Sistemas Distribuídos · •Atomicidade: ou todas as operações de uma transação têm seus efeitos registrados no sistema ou então nenhuma delas é registrada (tudo-ou-nada)

Sistemas Distribuídos

Transações

Vinícius Fernandes Soares Mota

DECSI/ICEA UFOP 1

Transações

• Transação: Unidade lógica de trabalho • abrange um conjunto de operações de manipulação de dados que

executam uma única tarefaConecta ao Banco de Dados

Começa transação

Operações de consulta/atualização

...

Finaliza transação

Começa transação

Operações de consulta/atualização

...

Finaliza transação

Desconecta

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parcialmente efetivada

Transações

• Exemplo: Um banco de dados...

• Transição de Estados de Execução

ativa efetivada

encerradafalha

begin (start) transaction

end

transaction commit

abort

(rollback)

read,

write

abort

(rollback)

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Transações

• O que acontece se a energia acabar no meio de uma transação, ou se houver um problema com o disco?

• O que acontece quando duas transações executam simultaneamente manipulando o mesmo dado?

Pode ocorrer a um estado inconsistente...

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Transações –Propriedades ACID

• Atomicidade

• Consistência

• Isolamento

• Durabilidade

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Transações –Propriedades ACID• Atomicidade: ou todas as operações de uma transação

têm seus efeitos registrados no sistema ou então nenhuma delas é registrada (tudo-ou-nada).

• Consistência: uma transação deve provocar uma transição do sistema de um estado consistente para outro estado consistente.

• Isolamento: a execução de uma transação não deve interferir na execução de nenhuma outra transação

• Durabilidade: uma vez completada, a transação é registrada em algum meio de armazenamento permanente

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Operações em uma conta bancária usados numa transação

• deposit(amount)• deposita amount na conta

• withdraw(amount)• retira amount da conta

• getBalance() -> amount• retorna o balance da conta

• setBalance(amount)• Altera balanço da conta

• Transação T:• a. withdraw(100);• b. deposit(100);• c. withdraw(200);• b. deposit(200);

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Operações no coordenador da transação• openTransaction() -> trans;

• Inicia nova transação e divulga um TID (idendificador de transação) único.

• closeTransaction(trans) -> (commit, abort);• Finaliza uma transação: um commit significa que a

transação foi efetuada com sucesso; um abort indica que ela não foi completada.

• abortTransaction(trans);• aborta a transação.

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Ciclos de vida de uma transação

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Bem sucedida Abortada pelo Cliente Abortada pelo Servidor

openTransaction openTransaction openTransactionoperação operação operaçãooperação operação peração

Servidor aborta

transação

operação operação ERRO em operaçãoReportado ao cliente

closeTransaction abortTransaction

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Controle de Concorrência

• Execução Serial (sequencial):

• Execução Intercalada:

tempot2t1 t3

AB

tempot2t1 t3

A

B

A

B

t4 t5

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Controle de Concorrência

• Execução Serial (sequencial): diversas transaçõesexecutadas em sequência• deixa a base de dados em estado correto e consistente

• Execução Intercalada: comandos de diversas transaçõessão intercalados• pode levar a inconsistências

Isolamento Concorrência Chance de inconsistências

Serial

Intercalada

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Execução Serial X Intercalada

• Execução serial• estado inicial correto e consistente estado final correto e

consistente

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Execução Serial X Intercalada

• Execução Intercalada• Toda execução serial é consistente

• Mas uma execução intercalada só é consistente se for igual aoresultado de uma execução em sequência (em ordemconhecida)• esta execução é dita serializável

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Controle de concorrência

•Problemas de Execução Intercalada1. Problema da atualização perdida2. Recuperações inconsistentes

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Problema da perda de atualização (lost update problem)

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Transaction T :

balance = b.getBalance();

b.setBalance(balance*1.1);

a.withdraw(balance/10)

Transaction U:

balance = b.getBalance();

b.setBalance(balance*1.1);

c.withdraw(balance/10)

balance = b.getBalance(); $200

balance = b.getBalance(); $200

b.setBalance(balance*1.1); $220

b.setBalance(balance*1.1); $220

a.withdraw(balance/10) $80

c.withdraw(balance/10) $280

Lin

ha d

o t

em

po

a = $100 b = $200 c = $300

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Problema de recuperações incosistentes

