データベース12 - トランザクションと同時実行制御
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立命館大学 情報理工学部 「データベース」講義スライド 第12回：トランザクションと同時実行制御
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データベース12 - トランザクションと同時実行制御
- 2. トランザクションと データベース構造編 回 ⽇付 テーマ 12 6/25 トランザクションと同時実⾏制御 13 7/2 トランザクションと障害回復 14 7/9 データベース構造とインデックス 2
- 5. 同時実⾏制御 5 ¥20,000引出 ¥50,000振込 READ READ WRITE Y=Y-¥20,000 Y=¥20,000 Y=¥0 Y=Y+¥50,000 Y=¥70,000 WRITE 更新の喪失 ¥50,000でなければおかしい…
- 6. 同時実⾏制御 6 ¥20,000引出 ¥50,000振込 READ READ WRITE Y=Y-¥20,000 Y=¥20,000 Y=¥0 Y=Y+¥50,000 Y=¥50,000 WRITE
- 7. 同時実⾏制御 回 ⽇付 テーマ 12 6/25 トランザクションと同時実⾏制御 13 7/2 トランザクションと障害回復 14 7/9 データベース構造とインデックス 7 トランザクション，ロック，同時実⾏制御 について学ぶ
- 8. トランザクションとは 8
- 9. 例；振替送⾦ 9 (1) ⼝座Aの残⾼から10万円を引く ⼝座Aから⼝座Bへ10万円を振替送⾦ UPDATE 銀⾏⼝座 SET 残⾼ = 残⾼-10 WHERE ⼝座 = 'A'; (2) ⼝座Bの残⾼に10万円を⾜す UPDATE 銀⾏⼝座 SET 残⾼ = 残⾼+10 WHERE ⼝座 = 'B'; ⼝座 残⾼ A 20 B 5 銀⾏⼝座 ⼝座 残⾼ A 10 B 5 銀⾏⼝座 (1) ⼝座 残⾼ A 10 B 15 銀⾏⼝座 (2) 1トランザクション
- 10. 例；アイテムの購⼊ (1) 薬草の在庫数を3個減らす ユーザ=アリスが1個10Gの薬草を3個購⼊ UPDATE 在庫 SET 残数 = 残数-3 WHERE アイテム名 = '薬草'; (2) ユーザの所有アイテム数を3個増やす UPDATE 所有アイテム SET 所有数 = 所有数+3 WHERE ユーザ名 = 'アリス' AND アイテム名 = '薬草'; (3) ユーザの所持⾦を30G減らす UPDATE 所持⾦ SET 所持⾦ = 所持⾦-30 WHERE ユーザ名 = ' アリス'; (4) ユーザの購⼊履歴を更新する INSERT INTO 購⼊履歴 VALUES('薬草', '2014/3/30'); 1トランザクション
- 14. 成功か失敗か 14
- 15. 例；振替送⾦ 15 (1) ⼝座Aの残⾼から10万円を引く ⼝座Aから⼝座Bへ10万円を振替送⾦ UPDATE 銀⾏⼝座 SET 残⾼ = 残⾼-10 WHERE ⼝座 = 'A'; (2) ⼝座Bの残⾼に10万円を⾜す UPDATE 銀⾏⼝座 SET 残⾼ = 残⾼+10 WHERE ⼝座 = 'B'; ⼝座 残⾼ A 20 B 5 銀⾏⼝座 ⼝座 残⾼ A 10 B 5 銀⾏⼝座 (1) ⼝座 残⾼ A 10 B 15 銀⾏⼝座 (2)
- 16. ⼝座 残⾼ A 10 B 15 例；振替送⾦ 16 データベースダウン！ (1) ⼝座Aの残⾼から10万円を引く ⼝座Aから⼝座Bへ10万円を振替送⾦ UPDATE 銀⾏⼝座 SET 残⾼ = 残⾼-10 WHERE ⼝座 = 'A'; (2) ⼝座Bの残⾼に10万円を⾜す UPDATE 銀⾏⼝座 SET 残⾼ = 残⾼+10 WHERE ⼝座 = 'B'; ⼝座 残⾼ A 20 B 5 銀⾏⼝座 ⼝座 残⾼ A 10 B 5 銀⾏⼝座 (1) 銀⾏⼝座 (2)
