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Verteilte Transaktionssysteme Wolfgang Bartels. Zulie- ferer Bedürfnisse von E-Commerce-Systemen Verwaltung großer Datenmengen Sicherheit und Konsistenz.

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Präsentation zum Thema: "Verteilte Transaktionssysteme Wolfgang Bartels. Zulie- ferer Bedürfnisse von E-Commerce-Systemen Verwaltung großer Datenmengen Sicherheit und Konsistenz."—  Präsentation transkript:

1 verteilte Transaktionssysteme Wolfgang Bartels

2 Zulie- ferer Bedürfnisse von E-Commerce-Systemen Verwaltung großer Datenmengen Sicherheit und Konsistenz Vertrag Kunde Rech - nung Buch- haltung Lage r Spedi- teure Liefer- schein Bank- konto Bank Bezah- lung

3 Was sollte man nach diesem Vortrag gelernt haben ? Was sind Transaktionen und warum sind sie wichtig ? Welche Probleme entstehen in diesem Kontext und wie werden sie gelöst ? Wo werden Transaktionen eingesetzt ? Welche Produkte arbeiten mit diesem Konzept ?

4 Tagesordnung Grundlagen –Transaktionen Grundbegriffe Concurrency Control –Probleme –Sperrprotokolle –Transaktionen in verteilten Systemen verteilte Transaktionssysteme Das 2-Phasen-Commit-Protokoll Produkte –Datenbanksysteme unter Linux

5 Transaktion Eine Transaktion ist eine Menge von Operationen (z.B. DB- Operationen oder Nachrichten), die folgende Eigenschaften erfüllt : –Atomicity (Atomarität) –Consistency (Konsistenz) –Isolation –Durability (Dauerhaftigkeit) Eine Transaktion wird mit einem BeginTransaction (BeginTA) eingeleitet. Eine erfolgreiche Beendigung einer Transaktion wird mit einem COMMIT abgeschlossen Eine fehlerhafte Beendigung wird mit einem ROLLBACK abgeschlossen

6 Atomicity Es werden entweder alle Operationen der Transaktion ausgeführt oder keine von ihnen (Alles oder Nichts-Prinzip)

7 Consistency (Konsistenz) Die Transaktion ist die Einheit der Datenbankkonsistenz. Nach Beendigung der Transaktion sind alle physischen und logischen Integritätsbedingungen erfüllt. D.h. nach Beendigung der Transaktion befindet sich das System in einem konsistenten Zustand

8 Isolation Die Transaktion wird auch in einem Mehrbenutzerbetrieb so ausgeführt, als würde sie im Einbenutzerbetrieb arbeiten (logischer Einbenutzerbetrieb). Dadurch wird das Ausbleiben unerwünschter Nebeneffekte garantiert !

9 Durability (Dauerhaftigkeit) Die von einer erfolgreich abgeschlossenen Transaktion getätigten Änderungen sind persistent und überleben jeden danach auftretenden Hard- und Softwarefehler.

10 Beispiel für Transaktionen BeginTA Wenn Kontostand1 >= Überweisungsbetrag erhöhe Kontostand1 um den Überweisungsbetrag Wenn Konto2 existiert vermindere Kontostand2 um den Überweisungsbetrag Sonst ROLLBACK COMMIT Eine Banküberweisung von Konto1 auf Konto2:

11 Probleme mit Transaktionen read(Kontostand) Kontostand += 100 Lost-Update-Problem Transaktion1Transaktion2 read(Kontostand) Kontostand += write Kontostand

12 Concurreny Control durch Sperrprotokolle Problem : –überlappende Transaktionen arbeiten auf den gleichen Datensätzen mit Lese- und Schreiboperationen Lösungen –Zeitstempelverfahren –Sperrprotokolle (z.B. 2 Phase Locking Protocol)

13 Sperrprotokolle Eine Sperre ist ein (zeitlich begrenztes) Zugriffsprivileg auf ein Datenobjekt. Es existieren 2 Arten von Sperren Lese- und Schreibsperren. Es sind nur Lesesperren miteinander verträglich Ein Sperrprotokoll beschreibt die Reihenfolge der Sperraktionen, d.h. der Sperranfragen und – freigaben Ein Sperrverwalter ist eine Komponente, die Sperren gemäß dem Sperrprotokoll gewährt, verweigert bzw. aufhebt

14 Das 2-Phasen-Sperrprotokoll Regeln –Ehe eine TA ein Objekt liest, muss es eine Lesesperre darauf besitzen –Ehe eine TA ein Objekt schreibt, muss es eine Schreibsperre besitzen –Fängt eine TA an seine Sperren aufzugeben, kann es keine neuen erhalten (d.h. eine TA hält ihre Sperren bis zu ihrem Ende) –2 TAs können nicht gleichzeitig unverträgliche Sperren auf demselben Objekt halten