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Lin

ha d

o t

em

po

a = $200 b = $200

Transaction V :

a.withdraw(100)

b.deposit(100)

Transaction W:

aBranch.branchTotal()

a.withdraw(100); $100

total = a.getBalance() $100

total = total+b.getBalance() $300

total = total+c.getBalance()

b.deposit(100) $300

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Equivalência Serial

Se cada uma de várias transações tem o efeito correto quando executada sozinha, podemos inferir que, se essas transações forem executadas uma por vez, em alguma ordem, o efeito combinado também será correto

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Uso da equivalência serial como critério para uma execução

concorrente correta evita a ocorrência de atualizações perdidas e

recuperações inconsistentes.

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Equivalência serial

• Todos os acessos a um dado devem ser serializados em relação às transações.

• Protocolos de controle de concorrência devem serializar as transações.

• Soluções para concorrência de transações:• Travamento com controle distribuído de deadlocks: dado escrito por

uma transação é atravado até o final da transação.• Controle otimista de concorrência: supõe-se que não ocorrerá

conflito. Na hora do commit, verifica-se problemas de concorrência. Uma das transações envolvidas no problema deve dar um abort.

• Rótulos de tempo: cada trasação tem um tempo associado e os dados tem o tempo do último acesso armazenado. Transações abortam quando descobrirem que executaram uma operação tarde demais (por exemplo, perderam uma atualização).

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Lin

ha d

o t

em

po

Transaction T:

balance = b.getBalance()

b.setBalance(balance*1.1)

a.withdraw(balance/10)

Transaction U:


b.setBalance(balance*1.1)

c.withdraw(balance/10)

balance = b.getBalance() $200

b.setBalance(balance*1.1) $220balance = b.getBalance() $220

b.setBalance(balance*1.1) $242

a.withdraw(balance/10) $80

c.withdraw(balance/10) $278

Do exemplo de atualização perdida

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DECSI/ICEA UFOP

Lin

ha d

o t

em

po

Como solucionar o problema de recuperações

inconsistentes por equivalência serial?

Transaction V :

a.withdraw(100)

b.deposit(100)

Transaction W:





total = total+c.getBalance()

b.deposit(100) $300

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DECSI/ICEA UFOP

Lin

ha d

o t

em

po

Como solucionar o problema de recuperações

inconsistentes por equivalência serial?

Transaction V :

a.withdraw(100);

b.deposit(100)

Transaction W:



b.deposit(100) $300



total = total+c.getBalance()...

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Regras para conflito das operações read e write

Operações que dependem da ordem em que foram executas

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Operações das váriastransações

Conflito Razão

read read Não Porque um par de operações de leitura não

dependem da ordem em que foram executadas

read write Sim A ordem altera o resultado final

write write Sim A ordem altera o resultado final

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Erro de leitura (dirty read) quando a transação T aborta

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Transaction T:

a.getBalance()

a.setBalance(balance + 10)

Transaction U:

a.getBalance()


balance = a.getBalance() $100

a.setBalance(balance + 10) $110



commit transaction

abort transaction

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Erro de leitura (dirty read) quando a transação T aborta

DECSI/ICEA UFOP

Transaction T:

a.getBalance()


Transaction U:

a.getBalance()






commit transaction

abort transaction

Resultado: O Objeto considerou o valor de 110 que nunca foi persistido de verdade!!!!

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Problemas de Execução Intercalada

• Ex: Leitura inválida (Dirty Read):

T1 T2

Read(A)Write(A+100)

abort

Read(A)Write(A 0)

commit

tem

po

Exemplo 1:

• Transação T1: deposita R$100,00na conta A.

• Transação T2: saca tudo de A.

• T1 é cancelada

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T1 T2

Read(A)Write(A+100)

abort

Read(A)Write(A 0)

commit

tem

po

Exemplo 1:

• Transação T1: deposita R$100,00na conta A.

• Transação T2: saca tudo de A.

• T1 é cancelada

Resultado: foi possível sacar R$ 100,00 a mais.

