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事务调度与并发控制、数据库的实施运行和维护(总分29,考试时间90分钟)一、单项选择题1. 下述不属于数据库维护工作的是______。
A. 使用数据定义语言建立多个表、构建数据库总体框架B. 根据备份计划周期性的备份数据库C. 检测数据库的空间使用情况D. 调整数据库参数，进行性能优化2. 下列关于排他锁和共享锁的说法中错误的是______。
A. 只能有一个事务对加锁项加排他锁B. 排他锁也叫独占锁或X锁，共享锁也叫读锁或者S锁C. 当加了S锁以后，其他的事务还可以对加锁项加X锁D. 当加了S锁以后，其他的事务还可以对加锁项加S锁3. 以下选项中是参数调整中需要关注的对象的是______。
A. 内存分配B. 资源竞争C. 磁盘I/OD. 以上全部4. 关于查询优化问题，下列说法错误的是______。
A. 将频繁地向数据库发送的某条查询语句用存储过程来代替，可以提高查询效率B. 为经常出现在查询条件中的属性建立索引，可以提高查询效率C. 先执行表连接条件，后执行查询条件，有利于提高查询效率D. 将频繁访问的视图物化并进行维护，有利于提高查询效率5. 事务T0、T1和T2并发访问数据项A、B和C，下列属于冲突操作的是______。
A．T0中的readA. 和T0中的write(A)B．T0中的readB. 和T2中的readC.C．T0中的write(A)和T2中的write(C)&nbs6. 数据库实施主要包括______。
①用DDL定义数据库结构②数据装载③编写与调试应用程序④数据库试运行A. ①②③B. ①②④C. ②③④D. ①②③④7. 以下关于顺序加锁法及其缺点叙述错误的是______。
A. 该方法对数据库中事务访问的所有数据项规定一个加锁顺序B. 每个事务在执行过程中必须按顺序对所需数据项加锁C. 维护对这些数据项的加锁顺序很困难，代价非常大D. 事务按照固定的顺序对这些数据项进行加锁比较方便8. 数据库的维护工作主要包括______。
事务调度与并发控制(总分80,考试时间90分钟)一、选择题1. 某系统中事务T1从账户A转出资金到账户B中，在此事务执行过程中，另一事务T2要进行所有账户金额统计操作。
在T1和T2事务成功提交后，数据库服务器突然掉电重启。
为了保证T2事务统计结果及重启后A，B两账户金额正确，需利用到的事务性质分别是______。
A.一致性和隔离性 B.隔离性和持久性 C.原子性和一致性 D.原子性和持久性2. 在SQL Server 2000中，某数据库中有教师表(教师号，姓名，职称)，其中教师号的数据类型是整型，其他均为字符类型。
若教师表中当前没有数据，用户在数据库中依次执行下列语句：Ⅰ．BEGIN TRANSACTION T1Ⅱ．INSERT INTO 教师表V ALUES(1000, '张三', '助教')；Ⅲ．INSERT INTO 教师表V ALUES(1001, '王二', '助教')；Ⅳ．COMMIT T1；Ⅴ．BEGIN TRANSACTION T2；Ⅵ．INSERT INTO 教师表V ALUES(1002, '王三', '讲师')；Ⅶ．INSERT INTO 教师表V ALUES(1003, '李四', '讲师')；Ⅷ．COMMIT T2；在Ⅶ执行的时候数据库所在的服务器突然掉电，当数据库系统重新启动后，教师表中包含的数据条数为______。
A.4条 B.3条 C.2条 D.0条3. 事务T0、T1和T2并发访问数据项A、B和C，下列属于冲突操作的是______。
A.T0中的read(A)和T0中的write(A) B.T0中的read(B)和T2中的read(C) C.T0中的write(A)和T2中的write(C) D.T1中的read(C)和T2中的write(C)4. 事务是数据库技术中一个非常重要的概念。
数据库并发控制的主要方法
数据库并发控制的主要方法包括以下几种:
1. 锁：数据库可以使用锁来避免多个事务同时访问同一数据。
