Тема_10 (Презентации лекций С.Д. Кузнецова PDF), страница 2

Базы данных19ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (10)Управление буферным пулом базы данных (5)Например, если в некоторой транзакции выполняется сканирование некоторой таблицы без использованияиндекса, и при выполнении операции NEXT был затребован доступ кнекоторому блоку базы данныхoс соответствующим перемещением копии этого блока внекоторую страницу буферного пула,то подсистема управления буферным пулом «знает», что эта страница еще точно потребуется до тех пор, пока небудет прочитан последний кортеж сканируемой таблицы,располагающийся в данной страницеБолее того, СУБД «знает», какой блок базы данных потребуется после завершенияпросмотра кортежей данного блока, иможет заранее переместить его копию в некоторую страницубуферного пула17.12.2009С.Д.Кузнецов.

Базы данных20ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (11)Управление буферным пулом базы данных (6)Кроме того, некоторые блоки базы данныхзаведомо требуются чаще других блоковНапример, при любом просмотре таблицы наоснове некоторого индекса гарантированнопотребуетсядоступ к корневому блоку соответствующего B-дереваПри вставке кортежа в любую таблицу илиудалении из нее кортежа будет необходимодолжным образом изменить все определенныедля нее индексы, и для этого тожегарантированно потребуетсядоступ к корневым блокам всех соответствующих Bдеревьев17.12.2009С.Д.Кузнецов. Базы данных21ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (12)Управление буферным пулом базы данных (7)Поэтому в стратегии замещения страниц буферного пулабазы данных обычно используется алгоритм LRU сприоритетами страниц высокоприоритетные страницы стареют,oт.е. становятся кандидатами на замещение,медленнее, чем низкоприоритетные страницыВ частности, страницы, содержащие копии корневых блоковиндексов, являются настолько высокоприоритетными, чтообычно никогда не замещаютсяКроме того, поддерживается предварительное считывание вбуферную память копий блоков, доступ к которым вскорепонадобится17.12.2009С.Д.Кузнецов.

Базы данных22ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (12)Физическая синхронизация (1)Поскольку в СУБД может одновременно «параллельно»выполняться несколько транзакций, вполне реальнаситуация, когда в двух одновременно выполняемых операциях требуетсядоступ к одному и тому же блоку базы данныхoт.е.

к одной и той же буферной странице, содержащей копиюэтого блокаПонятно, что в одновременном доступе для чтениясодержимого блока ничего плохого нет, но параллельное изменение блока может привести кнепредсказуемым результатамСледует заметить, что, вообще говоря, координациюпараллельного доступа к страницам буферного пула не обеспечивает логическая синхронизация, используемаядля сериализации транзакций17.12.2009С.Д.Кузнецов. Базы данных23ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (13)Физическая синхронизация (2)Например, предположим, что в двух параллельновыполняемых транзакциях одновременно выполняютсяоперации 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,oсодержащую копию блока базы данных с номером nПри выполнении обеих операций может потребоватьсяперемещение кортежей внутри этого блока, и понятно, что врезультате ничего хорошего, скорее всего, не получится17.12.2009С.Д.Кузнецов.

Базы данных24ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (14)Физическая синхронизация (3)Аналогично, логическая синхронизацияможет легко допуститьпараллельное выполнение несколькихопераций,oтребующих обновления одного и того же индексаНекоординированное параллельноеобновление B-дерева с большойвероятностью приводит к разрушению егоструктуры17.12.2009С.Д.Кузнецов.

Базы данных25ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (15)Физическая синхронизация (6)Поэтому при выполнении операций уровня RSS необходимоподдерживатьдополнительную «физическую» синхронизацию, в которой единицамиблокировки служатoВ пределах операции перед чтением из страницы буферногопулаблока базы данныхтребуется запросить у подсистемы управления буфернымпуломблокировку соответствующей страницыoблокав режиме S,а перед записью в страницу (в блок) –страницы буферного пула (или блоки) базы данныхее блокировку в режиме XСовместимость блокировок обычная17.12.2009С.Д.Кузнецов.

Базы данных26ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (16)Физическая синхронизация (7)Но блокировки страниц буферного пула нужны не только длякоординации параллельного доступа к страницам припараллельном выполнении транзакцийПри выполнении операций уровня RSS могут возникать ошибки,обнаруживаемые в середине операции, уже после того, как однаили несколько страниц буферного пулабыло измененоНапример, может выполняться операция вставки кортежа внекоторую таблицу,блоков базы данныхнарушающая уникальность некоторого индекса, определенного надэтой таблицейНарушение уникальности этого индекса будет обнаружено припопытке вставить в него новый ключ, но до этогоновый кортеж уже мог быть размещен в блоке данных, инекоторые индексы уже могли быть успешно обновлены17.12.2009С.Д.Кузнецов.

