目录

数据库事务

事务模型

原子性 

一致性

隔离性 

持久性

磁盘写入以保持一致性

循环冗余校验 (CRC) 生成

使用 CRC 检查有效性

继续交易模型

FLAT 事务

嵌套事务

事务处理(TP)监视器

TP 监控服务

TP进程结构

数据库事务

事务 - 数据库中的工作单元
- 交易中可以包含任意数量和类型的操作
- 要么整体发生要么不发生
- 事务最好有四个属性，通常称为 ACID 属性

事务模型

ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）属性：

原子性 

对数据的所有更改都像单个操作一样执行。 即，执行所有更改，或者不执行任何更改。

示例 :

一笔交易 (i) 如果余额 >100，则减去 100 美元 (ii) 将 100 美元存入另一个账户

（两个动作要么一起发生，要么都不发生）

一致性

数据在交易开始和结束时处于“一致”状态——换句话说，写入数据库的任何数据必须根据所有定义的规则有效（例如，没有重复的学生 ID，没有负的资金转移， 等等。）

• 什么是“一致” - 取决于应用程序和上下文约束
• 一般不容易计算
• 只能保证受限类型的一致性，例如 可序列化的事务将在后面讨论。

隔离性 

事务被执行，就好像它是系统中唯一的事务一样。

• 例如，在将资金从一个帐户转移到另一个帐户的应用程序中，隔离可确保另一笔交易在一个帐户或另一个帐户中看到转移的资金，但不会在两个帐户中看到，也不在任何一个帐户中。

持久性

系统应该容忍系统故障，并且任何提交的更新都不应该丢失。

磁盘写入以保持一致性

要么整个块被正确写入磁盘，要么块的内容不变。 为了实现磁盘写入一致性，我们可以这样做 :

双工写：

• 每个数据块顺序写入两个地方
• 如果其中一个写入失败，系统可以发出另一个写入
• 每个块都与一个版本号相关联。 具有最新版本号的块包含最新数据。
• 读取时 - 我们可以通过其 CRC(循环冗余校验后面讲) 来确定磁盘块的错误。
• 它始终保证至少一个块具有一致的数据。

记录写入 

类似于双工写入，除了其中一个写入到日志中。 如果对块的更改很小，则此方法非常有效。 我们将在本主题的后面讨论一种有效的方法。

循环冗余校验 (CRC) 生成

通信中或磁盘上的大多数错误都是连续发生的，这在本质上是突发的。 CRC生成器可以检测长度小于或等于32位的所有突发错误； 长度为 33 的 100 亿个突发错误中有 5 个将无法检测到； 100 亿个长度为 34 或更长的突发错误中有 3 个将无法检测到。

接下来举个例子吧

CRC多项式：+ x + 1.

计算 n 位二进制 CRC:

1. 在输入位的右侧添加 n 个零位作为“填充”。

Input: 110100111

01100

11010011101100 000 <--- 输入左移 3 位填充,也就是在最右边填充3个0，为什么是3个，因为CRC多项式最高阶是3

2. 计算表示 CRC 除数的 (n + 1) 位模式（称为“多项式”）

在以下示例中，我们将使用 3 位 CRC 对 14 位消息进行编码，多项式为  + x + 1。多项式以二进制形式写入系数； 三阶多项式有 4 个系数 (1* + 0* +1*x + 1)。 在这种情况下，系数为 1、0、1 和 1。

3. 将表示 CRC 除数的 (n + 1) 位模式放置在输入位的左侧下方。

11010011101100 000 <--- 输入右填充 3 位
1011 <--- 除数（4 位）= x³ + x + 1

4. 算法作用于每一步中除数正上方的位。

- 每次迭代的结果是多项式除数与其上方位的按位异或。
- 不高于除数的位被简单地直接复制到该步骤的下方。
- 然后将除数右移一位（或移到被除数中的下一个 1 对齐），并重复该过程直到输入消息的位变为零。 以下是整个计算：

11010011101100 000 <--- 输入左移 3 位
1011 <--- 除数
01100011101100 000 <--- 结果
 1011 <--- 除数...
00111011101100 000
  1011
00010111101100 000
   1011
00000001101100 000
       1011
00000000110100 000
        1011
00000000011000 000
         1011
00000000001110 000
          1011
00000000000101 000
           101 1
-----------------
00000000000000 100 <---余数（3位）