当一个事务正在修改某个数据时，其他事务必须等待锁释放后才能访问该数据。
这种方式的优点是简单易用，但缺点是会延迟事务的执行。
2. 乐观锁：乐观锁是一种并发控制机制，它通过记录版本号来实现对数据的锁定。
当一个事务修改数据时，它将版本号设置为当前值，其他事务需要先查询数据的版本号，如果发现版本号不一致，则该事务将被阻塞，直到乐观锁被释放。
这种方式的优点是命中概率高，但需要额外维护版本号。
3. 序列化：序列化是一种高级的并发控制机制，它通过将所有事务的执行顺序执行同一个操作来实现高并发的控制。
当一个事务开始执行时，它需要等待其他所有事务都完成并释放锁，然后才能执行自己的操作。
这种方式的优点是可以保证数据的一致性，但需要更高的网络延迟和更高的开销。
4. 并发调度：数据库可以通过调整并发调度的策略来实现并发控制。
例如，数据库可以在多个事务同时执行时，优先处理较新的事务，以避免多个事务同时执行导致的数据不一致。
这种方式的优点是可以提高并发性能，但需要更高的编程技巧和经验。
在实际应用中，不同的方法需要根据具体情况进行选择。
例如，当并发量较低时，可以使用锁来控制并发，但当并发量较高时，序列化和并发调度可能更加有效。
此外，需要尽量避免使用单一的并发控制机制，以避免产生死锁等问题。
dbms并发控制的基本单位概述在数据库管理系统（D B MS）中，并发控制是一种重要的机制，用于管理多个用户同时访问数据库时的数据一致性和完整性。
它涉及到事务的管理、锁机制和调度算法等方面。
本文将介绍并发控制的基本单位，包括事务、锁和调度。
事务定义事务是数据库操作的逻辑单位，它由一系列操作组成。
一个事务可以包含读取和修改数据库的操作，这些操作要么全部执行成功，要么全部回滚。
事务具有AC ID特性，即原子性、一致性、隔离性和持久性。
原子性原子性指的是一个事务中的操作要么全部执行成功，要么全部回滚。
如果一个操作失败，整个事务将会被回滚，数据库状态回到事务开始前的状态。
一致性一致性要求事务对数据库的修改必须使数据库从一种一致性状态变为另一种一致性状态。
事务执行过程中的中间状态对外部用户是不可见的。
隔离性隔离性指的是多个事务并发执行时，每个事务的执行都应该与其他事务相互隔离，互不干扰。
隔离性的实现通常通过锁机制来保证。
持久性持久性指的是事务提交后，其所做的修改将会永久保存到数据库中，即使发生系统故障或崩溃也不会丢失。
锁定义锁是并发控制的一种重要机制，用于管理对数据库对象的访问。
锁可以分为共享锁（读锁）和排他锁（写锁），用于控制读写操作对数据库对象的并发访问。
共享锁（读锁）共享锁允许多个事务同时读取数据库对象的数据，但不允许任何事务修改数据。
共享锁与排他锁之间是兼容的，多个共享锁可以同时存在，互不干扰。
排他锁（写锁）排他锁不允许其他事务同时读取或修改数据库对象的数据。
当一个事务持有排他锁时，其他事务无法获取该对象的共享锁或排他锁。
锁的粒度锁的粒度可以是整个数据库、表、行或其他更细粒度的单位。
选择适当的锁粒度可以提高并发性能，减少锁竞争的频率。
调度定义调度是指控制多个事务并发执行的顺序和时序的机制。
调度算法决定了事务的执行顺序，以及在什么时候执行哪个事务。
串行调度串行调度是最简单的调度方式，事务按照其提交的顺序依次执行。
操作系统并发的名词解释操作系统是计算机的核心软件之一，负责管理和协调计算机硬件和软件资源。
在多任务环境下，操作系统必须处理并发的任务，以提高计算机的效率和性能。
并发是指在同一时间间隔内，多个事件、任务或进程同时执行的能力。
在操作系统中，有一些与并发相关的重要概念和术语，本文将对其进行解释。
1. 进程（Process）进程是计算机中运行的程序的实例。
每个进程都有自己的内存空间和资源，可以独立运行，并且可以与其他进程进行通信。
操作系统通过分配时间片来实现多个进程的并发执行，每个进程占用一定的CPU时间，然后切换到下一个进程。
2. 线程（Thread）线程是进程中的一个执行单元。