- 17. 10万円はどこへ消えた！？ 17 ⼝座 残⾼ A 20 B 5 銀⾏⼝座 ⼝座 残⾼ A 10 B 5 銀⾏⼝座 (1)
- 19. 例；振替送⾦ 19 (1) ⼝座Aの残⾼から10万円を引く ⼝座Aから⼝座Bへ10万円を振替送⾦ ⼝座 残⾼ A 20 B 5 UPDATE 銀⾏⼝座 SET 残⾼ = 残⾼-10 WHERE ⼝座 = 'A'; 銀⾏⼝座 (2) ⼝座Bの残⾼に10万円を⾜す UPDATE 銀⾏⼝座 SET 残⾼ = 残⾼+10 WHERE ⼝座 = 'B'; ⼝座 残⾼ A 10 B 5 銀⾏⼝座 (1) ⼝座 残⾼ A 10 B 15 銀⾏⼝座 (2) コミット
- 20. 例；振替送⾦ 20 データベースダウン！ (1) ⼝座Aの残⾼から10万円を引く ⼝座Aから⼝座Bへ10万円を振替送⾦ UPDATE 銀⾏⼝座 SET 残⾼ = 残⾼-10 WHERE ⼝座 = 'A'; (2) ⼝座Bの残⾼に10万円を⾜す UPDATE 銀⾏⼝座 SET 残⾼ = 残⾼+10 WHERE ⼝座 = 'B'; ⼝座 残⾼ A 20 B 5 銀⾏⼝座 ⼝座 残⾼ A 10 B 5 銀⾏⼝座 (1) ロールバック
- 21. 例；振替送⾦ 21 データベースダウン！ (1) ⼝座Aの残⾼から10万円を引く ⼝座Aから⼝座Bへ10万円を振替送⾦ UPDATE 銀⾏⼝座 SET 残⾼ = 残⾼-10 WHERE ⼝座 = 'A'; ⼝座 残⾼ A 20 B 5 銀⾏⼝座 ⼝座 残⾼ A 10 B 5 銀⾏⼝座 (1) ロールバック (1)の処理はなかったことに
- 24. 制約に従え 24
- 25. 例；商品番号の変更 25 商品番号 商品名 110 ノートPC 250 外付けHDD 330 USBメモリ 420 ディスプレイ 伝票番号 商品番号 売上数 123 330 10 124 250 5 125 420 2 126 110 1 商品表 売上表 商品番号を330→340に変更 商品番号 商品名 110 ノートPC 250 外付けHDD 340 USBメモリ 商品番号420を削除 整合性がとれなくなる 復習
- 27. 整合性維持機能 27 商品番号 商品名 110 ノートPC 250 外付けHDD 330 USBメモリ 420 ディスプレイ 伝票番号 商品番号 売上数 123 330 10 124 250 5 125 420 2 126 110 1 商品表 売上表 商品番号 商品名 110 ノートPC 250 外付けHDD 340 USBメモリ 420 ディスプレイ 整合性を維持 340 売上表も変更商品番号を330→340に変更 商品番号420を削除 復習
- 30. ⼀つ⼀つの処理を 隔離せよ 30
- 32. 例；ホテルの部屋の予約(1) 32 部屋 残室数 シングル 5 空室状況 ①残室数を確認 SELECT 5 ②残室数を確認 ボブ キャロル 時 間 経 過 残室数が⼀つしか減らない 更新の喪失 SELECT 5 部屋 残室数 シングル 4 ③部屋を予約 UPDATE -1 ④部屋を予約 UPDATE -1 部屋 残室数 シングル 4
- 33. 例；ホテルの部屋の予約(2) 33 部屋 残室数 シングル 1 空室状況 ①残室数を確認 SELECT 1 ③残室数を確認 ボブ キャロル 時 間 経 過 空室があるのに 「空室なし」と 表⽰される SELECT 0 部屋 残室数 シングル 0 ②部屋を予約 UPDATE -1 部屋 残室数 シングル 1 ROLLBACK ④キャンセル ダーティリード
- 34. 例；商品の在庫数 34 商品番号 在庫数 110 50 在庫 ①在庫数を確認 SELECT 50 ④在庫数を確認 時 間 経 過 同じ問合せを 連続で⾏ったのに， 結果が異なる SELECT 30 商品番号 在庫数 110 30 ③商品を出荷 UPDATE -20 ノンリピータブルリード ②在庫数を確認 SELECT 50
