Streszczenie Transakcje bazodanowe, SQL i architektury

## Wprowadzenie Transakcje są podstawową jednostką pracy z relacyjną bazą danych. Służą do zapewnienia spójności danych przy jednoczesnym dostępie wielu użytkowników oraz w przypadku możliwych błędów systemu. Niniejszy materiał podsumowuje pojęcia, właściwości transakcji, zachowanie w środowisku rozproszonym, protokoły zatwierdzania, odzyskiwanie po awarii oraz synchronizację. > Definicja: Transakcja to sekwencja logicznie powiązanych operacji, które muszą zostać wykonane albo wszystkie, albo żadna; przenosi bazę danych z jednego spójnego stanu do drugiego. ## Właściwości transakcji (ACID i inne) ### Atomowość - Cała sekwencja operacji jest traktowana jako jedna logiczna jednostka. Albo wszystkie operacje zostaną wykonane, albo wszystkie zmiany zostaną wycofane (ROLLBACK). > Definicja: Atomowość oznacza, że transakcja jest niepodzielna; nieukończone zmiany muszą zostać wycofane. ### Izolowana odwracalność (izolacja + brak kaskadowego wycofywania) - Wycofanie jednej transakcji nie może negatywnie wpływać na inne transakcje. W przeciwnym razie może dojść do kaskadowego wycofania (cascading rollback). > Definicja: Izolowana odwracalność zapewnia, że nieukończone zmiany nie są widoczne dla innych transakcji. ### Trwałość - Raz zatwierdzone (COMMIT) zmiany są trwale zapisywane i nie mogą zostać utracone. > Definicja: Trwałość oznacza, że po operacji COMMIT zmiany są trwale zapisywane w pamięci masowej. ### Uporządkowalność (serializowalność) - Wynik równoległego wykonywania transakcji musi odpowiadać pewnemu szeregowemu (sekwencyjnemu) wykonaniu tych transakcji. > Definicja: Serializowalność = możliwość odtworzenia wyniku równoległego przebiegu jako wyniku pewnego szeregowego harmonogramu. ## Transakcje lokalne vs. globalne (rozproszone) - **Transakcja lokalna** odwołuje się tylko do danych na jednym węźle. - **Transakcja globalna (rozproszona)** wykracza poza granice jednego węzła i składa się z cząstkowych transakcji lokalnych na różnych węzłach. > Definicja: Transakcja globalna to transakcja, która koordynuje wiele transakcji lokalnych między węzłami. ## Rozproszony system baz danych — podstawowe zasady - Baza danych jest fragmentowana i alokowana na wielu węzłach z połączeniami komunikacyjnymi. - Transakcja globalna rozpoczyna się na węźle pierwotnym (koordynującym) i rozpada się na podtransakcje. - Transakcja pierwotna (koordynator) zarządza podziałem, zbieraniem odpowiedzi oraz ostateczną decyzją (COMMIT/ABORT). ### Komponenty na węźle (przegląd) - Program aplikacyjny - Moduł zarządzania transakcjami (logika koordynacji) - Moduł komunikacyjny - Moduły zarządzania danymi (lokalny DBMS) - System operacyjny, sprzęt > Definicja: Moduł zarządzania transakcjami przetwarza żądania, dzieli transakcję globalną, zbiera podwyniki i konstruuje ostateczną odpowiedź. ## Dwufazowy protokół zatwierdzania (2PC) Cel: zapewnić atomowe zatwierdzenie globalnej transakcji w środowisku rozproszonym. ### Faza 1 — głosowanie (voting / prepare) 1. Koordynator prosi wszystkie podtransakcje, aby osiągnęły punkt, w którym mogą oświadczyć, czy są gotowe do ZATWIERDZENIA (RC - ready to commit). 2. Każda podtransakcja wykonuje lokalne przygotowanie i odpowiada: RC (ready / prepared) lub ABORT. - Po RC lokalny węzeł nie udostępnia jeszcze zmian innym transakcjom. ### Faza 2 — zatwierdzanie/anulowanie (commit/abort) 1. Jeśli wszystkie odpowiedzi to RC, koordynator wysyła globalny COMMIT, a podtransakcje wykonują swoje lokalne zatwierdzenie (a zmiany stają się widoczne). 2. Jeśli co najmniej jedna odpowiedź to ABORT lub ktoś nie osiągnie RC w limicie czasu, koordynator wysyła globalny ABORT i wszystkie podtransakcje zostają wycofane. > Definicja: 2PC zapewnia, że wszystkie zaangażowane węzły dochodzą do tej samej decyzji COMMIT lub ABORT. ### Błędy i limity czasu (timeouts) Możliwe sytuacje i rozwiązania: - Nie można zainicjować podtransakcji -> koordynator próbuje z innym węzłem lub wysyła ABORT do wszystkich. - Brakująca wiadomość RC -> koordyn