第 9章 网络数据管理 1
第 9章 网络数据管理
9.1 网络数据库的并发控制
9.2 网络数据库的安全机制
9.3 网络数据库的访问控制
9.4 网络数据存储
9.5 网络环境下数据备份与恢复
9.6 Web数据管理
第 9章 网络数据管理 2
9.1 网络数据库的并发控制
9.1.1 事务
9.1.2 并发控制的必要性
9.1.3 基于锁的并发控制技术
9.1.4 其它并发控制技术
第 9章 网络数据管理 3
9.1.1 事务
并发控制 是指在网络环境下对数据库的并发操作进行
规范的机制。
并发控制的作用 主要是协调同一时间访问同一数据库
文件的多个事务之间的关系，防止这些事务之间发生冲突。
事务 （ transaction）是数据库的逻辑工作单元，它是
一组对数据的操作序列。事务是并发控制的基本单位。
事务具有以下四个基本特性：
? 原子性
? 一致性
? 隔离性
? 持续性
第 9章 网络数据管理 4
9.1.2 并发控制的必要性
数据库并发操作导致数据不一致性的三种情况：
1,丢失更新
当两个事务 T1和 T2读入同一数据，并发执行修改操作时，
T2把 T1或 T1把 T2的修改结果覆盖掉，造成了数据的 丢失更
新 （ lost update）问题，导致数据的不一致。它是由于两个
事务对同一数据并发写入引起的，称为写－写冲突。
第 9章 网络数据管理 5
9.1.2 并发控制的必要性
2,脏读
事务 T2读取了 T1更新后的数据 R，其后 T1由于某种原因
撤销修改，数据 R恢复原值，导致 T2得到的数据与数据库的
内容不一致。这种由于一个事务读取另一个更新事务尚未提
交的数据引起的不一致问题，被称为 脏读 （ dirty read）。
3,不可重读
事务 T1读取数据 R后,T2读取并更新了 R，当 T1再次读
取 R时，得到的两次读取值不一致，这种现象被称为 不可重
读 （ unrepeatable read）。
第 9章 网络数据管理 6
9.1.3 基于锁的并发控制技术
基于锁的并发控制是 事务对数据操作前必须获得对该数
据的锁，完成操作后在适当时候释放锁，而得不到锁的事务
处于等待状态。
锁 是数据项上的并发控制标志，它 有两种类型：
? 共享锁（ Shared Lock，简称 S锁）
? 排它锁（ Exclusive Lock，简称 X锁）
第 9章 网络数据管理 7
9.1.3 基于锁的并发控制技术
1,封锁协议
系统中的事务在加锁和释放锁时，都必须遵守一组规则，
这组规则称为 封锁协议 。
? 一级封锁协议
一级封锁协议 是事务在修改数据 R之前必须对其加 X锁，
直到事务结束，如果未能获得 X锁，则该事务进入等待状态，
直至获得 X锁才能执行。
? 二级封锁协议
二级封锁协议 是在一级封锁协议的基础上，规定事务在
读取数据 R之前必须对其加 S锁，读完后释放 S锁。
第 9章 网络数据管理 8
9.1.3 基于锁的并发控制技术
? 三级封锁协议
三级封锁协议 是在一级封锁协议的基础上，规定事务在
读取数据 R之前必须对其加 S锁，读完后并不释放 S锁，直到
整个事务结束后才释放。
2,封锁粒度
封锁粒度 是指封锁的数据对象的大小。
封锁粒度与系统的并发度和并发控制的开销密切相关。
封锁粒度越小，并发度越高，并发控制的系统开销也就越大。
反之，封锁粒度越大，并发度越低，并发控制的系统开销也
就越小。
第 9章 网络数据管理 9
9.1.3 基于锁的并发控制技术
3,死锁
如果一个事务申请锁未成功，则须等待其它事务释放锁，
这就形成了事务之间的等待关系。当事务中出现循环等待时，
如果不加干预，就会一直等待下去，这种状态称为 死锁 。
（ 1）死锁的检测和处理
死锁检测的方法一般有以下两种：
? 超时法
? 等待图法
第 9章 网络数据管理 10
