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【正文】 步（續）在線更新數據庫模型 銀行 在線更新數據庫 :l 客戶通過帶有調制解調器的 PC機連接到銀行，想將一個賬戶下的錢取出再存入另一賬戶。l 操作通過下面兩步執行：1. 提取（金額，賬戶 1）2. 存入（金額，賬戶 2）l 如果電話線在第一步之后第二步之前中斷，那么第一個賬戶已被取出而第二個賬戶卻沒有存入。錢就消失在了未知的空間中。陳香蘭 23分布式系統同步（續）l 將這兩個操作組成一個原子事務可以解決這個問題。l 要么兩個都執行，要么任何一個都不執行。l 需要解決的關鍵問題是事務執行失敗后能返回到最初狀態 。我們真正需要的是像使用磁帶時那樣的對數據庫倒卷的方法。 這種能力是原子事務必須提供的 。陳香蘭 24分布式系統同步（續） 事務模型 事務的屬性和模型：l 假設 1： 系統由一些相互獨立的進程組成，每個進程都會隨機出錯。l 假設 2： 通信錯誤已經被底層軟件透明地處理l 盡管通信一般來說是不太可靠的，消息會丟失，但是底層可以采用超時重發協議恢復丟失的消息。陳香蘭 25分布式系統同步（續）假設 3： 穩定存儲器l 存儲器有三種分類。l 第一種是普通的 RAM存儲器，當電源出錯或機器崩潰時會丟失信息。l 第二種是磁盤存儲器，它不受 CPU錯的影響，但磁頭錯會導致信息丟失。l 最后一種是穩定存儲器（ stable storage）。它不受其他任何錯誤的影響。陳香蘭 26分布式系統同步（續）事務原語l 使用 事務編程 需要由操作系統提供或者由語言運行系統提供特殊的 原語語句 ，例如：1. BEGIN_TRANSACTION：標記一個事務的開始2. END_TRANSACTION：結束事務并設法提交3. ABORT_TRANSACTION：取消事務；恢復舊值4. READ：從一個文件（或其他對象）讀取數據5. WRITE：將數據寫入一個文件（或其他對象）陳香蘭 27分布式系統同步（續）l 事物原語取決于 事務中正在使用的 對象類型 。l 在一個郵件系統中，可能有發送、接收以及轉發郵件等原語。l 而在一個賬目系統中可能會有很大的不同，讀取和寫入是典型的原語應用。l 在一個事務中，也允許使用 普通語句 、 過程調用 等等。陳香蘭 28分布式系統同步（續）事務體l BEGIN_TRANSACTION和END_TRANSACTIONl 限定事務的范圍 。l 它們之間的操作構成了 事務體 。l 事務體中的操作要么全部執行，要么一個也不執行。l 這些操作也可能是 系統調用，庫過程 ，或者是某種語言中用括號括起來的語句，這取決于應用的需要。陳香蘭 29分布式系統同步（續）事務舉例l 考慮到合肥火車站買一張從合肥到長沙的座票。由于沒有直達火車，只能買聯票。合肥 ?阜陽；阜陽 ?武漢；武漢 ?長沙。 下面通過 3個操作預定了這 3條獨立的路線的座票。BEGIN_TRANSACTIONreserve 合肥 阜陽reserve 阜陽 武漢reserve 武漢 長沙END_TRANSACTION陳香蘭 30分布式系統同步（續）事務舉例（ cont’d）l 現在假設前 兩條路線 已經 預定成功 ，但是第三條已經定滿了。那么 事務 就會因此而 中止 ， 前兩個預定的結果 也將被 取消 —— 售票系統的數據庫恢復到了事務開始前的狀態，就像什么也沒有發生一樣。l BEGIN_TRANSACTIONl reserve 合肥 阜陽l reserve 阜陽 武漢l 武漢 長沙 已滿 ?ABORT_TRANSACTION陳香蘭 31分布式系統同步（續）事務的特性l 事務有四個重要的特性，它們是：1. 