- 35. 例；成績の集計 35 学⽣番号 成績 1001 80 1002 62 1003 74 成績 ③平均の算出 時 間 経 過 前の問合せではなかった （幻の）タプルが出現 1004 84 ②学⽣の追加 INSERT ファントムリード ①平均の算出 SELECT AVG 72 SELECT AVG 75
- 36. 直列化可能性 36 部屋 残室数 シングル 5 空室状況 ①残室数を確認 SELECT 5 ②残室数を確認 ボブ キャロル 時 間 経 過 SELECT 5 部屋 残室数 シングル 4 ③部屋を予約 UPDATE -1 ④部屋を予約 UPDATE -1 部屋 残室数 シングル 4
- 37. 直列化可能性 37 T1 T2 READ x READ x x = x - 1 x = x - 1 WRITE x WRITE x READ：読込み WRITE：書込み 初期値：x = 5 x = 4 T1 READ x x = x - 1 WRITE x T2 READ x x = x - 1 WRITE x 初期値：x = 5 T2 READ x x = x - 1 WRITE x T1 READ x x = x - 1 WRITE x or x = 3 x = 3このスケジュールは， 直列化可能でない
- 38. 直列化可能な例 T1 T2 READ x x = x - 1 WRITE x READ x READ y WRITE x y = y - 1 WRITE y READ y y = y - 1 WRITE y 初期値：x = 5, y = 5 T1 READ x x = x - 1 WRITE x READ y y = y - 1 WRITE y or T2 READ x WRITE x READ y y = y - 1 WRITE y T2 READ x WRITE x READ y y = y - 1 WRITE y T1 READ x x = x - 1 WRITE x READ y y = y - 1 WRITE y 初期値：x = 5, y = 5 x = 4, y = 3 x = 4, y = 3x = 4, y = 3 このスケジュール は直列化可能
- 40. ロッキング 40 部屋 残室数 シングル 5 空室状況 (1) 残室数を確認 SELECT 5 (1) 残室数を確認 ボブ キャロル 時 間 経 過 SELECT 部屋 残室数 シングル 4 (2) 部屋を予約 UPDATE -1 ロック ロック時は アクセス不可 1. データにアクセスする直前に • ロックがかかっていなければロックする • ロックがかかっていればアンロックされるまで待つ 2. データへのアクセスが終了した時点でアンロックする
- 41. ロッキング (1) 残室数を確認 ボブ キャロル 時 間 経 過 SELECT 4 部屋 残室数 シングル 4 (2) 部屋を予約 UPDATE -1 (2) 部屋を予約 UPDATE -1 部屋 残室数 シングル 3 COMMIT 部屋 残室数 シングル 4 空室状況 ロック
- 43. 共有ロックと排他ロック 43 部屋 残室数 シングル 5 空室状況 (1) 残室数を確認 SELECT 5 (1) 残室数を確認 ボブ キャロル 時 間 経 過 SELECT 5 部屋 残室数 シングル 4 (2) 部屋を予約 UPDATE -1 共有ロック 排他ロック SELECT 5 OK
- 47. 直列化可能性 T1 T2 LOCK x READ x x = x - 1 WRITE x UNLOCK x LOCK x READ x x = x - 1 WRITE x UNLOCK x READ：読込み WRITE：書込み 初期値：x = 5 x = 3 T1 LOCK x READ x x = x - 1 WRITE x UNLOCK x T2 LOCK x READ x x = x - 1 WRITE x UNLOCK x 初期値：x = 5 or x = 3 LOCK：ロック UNLOCK：アンロック T2 LOCK x READ x x = x - 1 WRITE x UNLOCK x T1 LOCK x READ x x = x - 1 WRITE x UNLOCK x x = 3 このスケジュール は直列化可能