9.1.3 基于锁的并发控制技术
数据库管理系统对死锁一般采用如下策略：
? 在循环等待的事务中，选择一个事务作为牺牲者，
给其他事务“让路”。
? 回滚牺牲的事务，释放其获得的锁即其他资源。
? 将释放的锁让给等待它的事务。
选取牺牲事务的方法有以下几种：
? 选择最迟交付的事务作为牺牲者。
? 选择获得锁最少的事务作为牺牲者。
? 选择回滚代价最小的事务作为牺牲者。
第 9章 网络数据管理 11
9.1.3 基于锁的并发控制技术
（ 2）死锁的预防
数据库系统中预防死锁常用的方法有以下两种：
? 一次加锁法
一次加锁法是在事务执行前，对要使用的所有
数据对象一次加锁并要求加锁成功，只要一个加锁
不成功，即表示本次加锁失败，立即释放所有加锁
成功的数据对象，然后重新开始加锁。
? 顺序加锁法
顺序加锁法是对所有可能封锁的数据对象按序
编号，规定一个加锁顺序，每个事务都按此顺序加
锁，释放时则按逆序进行。
第 9章 网络数据管理 12
9.1.4 其它并发控制技术
1,基于时间戳的并发控制技术
为了区别事务开始执行的先后，每个事务在开始执行时，
都由系统赋予一个唯一的、随时间增长的整数，称为 时间戳
（ TS,Time Stamp）。
基于时间戳的并发控制是 按时间戳的顺序对冲突进行处
理，使一组事务的交叉执行等价于一个由时间戳确定的串行
序列，其目的是保证冲突的读操作和写操作按照时间戳的顺
序执行。
第 9章 网络数据管理 13
9.1.4 其它并发控制技术
基于时间戳的并发控制遵循以下准则：
? 事务开始时，赋予事务一个时间戳。
? 事务的每个读操作或写操作都带有该事务的时间戳。
? 对每个数据项 R，最后一次读该数据项的时间戳值为 RTM
（ R），最后一次写该数据项的时间戳值为 WTM（ R）。
? 当事务对数据项 R请求读操作时，设该读操作的时间戳为
TS，如果 TS<WTM（ R）则拒绝该读操作，事务回滚，并
用新的时间戳重新启动该事务，否则执行读操作，若原
RTM（ R） <TS，则更新 RTM（ R）为 TS。
? 当事务对数据项 R请求写操作时，设该写操作的时间戳为
TS，如果 TS<RTM（ R）或 TS<WTM（ R）则拒绝该写操
作，事务回滚，并用新的时间戳重新启动该事务，否则执
行写操作并把 WTM（ R）置为 TS。
第 9章 网络数据管理 14
9.1.4 其它并发控制技术
2,基于版本的并发控制技术
基于版本的并发控制方法是将版本管理引入到数据库应
用中。 数据库版本 是数据库的一个视图，它反映了数据库在
某种情况下的数据存储情况。 多用户版本 是指同一数据库在
一次完整的设计过程中，对不同用户及同一用户在此过程中
的不同时刻的多个数据视图。
在应用开始时，每个应用将初始数据读至自己的工作区，
形成该任务的初始版本。在任务的执行过程中，每一应用在
自己的工作区内对数据进行操作，利用版本来记录每次操作
的结果。由于操作是在各自的工作区内完成，所以可以并行
进行，互不干扰。各任务结束后，将各任务的最终版本进行
合并。
第 9章 网络数据管理 15
9.1.4 其它并发控制技术
3．基于事务类的并发控制技术
利用存储过程来访问数据库，假设每个存储过程属于一
个互不相交的 冲突类 。一个冲突类里的过程仅存取数据库中
的某一特定部分，而不同的冲突类则工作在数据库的不同部
分。
对每一个冲突类 C均存在一个先进先出（ FIFO,First In
First Out）的类队列（ CQ,Class Queue）。当一个事务 T
开始且 T∈ C,T被加入到 CQ中。若 T是队列 CQ中唯一的事
务，则 T将被提交给数据管理器去执行；若在队列 CQ中还有
其它的事务，则 T等待。当一个事务成为队列中的第一个事
务并提交后，则从相应的队列中移出该事务，队列中下一个