一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源，如内存空间和打开的文件。
线程可以独立执行，通过操作系统的调度机制来实现并发。
多线程的好处在于可以更有效地利用计算机的CPU资源，提高程序的响应速度。
3. 上下文切换（Context Switching）上下文切换是指操作系统从一个正在执行的进程或线程切换到另一个进程或线程的过程。
在切换过程中，操作系统需要保存当前进程或线程的上下文信息，并加载需要执行的进程或线程的上下文信息。
上下文切换是实现并发的基本机制，但它也带来了一定的开销，因为保存和加载上下文信息需要时间和计算资源。
4. 同步（Synchronization）同步是多个进程或线程之间协调和共享资源的一种机制。
在并发环境中，多个进程或线程可能同时访问和修改共享资源，而没有适当的同步机制可能导致数据不一致和竞态条件等问题。
常见的同步机制包括互斥锁、信号量和条件变量等，它们可以确保临界区的互斥访问和协调进程或线程之间的顺序。
5. 互斥锁（Mutex）互斥锁是一种常用的同步机制，用于防止多个线程同时访问共享资源。
当一个线程获取了互斥锁后，其他线程必须等待锁的释放才能访问该资源。
互斥锁保证了对共享资源的互斥访问，防止了数据竞争和不一致性。
四级数据库第八章-事务调度与并发控制8.1 并发控制概述在第七章中己经讲到，事务是并发控制的基本单位，保证事务ACID特性是事务处理的重要任务，而事务ACID特性可能遭到破坏的原因之一是多个事务对数据库的并发操作造成的。
为了保证事务的隔离性更一般，为了保证数据库的一致性，DBMS需要对并发操作进行正确调度。
这些就是数据库管理系统中并发控制机制的责任。
下面先来看一个例子，说明并发操作带来的数据的不一致性问题。
考虑飞机订票系统中的一个活动序列：①甲售票点（甲事务）读出某航班的机票余额A，设A=16；②乙售票点（乙事务）读出同一航班的机票余额A，也为16；③甲售票点卖出一张机票，修改余额A A－l，所以A为15，把A写回数据库；④乙售票点也卖出一张机票，修改余额A A－l，所以A为15，把A写回数据库。
结果明明卖出两张机票，数据库中机票余额只减少1。
这种情况称为数据库的不一致性。
这种不一致性是由并发操作引起的。
在并发操作情况下，对甲、乙两个事务的操作序列的调度是随机的。
若按上面的调度序列执行，甲事务的修改就被丢失。
这是由于第④步中乙事务修改A并写回后覆盖了甲事务的修改。
仔细分析并发操作带来的数据不一致性包括三类：丢失修改、不可重复读和读“脏”数据，如图8.1所示。
1．丢失修改（Lost Update）两个事务T1和T2。
读入同一数据并修改，T2提交的结果破坏了T1提交的结果，导致T1的修改被丢失，如图8.1（a）所示。
上面飞机订票例子就属此类。
图8.12．不可重复读（Non-Repeatable Read）不可重复读是指事务T1读取数据后，重复T2执行更新操作，使T1无法再现前一次读取结果。
具体地讲，不可重复读包括三种情况：（1）事务T1读取某一数据后，事务T2对其做了修改，当事务T1再次读该数据时，得到与前一次不同的值。
例如在图8.1（b）中，T1读取B=100进行运算，T2读取同一数据B对其进行修改后将B=200写回数据库。
T1为了对读取值校对重读B，B己为200，与第1次读取值不一致。
（2）事务T1按一定条件从数据库中读取了某些数据记录后，事务T2删除了其中部分记录，当T1再次按相同条件读取数据时，发现某些记录神秘地消失了。
（3）事务T1按一定条件从数据库中读取某些数据记录后，事务T2插入了一些记录，当T1再次按相同条件读取数据时，发现多了一些记录。
后两种不可重复读有时也称为幻影（Phantom Row）现象。
3．读“脏”数据（Dirty Read）读“脏”数据是指事务T1修改某一数据，并将其写回磁盘，事务T2读取同一数据后，T1由于某种原因被撤销，这时T1己修改过的数据恢复原值，T2读到的数据就与数据库中的数据不一致，则T2读到的数据就为“脏”数据，即不正确的数据。