15 Grundlagen –Transaktionen Grundbegriffe Concurrency Control –Probleme –Sperrprotokolle –Transaktionen in verteilten Systemen verteilte Transaktionssysteme Das 2-Phasen-Commit-Protokoll Produkte –Datenbanksysteme unter Linux Tagesordnung

16 verteilte Transaktionssysteme (vTS) In einem vTS erfolgt die Verarbeitung von verteilten Transaktionen unter Kontrolle von TP-Monitoren. Ein TP-Monitor ist eine Komponente eines Transaktions- systems, welche folgende Aufgaben übernimmt: 1.die Ausführung von Transaktionsprogrammen 2.Nachrichtenverwaltung 3.Transaktionsverwaltung 4.Authentifikation und Authorisierung 5.Kommunikation von Programmen und Terminals Punkt 3. wird durch eine Teilkomponente – den Transaktionsmanager (TM) – realisiert.

17 Transaktionsverarbeitung in Client/Server-Systemen Client TP-Monitor Server TP-Monitor DBMS DB Server TP-Monitor DBMS DB Abb.1: Client/Server-Konfiguration End-user interface Functional Logic Data Access Distributed Presentation Remote Presentation Distributed Logic Remote Data Distributed Data Client/Server Cut Abb.2: Client/Server-Topologien

18 verteilte Transaktionen Ausführung der Transaktion auf einem oder mehreren Knoten (Rechnern). Der Knoten, auf dem die Transaktion begonnen wurde heißt Heimatknoten bzw. Koordinator (-Knoten). Annahme : Jeder Knoten besitzt einen Transaktionsmanager An jedem beteiligten Knoten wird eine Teil- bzw. Subtransaktion ausgeführt.

19 Probleme bei verteilten Transaktionen Koordinator TM1 TM2 Work BeginTA Done Abort BeginTA Doing BeginTA Doing Commit BeginTA Doing BeginTA Doing Rollback BeginTA Doing BeginTA Doing Rollback

20 Das 2-Phasen-Commit Protokoll (2PC) 1. Phase a) Bei Transaktionsende schickt Koordinator ein PREAPRE-Nachricht gleichzeitig an alle Agenten, um deren lokales Commit-Ergebnis in Erfahrung zu bringen. b) Erhalt der PREPARE-Nachricht beim Agenten: i.erfolgreiche Ausführung der Subtransaktion Sicherung des Ergebnisses (KEIN lokales Commit!) Antwort: READY-Nachricht ii.fehlgeschlagene Ausführung der Subtransaktion Abbrechen der Subtransaktion (Rollback) Antwort: FAILED-Nachricht

21 2PC – 2.Phase c) Alle Nachrichten sind beim Koordinator eingetroffen: i.Alle Nachrichten lauten READY Der Koordinator sendet an alle Agenten gleichzeitig eine COMMIT-Nachricht ii.Mindestens eine Nachricht lautet FAILED Der Koordinator sendet an alle Agenten gleichzeitig eine ABORT-Nachricht d) Verarbeitung des COMMIT / ABORT auf lokaler Ebene. Antwort: ACK

22 Eine gescheiterte verteilte Transaktion im 2PC Koordinator TM1 TM2 Work BeginTA Done BeginTA Doing BeginTA Doing Done BeginTA Doing BeginTA Doing Done BeginTA Doing BeginTA Doing Done PREPARE FAILED READY BeginTA Doing Done Rollback ABORT BeginTA Doing Done Rollback BeginTA Doing Done Rollback ACK

23 Grundlagen –Transaktionen Grundbegriffe Concurrency Control –Probleme –Sperrprotokolle –Transaktionen in verteilten Systemen verteilte Transaktionssysteme Das 2-Phasen-Commit-Protokoll Produkte –Datenbanksysteme unter Linux Tagesordnung

24 Datenbanksysteme unter Linux Adabas D Ovrimos mySQL Ovrimos Sybase Adaptive Server Enterprise SynchroNet Sonstige

25 Adabas D Hersteller :SAG Systemhaus aktuelle Version:11.01 Verfügbarkeit / Kosten :S.u.S.e / unbekannt Features: verteiltes DBS Hohe Verfügbarkeit 1.7 x 24h-Betrieb 2.Spiegelplattenbetrieb Interfaces 1.JDBC (Version 1.2) 2.ODBC WebDB 1.Internet und Intranetintegration 2.virtuelles File-System 3.dynamisches HTML SQL 1.ANSI-92, ADABAS, ORACLE

26 DBMaker Hersteller :CaseMaker Inc. aktuelle Version:? Verfügbarkeit / Kosten :? Features: Portierbar Skalierbar Robust 1.Recovery 2.Auto-Backup 3.Konsistenzprüfung Multimedia Unterstützung Interfaces 1.ODBC 2.1 SQL 1.ANSI-92 verteiltes DBS ?