在等待的事务被提交执行。
第 9章 网络数据管理
9.1 网络数据库的并发控制
9.2 网络数据库的安全机制
9.3 网络数据库的访问控制
9.4 网络数据存储
9.5 网络环境下数据备份与恢复
9.6 Web数据管理
第 9章 网络数据管理 2
9.1 网络数据库的并发控制
9.1.1 事务
9.1.2 并发控制的必要性
9.1.3 基于锁的并发控制技术
9.1.4 其它并发控制技术
第 9章 网络数据管理 3
9.1.1 事务
并发控制 是指在网络环境下对数据库的并发操作进行
规范的机制。
并发控制的作用 主要是协调同一时间访问同一数据库
文件的多个事务之间的关系，防止这些事务之间发生冲突。
事务 （ transaction）是数据库的逻辑工作单元，它是
一组对数据的操作序列。事务是并发控制的基本单位。
事务具有以下四个基本特性：
? 原子性
? 一致性
? 隔离性
? 持续性
第 9章 网络数据管理 4
9.1.2 并发控制的必要性
数据库并发操作导致数据不一致性的三种情况：
1,丢失更新
当两个事务 T1和 T2读入同一数据，并发执行修改操作时，
T2把 T1或 T1把 T2的修改结果覆盖掉，造成了数据的 丢失更
新 （ lost update）问题，导致数据的不一致。它是由于两个
事务对同一数据并发写入引起的，称为写－写冲突。
第 9章 网络数据管理 5
9.1.2 并发控制的必要性
2,脏读
事务 T2读取了 T1更新后的数据 R，其后 T1由于某种原因
撤销修改，数据 R恢复原值，导致 T2得到的数据与数据库的
内容不一致。这种由于一个事务读取另一个更新事务尚未提
交的数据引起的不一致问题，被称为 脏读 （ dirty read）。
3,不可重读
事务 T1读取数据 R后,T2读取并更新了 R，当 T1再次读
取 R时，得到的两次读取值不一致，这种现象被称为 不可重
读 （ unrepeatable read）。
第 9章 网络数据管理 6
9.1.3 基于锁的并发控制技术
基于锁的并发控制是 事务对数据操作前必须获得对该数
据的锁，完成操作后在适当时候释放锁，而得不到锁的事务
处于等待状态。
锁 是数据项上的并发控制标志，它 有两种类型：
? 共享锁（ Shared Lock，简称 S锁）
? 排它锁（ Exclusive Lock，简称 X锁）
第 9章 网络数据管理 7
9.1.3 基于锁的并发控制技术
1,封锁协议
系统中的事务在加锁和释放锁时，都必须遵守一组规则，
这组规则称为 封锁协议 。
? 一级封锁协议
一级封锁协议 是事务在修改数据 R之前必须对其加 X锁，
直到事务结束，如果未能获得 X锁，则该事务进入等待状态，
直至获得 X锁才能执行。
? 二级封锁协议
二级封锁协议 是在一级封锁协议的基础上，规定事务在
读取数据 R之前必须对其加 S锁，读完后释放 S锁。
第 9章 网络数据管理 8
9.1.3 基于锁的并发控制技术
? 三级封锁协议
三级封锁协议 是在一级封锁协议的基础上，规定事务在
读取数据 R之前必须对其加 S锁，读完后并不释放 S锁，直到
整个事务结束后才释放。
2,封锁粒度
封锁粒度 是指封锁的数据对象的大小。
封锁粒度与系统的并发度和并发控制的开销密切相关。
封锁粒度越小，并发度越高，并发控制的系统开销也就越大。
反之，封锁粒度越大，并发度越低，并发控制的系统开销也
就越小。
第 9章 网络数据管理 9
9.1.3 基于锁的并发控制技术
3,死锁
如果一个事务申请锁未成功，则须等待其它事务释放锁，
这就形成了事务之间的等待关系。当事务中出现循环等待时，
如果不加干预，就会一直等待下去，这种状态称为 死锁 。
（ 1）死锁的检测和处理
死锁检测的方法一般有以下两种：
? 超时法
? 等待图法
第 9章 网络数据管理 10
9.1.3 基于锁的并发控制技术