Базы данных27ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (17)Физическая синхронизация (8)При обнаружении ошибки операции нужноликвидировать все ее следы в базе данных ивыдать соответствующий код ошибки на уровеньRDSПроще всего сделать это, произведя обратныеизменения всех страницкоторые были изменены при прямом выполненииоперации. Но для этого требуется, чтобы всестраницыблоков базы данных,блоки базы данных,заблокированные при выполнении операции,оставались заблокированными до конца этой операции17.12.2009С.Д.Кузнецов.

Базы данных28ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (18)Физическая синхронизация (9)Тем самым, для подсистемы управления буферным пуломоперации уровня RSS являются (почти) тем же, чемявляются транзакции для подсистемы управлениятранзакциямиДостаточным условием корректного выполнения операцийявляется соблюдение двухфазного протоколасинхронизационных блокировок над страницами буферногопула в пределах операций.Это условие не является необходимымКаждую операцию уровня RSS можно разбить напоследовательность «микроопераций» и потребовать соблюдения двухфазного протоколасинхронизационных блокировок в пределах микроопераций17.12.2009С.Д.Кузнецов. Базы данных29ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (19)Физическая синхронизация (10)Например, операцию INSERT уровня RSS можно разбить наследующие микрооперации: нахождение блока данных для вставки; вставка кортежа в найденный блок; обновление индекса 1; ….обновление индекса n,где n – число индексов, определенных для данной таблицыОбщий принцип состоит в том, что в пределах одноймикрооперации блокируются все блоки базы данных,которые обязаны быть изменены согласованным образом17.12.2009С.Д.Кузнецов.

Базы данных30ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (20)Протокол упреждающей записи в журнал (1)Реальная ситуация является более сложнойИмеются два вида буферов – буфера журнала и буферный пул страниц основной памяти, –которые содержат связанную информациюИ те, и другие буфера могут выталкиваться во внешнююпамятьОсновной причиной выталкивания буфера журнала являетсяего полное заполнение журнальными записямиСтраницы буферного пула базы данных чаще всеговыталкиваются во внешнюю память, когда требуется переместить в основную память некоторый блокбазы данных, а свободных страниц в буферном пуле нет17.12.2009С.Д.Кузнецов.

Базы данных31ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (21)Протокол упреждающей записи в журнал (2)Тогда срабатывает алгоритм замещениястраниц, выбирается страница,и эта страницасодержимое которой, вероятно, дольше всего непотребуется,если ее содержимое изменялосьвыталкивается в соответствующий блок внешнейпамяти базы данныхПроблема состоит в выработке некоторой общейполитики выталкивания, которая обеспечивалабывозможность восстановления состояния базы данныхпосле сбоев17.12.2009С.Д.Кузнецов.

Базы данных32ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (22)Протокол упреждающей записи в журнал (3)Эта проблема не возникает при индивидуальныхоткатах транзакций, поскольку в этих случаяхсодержимое основной памяти не утрачено, ипри восстановлении можно пользоваться содержимымooНо если произошел мягкий сбой, икак буфера журнала,так и буферных страниц базы данныхсодержимое буферов утрачено,то для проведения восстановления базы данныхнеобходимо иметь некоторое согласованное состояниежурнала и базы данных во внешней памяти17.12.2009С.Д.Кузнецов. Базы данных33ЖурнализБуферизация блоков базы данных в основной памяти (23)Протокол упреждающей записи в журнал (4)Основным принципом согласованной политики выталкиваниябуфера журнала и буферных страниц базы данных являетсято, что запись об изменении объекта базы данных должна оказатьсяво внешней памяти журналаoраньше, чем измененный объект окажется во внешней памятибазы данныхСоответствующий протокол журнализации (и управлениябуферизацией) называется WAL (Write Ahead Log, «пишисначала в журнал») и состоит в том, что если требуется вытолкнуть во внешнюю память буфернуюстраницу, содержащую измененный объект базы данных, тоoперед этим нужно гарантировать выталкивание во внешнююпамять журнала буферной страницы журнала, содержащейзапись об изменении этого объекта17.12.2009С.Д.Кузнецов.