- 50. 直列化可能性を保証するために 50 T1 LOCK X LOCK Y READ X X = X - 10000 WRITE X READ Y Y = Y + 10000 WRITE Y UNLOCK X UNLOCK Y 成⻑相 縮退相 ロックをかける相 ロックを解除する相 2相ロッキング 銀⾏⼝座X 銀⾏⼝座Y ¥10,000振込み ボブ
- 52. ロックによる問題点 52 T1 T2 LOCK X LOCK Y LOCK Y LOCK X Yがアンロックされる まで待機状態 Xがアンロックされる まで待機状態 待機中… デッドロック 複数のトランザクションが，他のトランザク ションがロックしているデータが解除されるの を待っていて，先に進めないでいる状態
- 55. 待合せグラフによる検証 55 T S Sの終了を待っている Tの終了を待っている トランザクションをノードとし，トランザクションTが トランザクションSの終了を待っているときに，TからS へのアークを設定することで作成されたグラフ 待合せグラフ 待合せグラフ内にループが存在すれば，デッドロック が発⽣していることがわかる
- 60. 本⽇学習したキーワード 〜トランザクションとデータベース構造編〜 60 2相ロッキング 縮退相 ハッシュ関数 ACID特性 順次編成ファイル ハッシュ結合 Atomicity（原⼦性） 障害回復 ハッシュの衝突 B+⽊インデックス 除算法 バランス⽊ B⽊インデックス ⼈的障害 ビフォアイメージ Consistency（整合性） 成⻑相 ファイル Durability（耐久性） ダーティリード ファントムリード Isolation（隔離性） ダンプファイル フィールド WALプロトコル チェックポイント マージ結合 アフタイメージ 中間ノード 待合せグラフ ⼊れ⼦結合 直接編成ファイル リーフノード インデックス 直列化可能性 両⽴性⾏列 インデックスによる結合 データ部 ルートノード インデックスファイル データベースダンプ レコード 基数変換法 データベースバックアップ ロールバック 共有ロック デッドロック ロールフォワード 更新の喪失 同時実⾏制御 ロギング コミット トランザクション ログ（ジャーナル） 索引部 トランザクション障害 ログファイル 索引編成ファイル ノンリピータブルリード ロッキング ⾃乗・中央法 媒体障害 ロック システム障害 排他ロック シノニム ハッシュインデックス
- 61. これまでに学習したキーワード 〜トランザクションとデータベース構造編〜 61 2相ロッキング 縮退相 ハッシュ関数 ACID特性 順次編成ファイル ハッシュ結合 Atomicity（原⼦性） 障害回復 ハッシュの衝突 B+⽊インデックス 除算法 バランス⽊ B⽊インデックス ⼈的障害 ビフォアイメージ Consistency（整合性） 成⻑相 ファイル Durability（耐久性） ダーティリード ファントムリード Isolation（隔離性） ダンプファイル フィールド WALプロトコル チェックポイント マージ結合 アフタイメージ 中間ノード 待合せグラフ ⼊れ⼦結合 直接編成ファイル リーフノード インデックス 直列化可能性 両⽴性⾏列 インデックスによる結合 データ部 ルートノード インデックスファイル データベースダンプ レコード 基数変換法 データベースバックアップ ロールバック 共有ロック デッドロック ロールフォワード 更新の喪失 同時実⾏制御 ロギング コミット トランザクション ログ（ジャーナル） 索引部 トランザクション障害 ログファイル 索引編成ファイル ノンリピータブルリード ロッキング ⾃乗・中央法 媒体障害 ロック システム障害 排他ロック シノニム ハッシュインデックス