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T1 T2

Read(A)Write(A-100)

Read(B)Write(B+100)

abort

Read(A)Write(A+1%)

Read(B)Write(B+1%)

commit

tem

po

Exemplo 2:

• Transação T1: transfereR$100,00 da conta A para aconta B.

• Transação T2: incrementa A e Bem 1% (juros).

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T1 T2

Read(A)Write(A-100)

Read(B)Write(B+100)

abort

Read(A)Write(A+1%)

Read(B)Write(B+1%)

commit

tem

po

Exemplo 2:inicialmente A = 500 e B = 600• resultado esperado: T1 (rollbacked)seguido de T2 é A = 505 (A+1%) e B =606 (B+1%)

• no entanto, com T1 e T2 em paralelo,o que se tem é: A = 404 (A - 100 + 1%)e B = 707 (B+100 + 1%)

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T1 T2

Read(A)Write(A-100)

Read(B)Write(B+100)

abort

Read(A)Write(A+1%)

Read(B)Write(B+1%)

commit

tem

po

Exemplo 2:A = 500 e B = 600• resultado esperado: T1 (rollbacked)seguido de T2 é A = 505 (A+1%) e B =606 (B+1%)


Dirty read

Dirty read

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T1 T2

Read(A)Write(A-100)

Read(B)Write(B+100)

abort

Read(A)Write(A+1%)

Read(B)Write(B+1%)

commit

tem

po

Exemplo 2:Suponde que inicialmente A = 500 e B =600• resultado esperado: T1 (rollbacked)seguido de T2 é A = 505 (A+1%) e B =606 (B+1%)


Dirty read

Dirty read

Resultado: a transferência de R$ 100 de T1 foi sobrescrita e T2

considerou valores errados como base se cálculo de 1%. Ambos, A

e B estão errados.

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Sobreleitura de valores não atualizados(uncommitted values)

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Transaction T:

a.setBalance(105)

Transaction U:

a.setBalance(110)

$100

a.setBalance(105) $105


O que acontece se U for cancelada e T confirmada?

A=100

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Transaction T:

a.setBalance(105)

Transaction U:

a.setBalance(110)

$100



O que acontece se U for cancelada e T confirmada?- O saldo fica de A fica $105

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DECSI/ICEA UFOP

Transaction T:

a.setBalance(105)

Transaction U:

a.setBalance(110)

$100



O que acontece se U confirmada e depois T for cancelada ?

-

33


DECSI/ICEA UFOP

Transaction T:

a.setBalance(105)

Transaction U:

a.setBalance(110)

$100



O que acontece se U confirmada e depois T for cancelada ?

- T volta A para $100

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Travas

• Método simples para forçar equivalência em série

• Servidor impede acesso a objeto travado

• Travamento de duas fases (two-phase locking).• A primeira fase de cada transação é uma fase de

crescimento, durante a qual as novas travas são adquiridas

• Na segunda fase, as travas são liberadas (uma fase de redução).

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Travas

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Transaction T:


b.setBalance(bal*1.1)a.withdraw(bal/10)

Transaction U:

balance = b.getBalance()b.setBalance(bal*1.1)

c.withdraw(bal/10)

Operations Locks Operations Locks

openTransaction

bal = b.getBalance() lock B

b.setBalance(bal*1.1) openTransaction

a.withdraw(bal/10) lock A bal = b.getBalance() waits for T ’s

lock on B

closeTransaction unlock A, B

lock B

b.setBalance(bal*1.1)

c.withdraw(bal/10) lock C

closeTransaction unlock B, C

Compatibilidade de travas

Deve seguir as regras de conflito de operação:

1. Se uma transação T já executou uma operação de leitura sobre um objeto em particular, então uma transação concorrente U não deve escrever esse objeto até que T seja confirmada ou cancelada.

2. Se uma transação T já executou uma operação de escrita sobre um objeto em particular, então uma transação concorrente U não deve ler nem escrever esse objeto até que T seja confirmada ou cancelada.

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Compatibilidade de travas

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For one object Lock requestedread write

Lock already set none OK OK

read OK wait

write wait wait

Questões

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Transações

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