Embed Size (px)
Citation preview
Themen der Präsentation Einführung ins Transaction
Management Distributed Concurrency Control Distributed DBMS Reliability
Einführung ins Transaction Management Definitionen Eigenschaften Typen
Definition Transaktion: Besteht aus einer Sequenz
von Lese- und Schreiboperationen auf eine Datenbank zusammen mit Berechnungsschritten
Transaction management behandelt das Problem die Datenbank immer in einen konsistenten Zustand zu halten, auch wenn gleichzeitige Zugriffe und Fehler auftreten.
Eigenschaften von Transaktionen Untrennbarkeit (=Atomicity) Konsistenz (=Consistency) Isolation Widerstandsfähigkeit (=Durability)
Untrennbarkeit (=Atomicity) Eine Transaktion wird als eine
Einheit von Operationen angesehen
Darum werden entweder alle Aktionen einer Transaktion beendet oder keine
All-or-Nothing Prinzip
Konsistenz (=Consistency) Richtigkeit einer Transaktion Ist ein korrektes Programm, dass
einen konsistenten Datenbankstatus zu einem anderen mapped
Isolation Wird gebraucht, damit eine
Transaktion die ganze Zeit über eine konsistente Datenbank sieht
Eine ausführende Transaktion kann ihre Ergebnisse nicht anderen gleichzeitig ausführenden Transaktionen offenbaren, bis zu deren Einsatz
Widerstandsfähigkeit (=Durability) Falls eine Transaktion einsetzt sind
ihre Resultate permanent und können auch nicht aus der Datenbank gelöscht werden
Typen von TransaktionenKriterien zur Typeneinteilung: Dauer von Transaktionen Organisation der Lese- und
Schreibzugriffe Struktur
Kriterium der Dauer von Transaktionen Short-life Transaction:
Kurze Ausführungs- und Antwortzeit Relative kleine Datenbank Banking, Fluglinien Reservierung, ...
Long-life Transaction Gegenteil von Short-life CAD/CAM database, statistische
Applikationen, komplexe Abfragen, image processing
Kriterium der Organisation der Lese- und Schreibaktionen General Model
Lese- und Schreibzugriffe haben keine bestimmte Reihenfolge
Two-step Model Leseaktionen werden vor Schreibaktionen
ausgeführt Restricted Model
Daten müssen gelesen werden, bevor sie geschrieben werden
Restricted two-step Model Vereint das two-step mit dem restricted Model
Action Model Besteht aus dem Restricted Model, mit dem Unterschied, dass jedes <Lese und Schreib> Paar ausgeführt wird
General model
Two-step model Restricted model
Restricted two-step model
Action Model
Kriterium der Struktur Flat Transactions
Ein Startpunt und ein Endpunkt Meiste Arbeit im Transactionmanagement
beruht auf Flat Transactions Nested Transactions (Open-Closed)
Eine Transaktion ikludiert eine andere Workflows
Neuer Typ. Wurde erstellt, da die alten Typen den Anforderungen komplexer Geschäftsmodelle nicht gerecht wurden
Distributed Concurrency Control Klassifizierung von Concurrency
(=Gleichzeitigkeits) Algorithmen Locking-Based Timestamp-Based
Klassifizierung Das weitverbreitetste
Klassifizierungsmerkmal ist die Synchronisation
Durchbruch in der Klassifizierung liegt aber in den: Locking based: Basieren auf den exklusiven
Zugriff von gemeinsamen Daten Protocols: Ordnen die Ausführungen von
Transaktionen auf Grund eines Rule-Set
Diese beiden Klassen können
wiederum aus zwei Sichtweisen betrachtet werden: Pessimistische Sicht: Viele
Transaktionen werden einen Konflikt mit anderern Transaktionen haben
Optimistische Sicht: Nicht viele Transaktionen werden Konflikte mit anderen Transaktionen haben
Optimistisch
Pessimistisch
Validate Read Compute Wri te
Read Compute Validate Wri te
Auf Grund dieser Sichtweisen kann man die Concurrency Control Methods wieder in zwei Klassen einteilen: Pessimistic Algorithms: Synchronisieren die
gleichzeitige Ausführung von Transaktionen schon früh im Lebenszyklus der Ausführungen
Optimistic Algorithms: Verzögern die Synchronisation der Transaktionen bis zur Terminierung
Concurrency Control Algorithms
Pessimistic Optimistic
Locking Timestamp Ordering Hyprid Locking Timestamp
Ordering
Cent ralized
Primary Copy
Distributed
Basic
Multiversion
Conser- vative
Locking-Based Concurrency Control Algorithms Grundidee: Es darf nur immer eine
Operation auf gemeinsame Daten, auf die auch mehrere Operationen, die einen Konflikt verursachen können zugreifen können, zugreifen. Dies passiert durch einen sogenannten „Lock“ in jeder Einheit.
2 Typen von Locks: Read Lock Write Lock
Kompatibilität von Lock-Modes Man spricht von Kompatibilität von
Lock-Modes, wenn 2 Transaktionen die auf die selben Daten zugreifen, die Berechtigung für einen „Lock“ zur selben Zeit.
