Язык программирования баз данных Informix-4GL

5. Организация параллельной работы в СУБД Informix

5.1. Уровни изоляции

5.2. Уровни блокирования

5. Организация параллельной работы в СУБД Informix

Необходимость организации параллельной работы с базами данных обусловлена необходимостью разделять одну базу данных несколькими пользователями одновременно. Поэтому, как в любой системе управления параллельной деятельностью, необходимы механизмы упорядочения доступа к ограниченному разделяемому ресурсу со стороны множества параллельных процессов. В процессе организации параллельной работы решаются задачи по достижению двух целей:

  • установить все блокировки, необходимые для обеспечения целостности данных;

  • уменьшить, по возможности, число и размеры блокируемых фрагментов, не входя в противоречие с первой целью.

Рассмотрим простейшую ситуацию параллельного выполнения двух программ.

Программа I выбирает строки таблицы базы данных через курсор.

Программа II выполняет обновление тех же строк таблицы.

Возможны следующие четыре варианта последствий, известные как эффекты параллелизма.

  1. Вторая программа заканчивает обновление строк до того, как первая программа выбирает первую строку. В этом случае первая программа показывает только обновленные строки.

  2. Первая программа успевает выбрать каждую строку прежде, чем вторая программа получает возможность ее обновить. В такой ситуации первая программа показывает только исходные строки.

  3. После того, как первая программа выбрала некоторое количество исходных строк, вмешивается вторая программа и приступает к корректировке тех строк, которые первая программа еще не прочитала, и после этого выполняет оператор Commit Work. В этом случае результатом первой программы может быть смесь исходных и обновленных строк.

  4. Случай, аналогичный варианту 3, за исключением того, что после корректировки таблицы вторая программа выполняет оператор Rollback Work. Результатом работы первой программы в этом случае может быть смесь исходных и обновленных строк, которых больше нет (а точнее и не существовало) в базе данных.

Если первые две ситуации вполне безобидные, то две последние (особенно четвертая) не оправданы ни с позиции логики, ни с позиции здравого смысла.

Выделяют два класса параллельности. Первый класс применим в отношении доступа к базе данных на чтение (Select) и называется уровнем изоляции. Второй класс параллельности распространим на операции, модифицирующие базу данных (Insert, Delete, Update).

5.1. Уровни изоляции

Уровень изоляции представляет собой степень изолированности программы от параллельных действий со стороны других программ. Informix-Online предоставляет четыре уровня изоляции:

  • Dirty Read (грязное чтение);

  • Committed Read (подтвержденное чтение);

  • Cursor Stability (чтение по установленному курсору);

  • Repeatable Read (повторяемое чтение).

Уровень изоляции Dirty Read

Простейший уровень изоляции Dirty Read (грязное чтение)

Set isolation to dirty read

фактически означает отсутствие какой-либо изоляции. Когда программа выбирает строку, она не устанавливает никаких блокировок и просто копирует строки из базы данных, не обращая внимания на то, что делают другие программы.

Если программа, использующая уровень изоляции Dirty Read, считает обновленные строки до того, как обновляющая программа завершит свою транзакцию, а обновляющая программа впоследствии аннулирует ее, то это будет означать, что читающая программа обработала данные, которые никогда не существовали (четвертый эффект параллелизма).

Уровень грязного чтения может быть полезен:

  • когда таблица является постоянной по содержанию и не меняется;

  • не требуется стопроцентная точность воспроизведения, а важна скорость доступа к данным и право владения ими;

  • нет возможности ждать освобождения замков.

Уровень изоляции Committed Read

При использовании уровня изоляции Committed Read (подтвержденное чтение)

Set isolation to committed read

Informix-Online гарантирует, что никогда не вернет строку, не зафиксированную в базе данных. Это предотвращает ситуацию, соответствующую четвертому эффекту параллелизма. Перед выборкой строки сервер проверяет, установил ли обновляющий процесс блокировку этой строки. Поскольку уровень изоляции Committed Read сам не устанавливает блокировки выбранной строки, он почти столь же эффективен, как и уровень Dirty Read. Уровень изоляции Committed Read подходит для использования в тех случаях, когда каждая строка обрабатывается как независимая единица данных без ссылок на другие строки в той же самой или других таблицах и может использоваться:

  • для просмотров;

  • запросов;

  • отчетов, содержащих общую информацию.

Уровень изоляции Cursor Stability

При уровне изоляции стабильное чтение (чтение по установленному курсору)

Set isolation to сursor stability

устанавливается разделяемый замок на каждую строку, когда она выбирается курсором для чтения. Такой замок стоит до тех пор, пока не будет обращения к следующей строке. Если данные выбираются с использованием курсора, то разделяемый курсор сохраняется до выполнения следующего оператора Fetch. На данном уровне изоляции можно не только просматривать подтвержденные строки, но также гарантируется существование строки в то время, когда она просматривается. Никакой процесс не может изменить такую строку (по Update или Delete), пока выполняется ее просмотр. Предложения Select, использующие уровень стабильного чтения, могут быть полезны:

  • для просмотров,

  • запросов,

  • отчетов, содержащих оперативную информацию.