数据库管理系统对死锁一般采用如下策略：
? 在循环等待的事务中，选择一个事务作为牺牲者，
给其他事务“让路”。
? 回滚牺牲的事务，释放其获得的锁即其他资源。
? 将释放的锁让给等待它的事务。
选取牺牲事务的方法有以下几种：
? 选择最迟交付的事务作为牺牲者。
? 选择获得锁最少的事务作为牺牲者。
? 选择回滚代价最小的事务作为牺牲者。
第 9章 网络数据管理 11
9.1.3 基于锁的并发控制技术
（ 2）死锁的预防
数据库系统中预防死锁常用的方法有以下两种：
? 一次加锁法
一次加锁法是在事务执行前，对要使用的所有
数据对象一次加锁并要求加锁成功，只要一个加锁
不成功，即表示本次加锁失败，立即释放所有加锁
成功的数据对象，然后重新开始加锁。
? 顺序加锁法
顺序加锁法是对所有可能封锁的数据对象按序
编号，规定一个加锁顺序，每个事务都按此顺序加
锁，释放时则按逆序进行。
第 9章 网络数据管理 12
9.1.4 其它并发控制技术
1,基于时间戳的并发控制技术
为了区别事务开始执行的先后，每个事务在开始执行时，
都由系统赋予一个唯一的、随时间增长的整数，称为 时间戳
（ TS,Time Stamp）。
基于时间戳的并发控制是 按时间戳的顺序对冲突进行处
理，使一组事务的交叉执行等价于一个由时间戳确定的串行
序列，其目的是保证冲突的读操作和写操作按照时间戳的顺
序执行。
第 9章 网络数据管理 13
9.1.4 其它并发控制技术
基于时间戳的并发控制遵循以下准则：
? 事务开始时，赋予事务一个时间戳。
? 事务的每个读操作或写操作都带有该事务的时间戳。
? 对每个数据项 R，最后一次读该数据项的时间戳值为 RTM
（ R），最后一次写该数据项的时间戳值为 WTM（ R）。
? 当事务对数据项 R请求读操作时，设该读操作的时间戳为
TS，如果 TS<WTM（ R）则拒绝该读操作，事务回滚，并
用新的时间戳重新启动该事务，否则执行读操作，若原
RTM（ R） <TS，则更新 RTM（ R）为 TS。
? 当事务对数据项 R请求写操作时，设该写操作的时间戳为
TS，如果 TS<RTM（ R）或 TS<WTM（ R）则拒绝该写操
作，事务回滚，并用新的时间戳重新启动该事务，否则执
行写操作并把 WTM（ R）置为 TS。
第 9章 网络数据管理 14
9.1.4 其它并发控制技术
2,基于版本的并发控制技术
基于版本的并发控制方法是将版本管理引入到数据库应
用中。 数据库版本 是数据库的一个视图，它反映了数据库在
某种情况下的数据存储情况。 多用户版本 是指同一数据库在
一次完整的设计过程中，对不同用户及同一用户在此过程中
的不同时刻的多个数据视图。
在应用开始时，每个应用将初始数据读至自己的工作区，
形成该任务的初始版本。在任务的执行过程中，每一应用在
自己的工作区内对数据进行操作，利用版本来记录每次操作
的结果。由于操作是在各自的工作区内完成，所以可以并行
进行，互不干扰。各任务结束后，将各任务的最终版本进行
合并。
第 9章 网络数据管理 15
9.1.4 其它并发控制技术
3．基于事务类的并发控制技术
利用存储过程来访问数据库，假设每个存储过程属于一
个互不相交的 冲突类 。一个冲突类里的过程仅存取数据库中
的某一特定部分，而不同的冲突类则工作在数据库的不同部
分。
对每一个冲突类 C均存在一个先进先出（ FIFO,First In
First Out）的类队列（ CQ,Class Queue）。当一个事务 T
开始且 T∈ C,T被加入到 CQ中。若 T是队列 CQ中唯一的事
务，则 T将被提交给数据管理器去执行；若在队列 CQ中还有
其它的事务，则 T等待。当一个事务成为队列中的第一个事
务并提交后，则从相应的队列中移出该事务，队列中下一个
在等待的事务被提交执行。