27 mySQL Hersteller :T.c.X. aktuelle Version:3.22 (?); 3.23alpha Verfügbarkeit / Kosten :? Features: viel Literatur Referenzliste Interfaces 1.ODBC 2.5 (Win95) 2.MS Access SQL-Standard (?) verteiltes DBS ? verwaltet große Datenmengen Probleme 1.Linux Threads Gamma 2.Locking (Linux) Gamma

28 Ovrimos Hersteller :Ovrimos S.A. aktuelle Version:2.6 Verfügbarkeit / Kosten :s.o. / $79 - $ Features: Interfaces 1.JDBC (Version 1.1) 2.ODBC (2.0) SQL 1.ANSI (92 ?) Entry-Level Nested Transactions BLOB Web 1.HTTP-persistente Sessions ohne Cookies 2.dynam. Content durch SchemeScripting (Interpreter in Ovrimos

29 Sybase Adabtive Server Enterprise Hersteller :Sybase Inc. aktuelle Version: Verfügbarkeit / Kosten :? Features: verteiltes DBS Skalierbar Replikation read-write bidirektional 1.Sybase 2.DB2 3.Oracle Queryoptimierung Interfaces 1.ODBC (?) SQL 1.ANSI-89 2.ANSI-92 (Entry)

30 SynchroNet Hersteller :Solid Information Technology aktuelle Version:2.0 Verfügbarkeit / Kosten :? Features: verteiltes DBS Einbindung von Geschäftsprozessen in Transaktionen Portable Anwendungs- entwicklung Interfaces 1.JDBC (Version 2) 2.Native ODBC (3.51) SQL 1.ANSI-92 Entry-Level

31 Sonstige Linuxdatenbanken GNU SQL-Server (OS) –akt. Version 0.7b (Sept. 1998) Informix –keine nennenswerten Internetinfos Infoflex –Informix-Derivat –Kosten : $995 – $ InterBase (Borland / OS) PostgreSQL (OS) –Objektrelational

32 Sonstige Linuxdatenbanken (2) Berkley DB Data Store (Sleepy Cat Software) –drei Ausbaustufen –dritte Stufe beinhaltet (möglicherweise) verteiltes DBS Yard –Single Server –ODBC, JDBC –Lizenzschema ungünstig

33 Sonstige Linuxdatenbanken (3) DB2 –verteilt –objektrelational –ODBC, JDBC –hochverfügbar, skalierbar Oracle 8i –verteilt –hochverfügbar –clusterskalierbar –integrierte Java VM –objektrelational

34 Zusammenfassung Eine Transaktion ist eine Menge von Operationen, welche die ACID- Eigenschaften erfüllt. In einem Sperrprotokoll wird der Ablauf der Sperrvergabe und –freigabe geregelt verteilte Transaktionen benötigen zusätzlichen Kommunkationsaufwand vor Ihrer Beendigung (2PC)

35 Quellen (1) Bücher –Vossen G. / Groß-Hardt M. : Grundlagen der Transaktionsverarbeitung, Bonn,Paris: Addison-Wesley, 1993 –Rahm Erhard : Mehrrechner-Datenbanksysteme, Bonn,Paris: Addison-Wesley, 1994 –Leymann, F. / Roller, D. : Production Workflow, Concepts and Techniques Upper Saddle River: Prentice-Hall, 2000

36 Quellen (2) Links –http://www.adabas.com/sqlindex.html(Adabas D)http://www.adabas.com/sqlindex.html –http://www.softwareag.com/adabas/(Adabas)http://www.softwareag.com/adabas/ –http://www.dbmaker.com/prodinfo/index.html (DBMaker)http://www.dbmaker.com/prodinfo/index.html –http://www.mysql.com/(mySQL)http://www.mysql.com/ –http://www.ovrimos.com/(Ovrimos)http://www.ovrimos.com/ –http://www.sybase.com/products/databaseservers/linux/ind ex.htmlSynchroNet (Sybase Adaptive Server Enterprise)http://www.sybase.com/products/databaseservers/ –http://www.solidtech.com/products/synchronet.html (SynchroNet)http://www.solidtech.com/products/synchronet.html

37 Quellen (3) Links (Fortsetzung) SQL-Server) (Berkley DB Data Store) (Infoflex) (DB2 UDB) 8i)

38 Quellen (4) Vorlesungen –Prof. Freytag Ph.D., J.C. : Grundlagen con Datenbanksystemen, HU-Berlin


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