certo numero di record mentre altre transazioni stanno modificando alcuni di questi record Allora la funzione aggregata può eseguire il calcolo considerando alcuni valori prima e altri dopo l aggiornamento

12 23 Il valore aggregato errato 24 Il valore aggregato errato Si supponga che T 3 calcoli il totale di prenotazione in tutti i voli, nel frattempo T 1 è in esecuzione. Se si verifica l alternanza mostrata, il risultato di T 3 sarà sbagliato di una quantità N perché: T 3 legge il valore di X dopo che N posti sono stati sottratti da X T 3 legge il valore di Y prima che quegli N posti sia stati aggiunti a Y

13 25 Il controllo di affidabilità: perché serve? Ogni volta che si richiede l esecuzione di una transazione il DBMS ha la responsabilità di assicurarsi che: Tutte le operazioni della transazione siano completate con successo e il loro effetto sia memorizzato permanentemente sulla base di dati [committed] OPPURE La transazione non abbia alcun effetto sulla base di dati o su altre transazioni [aborted] 26 Il controllo di affidabilità: perché serve? Il DBMS non deve consentire che solo alcune operazioni di una transazione T vengano eseguire mentre altre non lo siano (visto che l intera transazione è un unità logica di elaborazione) Se una transazione fallisce dopo aver eseguito alcune delle sue operazioni (ma prima che tutte siano completate) le operazioni già eseguite devono essere annullate e non devono produrre alcun effetto

14 27 Tipi di guasti 1. Guasto del sistema di elaborazione 2. Errore di transazione o di sistema 3. Errori locali o condizioni di eccezione 4. Attuazione del controllo di concorrenza 5. Errore di dispositivo 6. Problemi fisici e catastrofi Guasto del sistema di elaborazione Crash di sistema Durante l esecuzione della transazione, nel sistema di elaborazione si verifica un errore a livello hardware, software o di rete. Ad esempio dovuti ai supporti di memorizzazione

15 29 2. Errore di transazione o di sistema Un operazione può causare un interruzione della transazione. Ad esempio una divisione per zero. Si può verificare a causa di valori errati dei parametri o un errore logico di programmazione 3. Errori locali o condizioni di eccezione rilevate dalla transazione Durante l esecuzione della transazione possono verificarsi varie condizioni per le quali è necessario procedere all annullamento della transazione stessa. Ad esempio può capitare che non si riescano a reperire i dati necessari (esempio: mancanza di disponibilità in CC). Tale eccezione dovrebbe essere prevista all interno del codice della transazione stessa. 30

16 4. Attuazione del controllo della concorrenza Il meccanismo di controllo della concorrenza può forzare l interruzione di una transazione che può essere riattivata in un secondo tempo. Ad esempio: interruzione di una transazione perché si trova bloccata in uno stato di stallo con altre Errore di dispositivo (errore del disco) Alcuni blocchi del disco possono perdere i loro dati a causa di malfunzionamenti di lettura o scrittura.

17 33 6. Problemi fisici e catastrofici Guasti agli apparati che reggono il sistema Dani provocati da furti, sabotaggi o errori umani. 34 Stati delle transazioni e operazioni Una transazione è un unità di elaborazione atomica che viene completata nella sua interezza o non viene eseguita affatto. Il controllore dell affidabilità tiene traccia di alcune operazioni: BEGIN_TRANSACTION READ o WRITE END_TRANSACTION COMMIT_TRANSACTION ROLLBACK (o ABORT)

18 35 Le operazioni BEGIN_TRANSACTION inizio dell esecuzione della transazione READ o WRITE operazioni di lettura e scrittura sula base di dati END_TRANSACTION conclusione delle operazioni di RW e fine dell esecuzione della transazione COMMIT_TRANSACTION terminazione con successo della transazione, così che qualsiasi modifica eseguita può essere confermata ROLLBACK (o ABORT) terminazione senza successo, pertanto ogni modifica o effetto che la transazione può avere apportato deve essere annullato 36 Gli stati

19 37 Gli stati Una transazione entra nello stato attivo subito dopo l inizio dell esecuzione dove può richiedere diverse operazioni di RW Una volta terminata va in partially committed, qui il controllore dell affidabilità assicura che un errore di sistema non comporterà l impossibilità di registrare i cambiamenti della transazione in modo permanente Se la verifica ha successo entra nello stato committed Se uno dei controlli non ha successo oppure se interrotta nello stato attivo, la transazione va in stato fallito Lo stato terminato coincide con l abbandono del sistema dl parte della transazione (roll back). 38 L importanza del log Il log è in file sequenziale che supporta soltanto la modalità di scrittura append-only e che viene mantenuto su disco Serve per poter ripristinare la base di dati in seguito a errori Tipicamente esiste anche un buffer di log in memoria Quando il buffer si riempie viene aggiunto in coda al file sul logo su disco

20 39 Cosa si registra sul log? Nei record di log, T si riferisce a un identificatore di transazione univoco. Tipi di record: 1. [start_transaction, T] indica che T ha iniziato l esecuzione 2. [write_item, T, X, vecchio_valore, nuovo_valore] la transazione T ha modificato il valore dell elemento X da vecchio_valore a nuovo_valore 3. [read_item, T, X] indica che T ha letto il valore dell elemento X 4. [commit, T] indica che T è terminata con successo e il suo effetto può essere registrato sulla base di dati 5. [abort, T] indica che T è stata annullata 40 Punto di commit Una transazione T raggiunge il suo punto di commit quando: Tutte le operazioni che accedono alla base di dati sono state eseguite con successo L effetto di tutte le operazioni della transazione sulla base di dati è stato registrato nel log Una volta raggiunto questo punto, si dice che la transazione è confermata. Si scrive poi un record di commit.

21 41 Proprietà auspicabili delle transazioni Sono proprietà che le transazioni dovrebbero avere. Le proprietà ACIDe. A 1. ATOMICITA. Una transazione è un unità atomica di elaborazione: o viene eseguita nella sua interezza o non viene eseguita affatto. 42 Proprietà auspicabili delle transazioni Sono proprietà che le transazioni dovrebbero avere. Le proprietà ACIDe. C 1. CONSISTENZA. Una transazione dovrebbe preservare la consistenza, cioè dovrebbe essere seguita dall inizio alla fine senza l interferenza di altre transazioni e dovrebbe portare la base di dati da uno stato consistente ad un altro.

22 43 Proprietà auspicabili delle transazioni Sono proprietà che le transazioni dovrebbero avere. Le proprietà ACIDe. I 1. ISOLAMENTO. Una transazione dovrebbe presentarsi come se fosse stata eseguita in isolamento, cioè l esecuzione di una transazione non dovrebbe interferire con l esecuzione di altre transazioni contemporanee. 44 Proprietà auspicabili delle transazioni Sono proprietà che le transazioni dovrebbero avere. Le proprietà ACIDe. D 1. PERSISTENZA (durability). Le modifiche apportate sulla base di dati da una transazione che ha eseguito il commit devono essere persistenti nella base di dati. Tali modifiche non possono andare perse a causa di un qualche errore.