例如在图8.1（C）中T1将C值修改为200，T2读到C为200，而T1由于某种原因撤销，其修改作废，C恢复原值100，这时T2读到的C为200，与数据库内容不一致就是“脏”数据。
产生上述三类数据不一致性的主要原因是并发操作破坏了事务的隔离性。
并发控制就是要用正确的方式调度并发操作，使一个用户事务的执行不受其他事务的干扰，从而避免造成数据的不一致性。
另一方面，对数据库的应用有时允许某些不一致性，例如有些统计工作涉及数据量很大，读到一些“脏”数据对统计精度没什么影响，这时可以降低对一致性的要求以减少系统开销。
并发控制的主要技术是封锁（Locking）。
例如在飞机订票例子中，甲事务要修改A，若在读出A前先锁住A，其他事务就不能再读取和修改A了，直到甲修改并写回A后解除了对A的封锁为止。
这样，就不会丢失甲的修改。
8.2 封锁（Locking）封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术。
所谓封锁就是事务T在对某个数据对象例如表、记录等操作之前，先向系统发出请求，对其加锁。
加锁后事T就对该数据对象有了一定的控制，在事务T释放它的锁之前，其他的事务不能更新此数据对象。
确切的控制由封锁的类型决定。
基本的封锁类型有两种：排它锁（Exclusive Locks，简称X 锁）和共享锁（Share Locks，简称S锁）。
排它锁又称为写锁。
若事务T对数据对象A加上X锁，则只允许T读取和修改A，其他任何事务都不能再对A加任何类型的锁，直到T释放A上的锁。
这就保证了其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A。
共享锁又称为读锁。
若事务T对数据对象A加上S锁，则事务T可以读A但不能修改A，其他事务只能再对A加S锁，而不能加X锁，直到T释放A上的S锁。
这就保证了其他事务可以读A，但在T释放A上的S锁之前不能对A做任何修改。
排它锁与共享锁的控制方式可以用图8.2的相容矩阵来表示。
图8.2在图8.2的封锁类型相容矩阵中，最左边一列表示事务T1已经获得的数据对象上的锁的类型，其中横线表示没有加锁。
最上面一行表示另一事务T2。
对同一数据对象发出的封锁请求。
T2的封锁请求能否被满足用矩阵中的Y和N表示，其中Y表示事务T2的封锁要求与T1已持有的锁相容，封锁请求可以满足。
N 表示T2的封锁请求与T1己持有的锁冲突，T2的请求被拒绝。
8.3 封锁协议在运用X锁和S锁这两种基本封锁，对数据对象加锁时，还需要约定一些规则，例如何时申请X锁或S锁、持锁时间、何时释放等。
称这些规则为封锁协议（Locking Protocol）。
对封锁方式规定不同的规则，就形成了各种不同的封锁协议。
下面介绍三级封锁协议。
对并发操作的不正确调度可能会带来丢失修改、不可重复读和读“脏”数据等不一致性问题，三级封锁协议分别在不同程度上解决了这一问题。
为并发操作的正确调度提供一定的保证。
不同级别的封锁协议达到的系统一致性级别是不同的。
一、一级封锁协议一级封锁协议是：事务T在修改数据R之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放。
事务结束包括正常结束（COMMIT）和非正常结束（ROLLBACK）。
一级封锁协议可防止丢失修改，并保证事务T是可恢复的。
例如图8.3（a）使用一级封锁协议解决了图8.1（a）中的丢失修改问题。
图8.3（a）事务T1在读A进行修改之前先对A加X锁，当T2再请求对A加X锁时被拒绝，T2只能等待T1释放A上的锁后T2获得对A的X锁，这时它读到的A己经是T1更新过的值15，再按此新的A值进行运算，并将结果值A=14送回到磁盘。
这样就避免了丢失T1的更新。
在一级封锁协议中，如果仅仅是读数据不对其进行修改，是不需要加锁的，所以它不能保证可重复读和不读“脏”数据。
二、二级封锁协议二级封锁协议是：一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，读完后即可释放S锁。
