CMU 15445 14.二阶段锁定 + homework 4

DBMS包含一个锁管理器,用于决定事务是否可以锁定。 它了解系统内部的最新情况。
•共享锁(S-LOCK):允许多个事务同时读取同一对象的锁。 如果一个事务持有共享锁,则另一个事务可以获取该共享锁。
•独占锁定(X-LOCK):允许事务修改对象。 此锁与任何其他锁不兼容。 一次只能有一个事务持有独占锁。

使用锁执行:
1.事务从锁管理器请求锁(或升级)。
2.锁管理器根据其他事务当前持有的锁来授予或阻止请求。
3.当不再需要时,事务释放锁。
4.锁管理器更新其内部锁表,然后把锁给其他等待的事务。

二阶段锁定

两阶段锁定(2PL)是一种悲观的并发控制协议,用于确定是否允许事务访问数据库中的对象。协议不需要知道事务将提前执行​​的所有查询。


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阶段#1:膨胀
•每个事务都从DBMS的锁管理器请求它所需的锁。
•锁管理器授予/拒绝锁定请求。
阶段#2:收缩
•事务在释放第一个锁后立即进入此阶段。
•允许事务仅释放先前获取的锁。它无法在此阶段获得新锁。
就其本身而言,2PL足以保证conflict serializability。它生成precedence graph是无环的。
2个缺点:
但它很容易出现级联中止,即当事务中止并且现在必须回滚另一个事务时,这会导致浪费很多资源。


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还有一些可序列化的潜在计划,但2PL不允许这种计划(锁会限制并发)。

严格的2pl

事务只在完成时释放锁。 确实没有像普通2PL那样shrinking的阶段。
如果事务写入的值在该事务完成之前未被其他事务读取或覆盖,则调度是严格的。
这种方法的优点是DBMS不会导致级联中止。
同时只要把原来的值赋值回去就可以实现abort了。

为什么呢?
我们看一下s2pl的时序图


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再看下abort是怎么做的
先undo,随后记log,然后unlock


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下面要解决的就是2pl 的死锁问题

死锁问题的解决思路分为2种,一种是死锁预防,一种是死锁检测。

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死锁检测

DBMS 创建 wait-for图:如果事务Ti等待事务Tj释放锁,从Ti到Tj有一条边。系统将定期检查等待图中的环,然后决定如何打破它。
•当DBMS检测到死锁时,它将选择“受害者”事务进行回滚以中断循环。
•受害者事务将重新启动或中止,具体取决于应用程序如何调用它
•选择受害者时需要考虑多个事务属性。没有一个选择比其他选择更好。 2PL DBMS都做不同的事情:
1.按年龄(最新或最旧的时间戳)。
2.按进度(执行的最少/大多数查询)。
3.已锁定的项目数量。
4.通过我们必须用它回滚的#个事务。
5.过去重启事务的次数
•回滚长度:选择要中止的受害者事务后,DBMS还可以决定回滚事务的更改的距离。可以是整个事务,也可以是足够的操作(部分事务)足以来打破僵局


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死锁预防

当txn尝试获取另一个txn持有的锁时,DBMS会杀死其中一个以防止死锁。
该方法不需要wait-for图或检测算法。

根据时间戳分配优先级(例如,旧的意味着更高的优先级)。
这些方案保证没有死锁,因为在等待锁时只允许一个方向。 当事务重新启动时,其(新)优先级是其旧时间戳。
•Wait-Die(“Old等待Young”):如果T1具有更高的优先级,则T1等待T2。 否则T1中止
•wound-wait(“Young等待old”):如果T1具有更高的优先级,则T2中止。 否则T1会等待。

关于死锁检测 和 死锁预防,把作业搞懂 应该就没啥问题了。
https://15445.courses.cs.cmu.edu/fall2018/files/hw4-sols.pdf

粒度锁

如果一个事务要更新十亿个元组,它必须向DBMS的锁管理器询问十亿个锁。
这将是缓慢的,因为我们必须在锁管理器的内部锁表数据结构中获取锁存器。

相反,我们希望使用锁层次结构,允许事务在系统中采用更粗粒度的锁。 为此层次结构中的某些内容获取锁定会隐式获取其所有子项的锁定。

意图锁定允许更高级别的节点以共享或独占模式锁定,而无需检查所有后代节点。 如果节点处于意图模式,则在较低级别进行显式锁定。

•Intention-Shared(IS):表示使用共享锁在较低级别显式锁定。
•Intention-Exclusive(IX):表示使用独占锁或共享锁在较低级别显式锁定。
•Shared + Intention-Exclusive(SIX):以该节点为根的子树在共享模式下显式锁定,显式锁定在低级别使用独占模式锁定。


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同样把作业里的QUESTION 3理解清楚就搞清楚这个了。

总结

应用程序通常不会手动设置锁。 但有时它可以为DBMS提供一些提示来帮助它提高并发性:
SELECT ... FOR UPDATE:执行选择,然后在获取的元组上设置独占锁
2PL几乎用于所有DBMS。 它自动提供正确的交错事务操作。
但它必须能够应对死锁的问题。

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