[每天五分钟，备战架构师-10]数据库系统

事务管理

事务是数据库系统运行的基本工作单位，相当于操作系统中的进程，事务具有ACID特性。从用户的角度来看，事务中的操作要么都做，要么都不做。

• 原子性 Atomicity
• 一致性 Consistency
• 隔离性 Isolation，表示不能被其他事务干扰
• 持久性 Durability，一旦提交改变就是永久性的

处理并发控制 Concurrency

多个用户对同一数据进行并发操作时，如果没有控制，可能会产生丢失更新、读到过时的数据（不一致分析问题）、读到脏数据（依赖于未提交更新的问题）的情况。并发控制的主要方法是采用封锁技术，有两种类型：排他型封锁、共享型封锁。

• 排他型封锁（简称X封锁）。如果事务T对数据A实现了X封锁，那么只允许T读取修改数据A，其他事务需等T解除X封锁后，才能进行后续动作。
• 共享型封锁（简称S封锁）。X封锁要求太严，于是产生S封锁。如果事务T对数据A实现了S封锁，那么允许事务T读取数据A，但不能修改数据A，在所有S封锁解前不允许任何事务

处理并行控制 Parallelism

并行控制主要通过封锁协议来进行处理。

• 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R之前先对其加S锁，直到事务结束才释放。
• 两段锁协议。所有事务必须分两个阶段对数据项加锁和解锁。

死锁问题

采用封锁方法可以防止数据不一致，但是会带来死锁问题。死锁的避免一般有预防法和解除法。

故障与恢复

数据库的故障主要分为4类：

• 事务故障。事务未能正常终止被撤销的情况。
• 系统故障。事务以非正常方式终止的情况，此时内存信息丢失。
• 介质故障。物理存储介质的故障，可能性虽低，但破坏性大。
• 计算机病毒。

针对不同的故障，可以采用不同的恢复策略：

• 事务故障恢复。应对未完成事务进行撤销，系统自动完成恢复。
• 系统故障恢复。数据库根据日志，在重新启动时对事务进行撤销，对重做队列事务进行重做。
• 介质故障恢复需要依赖备份的副本，将数据库恢复到最近一次备份时的状态，会丢失数据。
• 具有检查点的恢复技术。
  大型数据库系统，例如Oracle提供了安全机制保证，但是小型的数据库并非都有相应的功能，有时需要人工辅助，保证数据库的安全和恢复。

备份与恢复

为应对数据库损坏的可能性，需要指定合适的备份和恢复计划。备份计划制定的原则包括：

• 保证数据丢失得尽量少或完全不丢失
• 备份和恢复时间尽量短，保证系统最大得可用性

根据备份内容，分为物理备份和逻辑备份。根据效率，分为完全、增量、累积三种备份方式。

分布式数据库

概念

分布式数据库系统是相对于集中系统而言的，确切的含义是通过数据库技术与网络技术相结合，由一组数据组成，这组数据分布在计算机网络的不同计算机上，网络中的每个节点具有独立处理的能力，成为场地自治，它可以执行局部应用，同时，每个节点也能通过网络通信子系统执行全局应用。

负责分布式数据库的建立、查询、更新、复制、管理和维护的软件，称为分布式数据库管理系统（Distributed Database Management System，DDBMS）。

分布式数据库系统具有以下几个特点：

1. 数据的分布性
2. 统一性。表现在数据逻辑上的统一性和数据管理上的统一性。
3. 透明性，用户无须关心数据存放的位置。

体系机构

分布式数据库系统的模式有6个层次：

1. 全局外模式，是全局应用的用户视图
2. 全局概念模式，定义分布式数据库中数据的整体逻辑结构
3. 分片模式
4. 分布模式
5. 局部概念模式
6. 局部内模式，类似于集中式数据库系统中的内模式

并行数据库系统

对比互联网领域的技术发展路径来看，目前基本上看不到并行数据库系统使用的场景。教材中提到的Sequent系统在网上也是资料寥寥，建议可以直接略过这一节了。但是后面提到的并行处理技术，可能和目前的大数据处理、人工智能平台有结合点，感兴趣的可以自己研究下。

数据仓库

数据仓库的概念：Data Warehouse 是一个面向主题的、集成的、相对稳定的、且随时间变化的数据集合，用于支持管理决策。

数据仓库的结构包括：

• 数据源
• 数据的存储与管理
• OLAP服务器
• 前端工具，主要包括各种报表工具、查询工具、数据分析工具、数据挖掘工具等

参考资料

1. 并发与并行的区别
2. Sequence database
3. Sequent Computer Systems