Read Lock Write Lock
Read Lock compatible Not compatible
Write Lock Not compatible Not compatible
Timestamp-Based Algorithms Einfaches Identifizierungsmittel für
Transaktionen Einzigartig Monoton Verschiedene Möglichkeiten des Zuweisens:
Global steigender Zähler Bei verteilten Systemen ein Problem Jede
Seite verwendet meist einen eigenen lokalen Zähler
Distributed DBMS Reliability Definition System, Status und Fehler Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit Gründe für Fehler in verteilten
Systemen Ansätze und Techniken zur
Fehlervermeidung Fehler in verteilten DBMS
Definition Ein zuverlässiges DBMS ist eines, dass
auch dann noch User-Requests bearbeiten kann, auch wenn das darunter liegende System unzuverlässig ist. In anderen Worten, wenn Komponenten der verteilten Umgebung Fehler haben, sollte ein zuverlässiges DBMS in der Lage sein weiter User-Requests zu bearbeiten ohne die Datenbankkonsistenz zu zerstören.
System, Status und Fehler System: Besteht aus einer Sammlung von
Komponenten und interagiert mit seiner Umwelt durch Antworten mit einem bestimmten Verhalten, die auf bestimmte Reize (=Stimuli) erfolgen. Jede Komponente stellt ebenfalls ein System dar die auch als Subsystem bezeichnet werden. Die Art wie die Komponenten eines Systems zusammengesetzt sind nennt man Design.
Stimuli Response
Component 1
Component 3
Component 2
Externer Status: Kann die Antwort sein, die ein System auf einen externen Reiz gibt
Interner Status: Ist der externe Status der Komponenten des Systems.
Spezifikation: Beinhaltet das gültige Verhalten, die ein System in einem bestimmten Status aufweist.
Es gibt 3 Arten von Fehlern: Failure: Jedes abweichende Verhalten
von der Spezifikation Error: Der Teil eines Status ist falsch Fault: Jeder Fehler in den internen
states der Komponenten oder des Designs eines Systems
Fault Error Failure
Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit Zuverlässigkeit bedeutet, dass in
einem System, während eines bestimmten Zeitintervalls keine Fehler auftreten. Wird typischerweise für Systeme beschrieben, die nicht repariert werden können (z.B.: Weltraum-basierte Systeme), oder wo die Operation des Systems so kritisch ist, dass keine Zeit zum Reparieren toleriert werden kann.
Verfügbarkeit hingegen bedeutet, dass ein System zu einem bestimmten Zeitpunkt genau das macht, was in der Spezifikation spezifiziert wurde. Eine bestimmte Anzahl an Fehlern kann auftreten, wenn diese aber beseitigt wurden, ist das System zu einem bestimmten Zeitpunkt wieder Verfügbar. Damit sieht man, dass sich Verfügbarkeit auf reparable Systeme bezieht.
1985: IBM/XA Operating System mit Stanford linear accelerator (SLAC) :
SLAC data
Hardw are57%
Environment17%
Operations14%
Softw are12%
Hardw are
Environment
Operations
Softw are
1985: Tandem Computers
Tandem data
Hardw are24%
Environment20%
Operations23%
Softw are33% Hardw are
Environment
Operations
Softw are
Performance Studie des AT&T 5ESS digital Switch
5ESS sw itch data
Hardw are32%
Unknow n6%
Operations18%
Softw are44%
Hardw are
Unknow n
Operations
Softw are
Ansätze und Techniken zur Fehlervermeidung 2 fundamentale Ansätze zur Fehler
Vermeidung sind die Toleranz und Prävention von Fehlern. Toleranz: Beruht auf den Designansätzen
von Systemen, welche es in Betracht ziehen, dass Fehler auftreten können. Versucht Mechanismen in das System einzubaun, um Fehler zu entdecken, zu entfernen bzw zu kompensieren bevor Systemfehler auftreten
Prävention: Implementierte System soll keine Fehler haben
Beispiele für Techniken
Redundanz in Systeme einbauen: Falls eine Komponente ausfällt übernimmt(=kompensieren) die redundante Komponente die Aufgaben.
Modularer Aufbau des Systems: Modularität des Systems ermöglicht die Isolation von Fehlern in einer Komponente. Ist darum für Software- Hardwaresysteme wichtig.
Fehler in verteilten DBMS
Transaction Failures (aborts) Site (system) Failures Media (disk) Failures Communication Failures
Transaction Failures Incorrect input data deadlock
Site (System) Failures Meist Hard- oder Softwarefehler Führt zu einem Verlust von
Hauptspeicherinhalten jeder Inhalt der Datenbank der in einem Buffer des Hauptspeichers gelegen hat geht verloren
In VS spricht man auch von Site Failure anderer Computer kann ausfallen Total Partiell
Media Failures Bei Secondary Storage Devices Bei Betriebssystemfehlern oder
Hardwarefehlern Alle Daten des DBMS die sekundär
gespeichert wurden gehen verloren Abhilfe: Duplizieren und Archivieren
des Sekundärmediums
Communication Failures Treten nur in verteilten Systemen auf Verschiedene Ursachen:
Fehler in Messages Unsachgemäß angeforderte Messages Lost Messages Line Failures
Verlorene oder nicht lieferbare Messages sind meist Ursachen für einen Line Failure. Das Netzwerk kann dabei in zwei oder mehrere getrennte Gruppen zerfallen Network Partioning