Рассмотрим поведение двух параллельно выполняющихся программ при использовании различных уровней изоляции.

Программа А вставляет новое наименование товара (таблица Stoсk) для некоторого производителя Hero (таблица Manufact). Таблицы связаны между собой по коду производителя. Программа Б намерена удалить производителя Hero и перечень всех товаров, связанных с ним.

Уровень Сursor Stability

Уровень ниже Сursor Stability

1. Программа А находит по курсору из таблицы Manufact строку, соответствующую Hero,

выбирая код производителя и устанавливая совместную блокировку этой строки

1. Программа А находит по курсору из таблицы Manufact строку, соответствующую Hero, выбирая код производителя и не устанавливая никакой блокировки

2. Программа Б пытается выполнить оператор Delete для удаления этой строки. Поскольку для этой строки установлена блокировка, сервер баз данных вынуждает программу Б ожидать

2. Программа Б выполняет оператор Delete для удаления этой строки. Оператор успешно выполняется

3. Программа А вставляет новую строку с товаром в таблицу Stoсk, используя код производителя, полученный из таблицы Manufact

3. Программа Б удаляет все строки из таблицы товаров Stoсk, используя код производителя, полученный из таблицы Manufact

4. Программа А закрывает свой курсор на таблице Manufact, снимая ее блокировку

4. Программа Б завершает свое выполнение

5. Программа Б, заканчивая ожидание, завершает удаление этой строки и приступает к удалению строк из таблицы с товарами Stock,

которые имеют код производителя Hero, включая строку, только что вставленную программой А

5. Программа А, которая не знает, что ее копия строки Hero теперь незаконна, вставляет новую строку в таблицу товаров Stock, используя код удаленного производителя Hero
 

6. Программа А завершает свое выполнение

Уровень изоляции Repeatable Read

Уровень изоляции Repeatable Read

Set isolation to repeatable read

заставляет сервер баз данных устанавливать блокировку каждой строки, которую выбирает программа в рамках транзакции. Данный уровень изоляции позволяет программам использовать скроллирующий курсор для многократного чтения выбранных строк с гарантией того, что в промежутках времени между чтениями эти строки не будут обновлены или удалены, до тех пор пока не будет сделано подтверждение об окончании транзакции.

5.2. Уровни блокирования

Структурные единицы, которые можно блокировать (ставить замки), отличаются размером блокируемых объектов:

  • уровень баз данных;

  • уровень таблиц;

  • уровень страниц;

  • уровень строк.

Блокировка на уровне базы данных открывает базу данных в режиме исключающего доступа, предотвращает доступ к ней других пользователей и выполняется посредством оператора Database с опцией Exclusive. Это может быть полезным:

  • если выполняется большое число модификаций в отношении многих таблиц;

  • производится архивирование базы данных;

  • изменяется структура базы данных.

Блокировку на уровне таблиц можно использовать с тем, чтобы предотвратить доступ пользователей для модификации таблицы. Такой уровень логично использовать:

  • при необходимости устранить конфликты между пользователями при выполнении пакетных операций, которые воздействуют на большинство или на все строки таблицы;

  • необходимости запрещенияния операций пользователей по модификации таблицы на некотором интервале времени;

  • необходимости предотвращения доступа к таблице, когда изменяется ее структура или создаются индексы.

В каждый момент времени на таблицу можно поставить только один замок, и если какой-либо пользователь блокирует таблицу, то другие пользователи не могут блокировать ту же таблицу, пока первый пользователь не разблокирут ее.

Если таблица блокирована в разделяемом режиме оператором Lock table с опцией In Share mode, то остальные пользователи будут иметь доступ на чтение в отношение таблицы (выполнять операторы Select), но не смогут выполнять операторы Delete и Update в отношении строк таблицы или Alter в отношении таблицы.

При необходимости предотвратить любую форму доступа к таблице со стороны других пользователей необходимо выполнить блокировку таблицы в режиме исключающего доступа (Lock table с опцией In Exclusive mode).

Informix-Online хранит данные в единицах памяти, называемых дисковыми страницами. Дисковая страница содержит одну или несколько строк.

При создании таблицы производится выбор уровня блокировки, который используется при доступе к любой строке данных. На уровне блокировки страниц (Create table . . . lock mode page) будет блокирована вся страница независимо от того, сколько необходимо реально блокировать строк в ее составе. На уровне блокировки строк (Create table . . . lock mode row) будет блокирована только требуемая строка.

Блокировка на уровне страниц полезна, когда в транзакции выполняется обработка строк в соответствии с индексами таблицы или в соответствии с физическим расположением строк в таблице. Блокировка на уровне строк полезна, когда порядок обработки строк непредсказуем. На уровне блокировки страниц требуется меньше ресурсов, но при этом сужается уровень параллелизма. Если замок ставится на страницу, которая содержит много строк, а другим процессам необходимы данные из той же таблицы, доступ к ним делается невозможным.