数据库系统概论CH部分习题解答Word格式.doc

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封锁粒度的概念；

多粒度封锁方法；

多粒度封锁协议的相容控制矩阵。

③需要举一反三的:

封锁协议与数据一致性的关系；

并发调度的可串行性概念；

两段锁协议与可串行性的关系；

两段锁协议与死锁的关系。

④难点:

两段锁协议与串行性的关系；

与死锁的关系；

具有意向锁的多粒度封锁方法的封锁过程。

二、习题解答和解析

1.在数据库中为什么要并发控制?

并发控制技术能保证事务的哪些特性？

答

数据库是共享资源，通常有许多个事务同时在运行。

当多个事务并发地存取数据库时就会产生同时读取和/或修改同一数据的情况。

若对并发操作不加控制就可能会存取和存储不正确的数据，破坏事务的一致性和数据库的一致性。

所以数据库管理系统必须提供并发控制机制。

并发控制技术能保证事务的隔离性和一致性。

2.并发操作可能会产生哪几类数据不一致?

用什么方法能避免各种不一致的情况?

答

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。

（1）丢失修改（LostUpdate）

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（覆盖了）T1提交的结果，导致T1的修改被丢失。

（2）不可重复读（Non-RepeatableRead）

不可重复读是指事务T1读取数据后，事务T2执行更新操作，使T1无法再现前一次读取结果。

（3）读“脏”数据（DirtyRead）

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已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。

避免不一致性的方法和技术就是并发控制。

最常用的技术是封锁技术。

也可以用其他技术，例如在分布式数据库系统中可以采用时间戳方法来进行并发控制。

3.什么是封锁?

基本的封锁类型有几种?

试述它们的含义。

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。

加锁后事务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。

封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术。

基本的封锁类型有两种:

排它锁（ExclusiveLocks，简称X锁）和共享锁（ShareLocks，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。

4.如何用封锁机制保证数据的一致性?

DBMS在对数据进行读、写操作之前首先对该数据执行封锁操作，例如下图中事务T1在对A进行修改之前先对A执行Xlock（A），即对A加X锁。

这样，当T2请求对A加X锁时就被拒绝，T2只能等待T1释放A上的锁后才能获得对A的X锁，这时它读到的A是T1更新后的值，再按此新的A值进行运算。

这样就不会丢失T1的更新。

DBMS按照一定的封锁协议，对并发操作进行控制，使得多个并发操作有序地执行，就可以避免丢失修改、不可重复读和读“脏”数据等数据不一致性。

8.什么样的并发调度是正确的调度?

可串行化（Serializable）的调度是正确的调度。

可串行化的调度的定义:

多个事务的并发执行是正确的，当且仅当其结果与按某一次序串行执行它们时的结果相同，称这种调度策略为可串行化的调度。

15.理解并解释下列术语的含义:

封锁、活锁、死锁、排它锁、共享锁、并发事务的调度、可串行化的调度、两段锁协议。

（略，请参考教材解答）

补充习题（参考资料）

16.什么是封锁协议?

不同级别的封锁协议的主要区别是什么?

在运用封锁技术对数据加锁时，要约定一些规则。

例如，在运用X锁和S锁对数据对象加锁时，要约定何时申请X锁或S锁、何时释放封锁等。

这些约定或者规则称为封锁协议（LockingProtocol）。

对封锁方式约定不同的规则，就形成了各种不同的封锁协议。

不同级别的封锁协议的主要区别在于什么操作需要申请封锁，何时申请封锁以及何时释放锁（即持锁时间的长短）。

一级封锁协议:

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。

二级封锁协议:

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。

三级封锁协议:

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。

17.不同封锁协议与系统一致性级别的关系是什么?

不同的封锁协议对应不同的一致性级别。

一级封锁协议可防止丢失修改，并保证事务T是可恢复的。

在一级封锁协议中，对读数据是不加S锁的，所以它不能保证可重复读和不读“脏”数据。

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。

在二级封锁协议中，由于读完数据后立即释放S锁，所以它不能保证可重复读。

在三级封锁协议中，无论是读数据还是写数据都加长锁，即都要到事务结束时才释放封锁。

所以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。

下面的表格清楚地说明了封锁协议与系统一致性的关系。

　X锁

　　　S锁

　　　一致性保证

操作结束释放　

事务结束　释放

操作结束　释放

事务结束释放

不丢失修改

不读“脏”数据

可重复读

一级封锁协议

　　√

　√

二级封锁协议

三级封锁协议

18.什么是活锁?

什么是死锁?

答

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。

活锁的含义是该等待事务等待时间太长，似乎被锁住了，实际上可能被激活。

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已封锁了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。

T1T2

LockR1.

.LockR2

..

LockR2.

等待.

等待LockR1

等待等待

19.试述活锁的产生原因和解决方法。

活锁产生的原因:

当一系列封锁不能按照其先后顺序执行时，就可能导致一些事务无限期等待某个封锁，从而导致活锁。

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一个事务获得锁。

20.请给出预防死锁的若干方法。

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，然后又都请求已被其他事务封锁的数据加锁，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，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；

（2）顺序封锁法，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。

21.请给出检测死锁发生的一种方法，当发生死锁后如何解除死锁?

数据库系统一般采用允许死锁发生，DBMS检测到死锁后加以解除的方法。

DBMS中诊断死锁的方法与操作系统类似，一般使用超时法或事务等待图法。

超时法是:

如果一个事务的等待时间超过了规定的时限，就认为发生了死锁。

超时法实现简单，但有可能误判死锁，事务因其他原因长时间等待超过时限时，系统会误认为发生了死锁。

若时限设置得太长，又不能及时发现死锁发生。

DBMS并发控制子系统检测到死锁后，就要设法解除。

通常采用的方法是选择一个处理死锁代价最小的事务，将其撤消，释放此事务持有的所有锁，使其他事务得以继续运行下去。

当然，对撤销的事务所执行的数据修改操作必须加以恢复。

22.试述两段锁协议的概念。

两段锁协议是指所有事务必须分两个阶段对数据项加锁和解锁。

·

在对任何数据进行读、写操作之前，首先要申请并获得对该数据的封锁；

在释放一个封锁之后，事务不再申请和获得任何其他封锁。

“两段”的含义是，事务分为两个阶段:

第一阶段是获得封锁，也称为扩展阶段，在这阶段，事务可以申请获得任何数据项上的任何类型的锁，但是不能释放任何锁；

第二阶段是释放封锁，也称为收缩阶段，在这阶段，事务释放已经获得的锁，但是不能再申请任何锁。

23.举例说明，对并发事务的一个调度是可串行化的，而这些并发事务不一定遵守两段锁协议。

　　　　T1　　　　　T2

SlockB

读B＝2

Y＝B

　　　UnlockB

XlockA

SlockA

A=Y+1等待

　　　写回A＝3　等待

　　　UnlockA等待

等待

读A＝3

X＝A

UnlockA

XlockB