Transaktioiden ongelmat web-sovelluksissa

Transaktioiden ongelmat web-sovelluksissa

Verkkotekniikan jatkokurssi

kevät 2003V. Seppänen (rissepp@cc.jyu.fi)

Transaktiot?, 1Transaktiot?, 1

• Tapahtuma, joka on Jakamaton (atomic) Erityvä (isolated) Johdonmukainen

(consistent) Pysyvä (durable)

ACID-ominaisuudet

prepare active committed

failed terminated

begintransaction

read, write

commit

abort

• Transaktioiden juuret tietokantasovelluksissa

Transaktiot?, 2Transaktiot?, 2

• Simple failure semantics: if anything goes wrong restart

• Log/state based recovery returns the original data: work is lost and must be redone

• Concurrency conflicts on long-running actions; possible deadlocks

• Collaboration amongst transactions not supported

ACID-ominaisuuksien vaaliminen

ACID-ominaisuuksien vaaliminen

• ‘Vähemmän’ ongelmalliset C ja D• Johdonmukaisuus: hoitettavissa yleensä

järkevällä ohjelmoinnilla tai tietokantaan määritellyillä eheyssäännöillä määritellään datalle ja järjestelmälle sallitut tilat, ei sallita laittomia operaatioita (kts. kalvo Eriytyvyys, 6)

• Pysyvyys: varmistetaan tiedon säilyvyys virhetilanteissa, ‘katastrofeissa’, jne. Pidetään tieto turvassa ja palautettavissa

• Entä eriytyvyys ja jakamattomuus..?

Eriytyvyys, 1Eriytyvyys, 1

• Sarjallistuva ajoitus = lopputulos vastaa jotain sarjallista suoritusta.

• Hallintakeinoja mm. Timestamping (aikaleimaus)

Transaktiolle (T) annetaan aloitushetkellä aikaleima ajanmukaan kasvavasta järjestetystä alueesta.

Operaatio pi[x] suoritetaan ennen operaatiota qj[x] mikäli Ti:n aikaleima on pienempi kuin Tj:n.

Optimistic Concurreny ControlOlettaa, että transaktiot pyrkivät harvoin päivittämään

samanaikaisesti samoja kohteita.

Eriytyvyys, 2Eriytyvyys, 2

OCC, jatkuu…

1. vaihe: T1 lukee tarvittavat tietokohteet ja suorittaa mahd. muutokset kopioon

2. vaihe: tutkitaan, onko muut T:t käyttäneet tällä välin samaa tietoa. Mikäli on, peruutetaan T1, muutoin siirrytään seuraavaan vaiheeseen.

3. T1:n muutokset kirjoitetaan vars. dataan.

Two-Phase Locking (2-vaiheinen lukitus)

Jokainen luku- ja kirjoitusoperaatio suojataan lukitsemalla tarvittavat tietokohteet

Eriytyvyys, 3Eriytyvyys, 3

2-PL jatkuu…Lukulukko on jaettu, ts. muut T:t voivat saada

samaan kohteeseen lukulukon saman aikaisesti. Kirjoituslukittua kohdetta eivät muut T:t voi kirjoitus- tai lukulukita

Vapautettuaan lukon, T ei voi saada enää uusia lukkoja Laajenemisvaihe: T kerää tarvitsemansa lukot; Supistumisvaihe: T vapauttaa varaamiaan lukkoja

2-PL:sta useita versioita, esim. konservatiivinen ja tiukka. Eri versioiden välillä lukkojen-vapautustekniikka vaihtelee.

Eriytyvyys, 4Eriytyvyys, 4

• Sopivan menetelmän valinta sovelluksen tyypin ja toiminta-alustan perusteella Käytetäänkö tietokantaa vai esim. flat-

tiedostoja? Minkätyyppistä tietoa käsitellään? Onko samanaikaisia käyttäjiä tavallisesti

useita? Suositaanko mieluummin peruutusta vai

odotusta?

Eriytyvyys, 5Case 1: Julkaisujärjestelmät

Eriytyvyys, 5Case 1: Julkaisujärjestelmät

• Dokumenttien luonti ja päivittäminen web-käyttöliittymän kautta.

• Demo 1

• Demo 2

• Demo1: Ei samanaikaisuuden hallintaa

• Demo2: Optimistinen samanaikaisuuden hallinta

• Arvioita?

Eriytyvyys, 6Case 2: Tietokantapohjainen sovellus

Eriytyvyys, 6Case 2: Tietokantapohjainen sovellus

• TKHJ:n tarjoamat mahdollisuudet trans. hallintaan• Sleep simuloikoon samanaikaisuutta

• Arvioita?

Jakamattomuus, 1Jakamattomuus, 1

• a) Suoritetaan onnistuneesti kaikki transaktioon kuuluvat operaatiot TAI b) ei tehdä mitään (vrt. ed. kalvo) Mikäli a) transaktion tekemät muutokset vahvistetaan

(commit) Mikäli b) muutoksia tehneiden operaatioiden

vaikutukset peruutetaan (rollback)

• Sovelletaan myös muualla kuin tietokantatransaktioissa; prosessien hallinta, liiketoimintaan liittyvät sovellukset jne.