二级封锁协议除防止了丢失修改，还可进一步防止读“脏”数据。
例如图8.3（C）使用二级封锁协议解决了图8.1（c）中的读“脏”数据问题。
图8.3（c）中，事务T1在对C进行修改之前，先对C加X锁，修改其值后写回磁盘。
这时T2请求在C上加S锁，因T1己在C上加了X锁，T2只能等待。
T1因某种原因被撤销，C恢复为原值100，T1释放C上的X锁后T2获得C上的S锁，读C=100。
这就避免了T2读“脏”数据。
在二级封锁协议中，由于读完数据后即可释放S锁，所以它不能保证可重复读。
三、三级封锁协议三级封锁协议是：一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，直到事务结束才释放。
三级封锁协议除防止了丢失修改和不读“脏”数据外，还进一步防止了不可重复读。
例如图8.3（b）使用三级封锁协议解决了图8.1（b）不可重复读问题。
图8.3（b）中，事务T1在读A，B之前，先对A，B加S锁，这样其它事务只能再对A，B 加S锁，而不能加X锁，即其他事务只能读A，B，而不能修改它们。
所以当T2为修改B而申请对B的X锁时被拒绝只能等待T1释放B上的锁。
T1为验算再读A，B，这时读出的B仍是100，求和结果仍为150，即可重复读。
T1结束才释放A，B上的S锁。
T2才获得对B的X 锁。
上述三级协议的主要区别在于什么操作需要申请封锁，以及何时释放锁（即持锁时间）。
三个级别的封锁协议可以总结为表8.1。
图8.3表8.18.4 活锁和死锁和操作系统一样，封锁的方法可能引起活锁和死锁。
一、活锁如果事务T1封锁了数据R，事务T2又请求封锁R，于是T2等待。
T3也请求封锁R，当T1释放了R上的封锁之后系统首先批准了T3的请求，T2仍然等待。
然后T4又请求封锁R，当T3释放了R上的封锁之后系统又批准了T4的请求……T2有可能永远等待，这就是活锁的情形，如图8.4（a）所示。
避免活锁的简单方法是采用先来先服务的策略。
当多个事务请求封锁同一数据对象时，封锁子系统按请求封锁的先后次序对事务排队，数据对象上的锁一旦释放就批准申请队列中第1个事务获得锁。
二、死锁如果事务T1封锁了数据R1，T2封锁了数据R2，然后T1又请求封锁R2，因T2已封锁了R2，于是T1等待T2释放R2上的锁。
接着T2又申请封锁R1，因T1己封锁了R1，T2也只能等待T1释放R1上的锁。
这样就出现了T1在等待T2，而T2又在等待T1的局面，T1和T2两个事务永远不能结束，形成死锁。
如图8.4（b）所示。
死锁的问题在操作系统和一般并行处理中已做了深入研究，目前在数据库中解决死锁问题主要有两类方法，一类方法是采取一定措施来预防死锁的发生，另一类方法是允许发生死锁，采用一定手段定期诊断系统中有无死锁，若有则解除之。
1．死锁的预防在数据库中，产生死锁的原因是两个或多个事务都已封锁了一些数据对象，然后又都请求对已为其他事务封锁的数据对象加锁，从而出现死等待。
防止死锁的发生其实就是要破坏产生死锁的条件。
预防死锁通常有两种方法；（1）一次封锁法一次封锁法要求每个事务必须一次将所有要使用的数据全部加锁，否则就不能继续执行。
如图8.4（b）的例子中，如果事务T1将数据对象R1和R2一次加锁，T1就可以执行下去，而T2等待。
T1执行完后释放R1，R2上的锁，T2继续执行。
这样就不会发生死锁。
一次封锁法虽然可以有效地防止死锁的发生，但也存在问题。
第一，一次就将以后要用到的全部数据加锁，势必扩大了封锁的范围，从而降低了系统的并发度。
第二，数据库中数据是不断变化的，原来不要求封锁的数据，在执付过程中可能会变成封锁对象，所以很难事先精确地确定每个事务所要封锁的数据对象，为此只能扩大封锁范围，将事务在执行过程中可能要封锁的数据对象全部加锁，这就进一步降低了并发度。
（2）顺序封锁法顺序劫锁法是预先对数据对象规定一个封锁顺序，所有事务都按这个顺序实行封锁。
例如在B 树结构的索引中，可规定封锁的顺序必须是从根结点开始，然后是下一级的子女结点，逐级封锁。
顺序封锁法可以有效地防止死锁，但也同样存在问题。