原子性（ Atomic）：對外部世界來說，事務的發生是不可分割的；2. 一致性（ Consistent）：事務不會破壞系統的恒定；3. 孤立性（ Isolated）：并發的事務不會互相干擾；4. 持久性（ Durable）：一旦一個事務提交，改變就是永遠存在的。l 這幾個屬性通常按其字母簡稱為 ACID。陳香蘭 32分布式系統同步（續）1）事務的原子性l 所有事務具有的第一個特性是 原子性 。l 這個特性 確保了 每個事務 要么全部發生，要么全部不發生 。如果發生，就是 不可分割 的瞬間的操作。l 當一個事務處在處理過程中，其他進程（無論是否與事務有關）都不能看到任何 中間狀態 。陳香蘭 33分布式系統同步（續）2）事務的一致性l 第二個特性說明事務是一致的。l 這意味著 系統擁有某種必須保持的不變性 ，一旦在事務開始之前有這樣的性質，則事務結束后該性質還應該存在。l 例如在一個銀行系統中，最關鍵的 不變性是資金守恒規則 。在任何內部轉帳之后，銀行的資金賬目應與轉帳前保持一致，但是在 事務執行的短暫時刻內，這種不變性會改變 。但是， 事務結束之后 ，這種改變就不存在了。陳香蘭 34分布式系統同步（續）3）事務的孤立性l 第三個特性說明事務是孤立的。l 這意味著如果兩個或兩個以上的事務在同時運行，那么對它們自己和其他進程來說，最終結果看起來就像是所有的 事務是按某種次序（依賴于系統）順序運行的。陳香蘭 35分布式系統同步（續）4）事務的持久性l 第四個特性說明事務是持久的。l 即一旦事務提交，無論發生什么，這個事務都會向前進行，結果不會再變了。提交之后發生的任何錯誤都不可能將結果取消或導致結果丟失。陳香蘭 36分布式系統同步（續）嵌套事務l 事務可以包含子事務，這通常稱作嵌套事務。l 頂層事務可以在不同的處理機上創建并運行子事務，以提高性能簡化編程。l 這些子事務中的任何一個都可以執行一個或多個子事務，或者創建自己的子事務。l 子事務會引起持久性問題。l 假設一個事務啟動了幾個并行的子事務，其中一個已經提交，并使自己的結果對父事務是可見的。l 經過更進一步的計算，父事務被中止，并將系統恢復到了頂層事務開始前的狀態。l 但是，已經提交了的子事務卻沒有被恢復。l 因此，持久性只是對頂層事務 而言。陳香蘭 37分布式系統同步（續）事務提交l 事務提交操作 必須是 原子 的，即瞬時的和不可再分的。l 在分布式系統中，提交操作 可能需要不同機器上的多個進程的協作 ，這些進程中的每一個都有一些 被事務改動過的變量、文件、數據庫 或者其他對象。一個事務提交協議：陳香蘭 38分布式系統同步（續）兩階段提交協議l twophase mit protocol（ Gray， 1978）l 盡管它不是此類協議中唯一的一個，但它卻是使用最廣泛的一個l 基本思想：l 系統中有一個進程作為協調者。一般來說這個進程就是執行事務的進程。l 提交協議開始時協調者先寫入一條日志條目以表明它要開始執行提交協議，然后，它給每個相關進程（下屬 )發送一條消息通知它們為提交作好準備。陳香蘭 39分布式系統同步（續）l 當一個下屬收到消息后，它先進行檢查以確認是否為提交作好了準備，然后將它是否準備提交的決定發回給協調者。l 當協調者收到了所有的響應后，它就知道是否可以提交或中止。l 如果所有的進程都準備提交，那么事務就可以提交了。l 如果一個或幾個進程不能提交（或沒有響應），那么事務就得終止。l 無論是提交還是終止，協調者都要寫一條日志記錄并給每個下屬發送一條消息以便將決定通知它們。正是因為寫入的 日志 才使得 事務能真正被提交 。陳香蘭 40分布式系統同步（續）崩潰和恢復l 由于在穩定存儲器上寫的日志，所以，這個協議在（多個）崩潰面前仍然是可以恢復的。l 如果協調者在寫入了初始化日志