Jakamattomuus, 2Jakamattomuus, 2

Salasanapalvelin Tietokantapalvelin

WWW-palvelin

Asiakas

3.2.

4.

1.

Jakamattomuus, 3Jakamattomuus, 3

• Edelliseen:• Siirtyminen vaiheesta toiseen, vain jos edellinen vaihe

suoritettu OK• Ongelmana HTTP:n tilattomuus: miten

valvotaan/ylläpidetään tietoa siitä, että tarvittavat vaiheet on suoritettu?

• Miten taata tiedon siirtyminen solmusta toiseen?• Kuinka toimia ongelmatilanteissa?• Toteutus vaatii kokonaisvaltaista suunnittelua…

Jakamattomuus, 4Jakamattomuus, 4

• Two-phase commit: Esimerkki nk. Atomic commitment protokollasta Soveltuu hajautettuihin järjestelmiin, joilta vaaditaan

transaktionaalista toimintaaCommit?

Commit?

Commit?OK

OK

OK

Commit

Commit

Commit

Commit?

Commit?

Commit?NOT OK

OK

OK

Abort

Abort

Abort

Pari ‘kehittyneempää’ transaktiomallia

Pari ‘kehittyneempää’ transaktiomallia

Long-living transactionsLong-living transactions

• Run for a long period of time: may consist of various nested short activities or fewer long activies

• Often distributed: communication through a reliable messaging environment

• Usually keep resources locked for the long periods, which may significantly delay the commit of other simultaneous transactions

Long-living trans., cont.Long-living trans., cont.

• Typically large in sense that they access a number of separate data objects. The deadlock frequency grows with the fourth power of the transaction’s size.

• Often require relaxed transactional semantics in terms of atomicity and isolation Visibility of intermediate results Non-serializable not possible to use state based

rollback

Nested transactionsNested transactions

• A large transaction decomposed to a tree of subtransactions A parent can have any number of children Any number of children may be active concurrently Each trans. can commit or abort Children are serializable with respect to their siblings (must obey

read-write and write-write rules) Lock inheritanced from parents to children, and given back after

child commits (anti-inheritance)

• Commit of child relative to its parent The commit of trans will only become effective if its predecessor

trans commits; updates persist only if all predecessors commit

t0

t2

t3 t4

t1

Nested trans., cont.Nested trans., cont.

If a transaction aborts, all the other transactions in its subtree are aborted too; also updates of committed children are undone

Modifications on resources of a trans become visible to its parents if the trans commits

Modifications on resources of a trans are only visible to itself and its children

• Parent can commit only after all its children have terminated• The main advantages of nested trans.

The support of modularity: decomposition of transactions composition of separately developed modules

Nested trans., cont.Nested trans., cont.

• Advantages… Failure handling at the granularity of

subtransactions: finer control of error; improved availability

Intra-transactional parallelism: subtransactions can be executed concurrently; reduced response time

Saga transactionsSaga transactions

• A long-living transaction, broken up into a collection of subtransaction that can be interleaved with other transactions

T1, T2, …, Tn

• Subtransactions execute and commit independently but must finally form an atomic unit

• After Ti finishes, it releases its locks and exposes results to any other transaction

Sagas, cont.Sagas, cont.

• For each Ti there is a compensating transaction Ci

• Compensating transactions defined on-the-fly if possible

• The purpose of Ci is to logically / semantically undo Ti’s updates

• If compensation is not needed saga executes as a series of ACID transactions: T1, T2, …, Tn

• If compensation is needed, the execution sequence would be: T1, T2, …, Tj, Cj, …, C2, C1

Sagas & Save-pointsSagas & Save-points

• Can be seen as a check point in a transaction (in saga, open nested trans, etc.), which forces the system to save the state of the running application and returns a save-point identifier for future reference

• In a failure, instead of compensating all subtransactions, system needs to compensate only the transactions that were executed subsequently to the last found save-point

Sagas & Save-points, cont.Sagas & Save-points, cont.

• Backward recovery: using compensating operations

• Forward recovery: after the backward recovery a saga continues by executing remaining transactions: the one that caused a failure and the following ones

A B D E H I

GFC

FailureSave-point

Execution graph

Backward recovery - compensationForward recovery

YhteenvetoYhteenveto

• Web ei missään nimessä ole otollinen alusta transaktionaalisia ominaisuuksia vaativille sovelluksille: Hajautettu ympäristö; HTTP ei itsessään tue trans.

toimintaa: yksink. pyyntö/vastaus-malli ilman QoS-takuuta

Latenssi Tilattomuus Yhteydettömyys

• Paljon huomioitavaa, paljon mietittävää, vaatii kompromisseja.

• Hyvää pääsiäistä!