除法算法在此停止，因为被除数为零。余数 100 将是 CRC 函数的值

使用 CRC 检查有效性

通过再次执行上述计算，可以很容易地验证接收到的消息的有效性，这次添加校验值而不是零。 如果没有可检测的错误，余数应为零。

11010011101100 100 <--- 输入CRC
1011 <--- 除数
01100011101100 100 <--- 结果
 1011 <--- 除数...
00111011101100 100
……
00000000001110 100
          1011
00000000000101 100
           101 1
------------------
0 <--- 余数

继续交易模型

动作类型
- 未受保护的操作 - 没有 ACID 属性
- 受保护的动作——这些动作在完全完成之前不会被外部化。 这些操作是受控的，如果需要可以回滚。 这些具有 ACID 属性。
- 真实动作 - 这些是一旦执行就无法撤消的真实物理动作。 在许多情况下，原子性在实际动作中是不可能的（例如，将两枚火箭作为单个原子动作发射）

FLAT 事务

BEGIN WORK 和 COMMIT WORK 中的所有内容都处于同一级别； 也就是说，事务要么与其他所有内容一起生存（提交），要么与其他所有内容一起回滚（中止）

限制

平面(FLAT)事务并没有为许多实际应用程序建模。

举个例子说明

机票预订
开始工作
S1：预订从墨尔本到新加坡的航班
S2：预订从新加坡飞往伦敦的航班
S3：预订从伦敦到都柏林的航班
结束工作

问题：从都柏林如果我们无法到达最终目的地，我们希望从新加坡飞往巴黎，然后到达我们的最终目的地。
如果我们回滚，我们需要重新预订从墨尔本到新加坡的机票，这是一种浪费。

也就是说，真实中这可能是一个运行时间很长的事务。 任何事务或交易失败都需要大量不必要的计算。

带保存点的平面事务可以缓解(这里不多讨论)

嵌套事务

规则

提交规则
- 子事务可以提交或中止，但是，除非父事务本身提交，否则无法进行提交。
- 子事务具有 A、C 和 I 属性，但没有 D 属性，除非其所有祖先都提交。
- 子事务的提交使其结果仅对其父事务可用。

回滚规则
如果事务回滚，则其所有子事务都将被迫回滚。

可见性规则
只有当子事务提交时，子事务所做的更改才对父事务可见。 父对象的所有对象对其子对象都是可见的。 这意味着当孩子正在访问对象时，父母不应修改对象。 这不是问题，因为父级不会与其子级并行运行。

事务处理(TP)监视器

TP 监视器的主要功能是集成其他系统组件和管理资源。

- TP 监视器管理客户端和服务器之间的数据传输
- 将应用程序或代码分解为事务并确保所有数据库都正确更新
- 如果发生任何错误，它也会采取适当的措施

TP 监控服务

异构性：如果应用程序需要访问不同的 DB 系统，单个 DB 系统的本地 ACID 属性是不够的。 本地 TP 监视器需要与其他 TP 监视器交互以确保整体 ACID 属性。 为此必须采用一种形式的 2 阶段提交协议（之后将讨论）。

控制通信：如果应用程序与其他远程进程通信，本地 TP 监视器应该维护进程之间的通信状态，以便能够从崩溃中恢复。

终端管理：由于许多终端运行客户端软件，因此 TP 监视器应在客户端和服务器进程之间提供适当的 ACID 属性。

演示服务：这类似于终端管理，因为它必须处理不同的演示（用户界面）软件——例如 X-windows

上下文管理：例如 维护会话等。

启动/重启：在基于 TP 的系统中启动和重启没有区别。

TP进程结构

术语
终端（客户端）希望应用服务器执行某些功能，而应用服务器又需要来自数据库的一些数据。
对于每个终端，都必须有一个进程，最终得到输入，理解函数请求，并确保函数得到执行（或执行函数本身）。

1、每个终端一个进程执行所有可能的请求，如下图

这个问题在于实在太昂贵了，终端一多的话。

2、一个进程执行所有终端的所有可能请求。

这种实现模型可能会出现以下问题：
调度导致的上下文切换会导致响应不佳；
单个大程序要处理各种终端。

3、多个通信进程和服务器

以上就是今天的关于事务的部分，后续还会继续深入讲解。辛苦大家观看，有问题随时评论交流哈，随时欢迎！