<h1 style="text-align: justify;">Kh&aacute;i niệm kiểm so&aacute;t t&iacute;nh đồng thời</h1>
<p style="text-align: justify;">Kiểm so&aacute;t t&iacute;nh đồng thời l&agrave; một c&aacute;ch thức trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu, DBMS, được sử dụng để quản l&yacute; c&aacute;c hoạt động hay sự kiện đồng thời xảy ra trong cơ sở dữ liệu m&agrave; kh&ocirc;ng l&agrave;m xung đột lẫn nhau.&nbsp;Kiểm so&aacute;t t&iacute;nh đồng thời được sử dụng để giải quyết những xung đột chủ yếu xảy ra với hệ thống c&oacute; nhiều người d&ugrave;ng c&ugrave;ng l&uacute;c. N&oacute; đảm bảo rằng c&aacute;c giao dịch trong cơ sở dữ liệu được thực hiện đồng thời m&agrave; kh&ocirc;ng vi phạm t&iacute;nh to&agrave;n vẹn dữ liệu của cơ sở dữ liệu kh&aacute;c tương ứng. Nếu tất cả người d&ugrave;ng c&ugrave;ng đang đọc một dữ liệu th&igrave; việc kiểm so&aacute;t đồng thời sẽ được thực hiện một c&aacute;ch dễ d&agrave;ng để đảm bảo kh&ocirc;ng c&oacute; trường hợp c&aacute;c người d&ugrave;ng n&agrave;y c&oacute; thể can thiệp l&ecirc;n việc của nhau. Đối với bất kỳ cơ sở dữ liệu n&agrave;o cũng sẽ c&oacute; sự kết hợp giữa c&aacute;c thao t&aacute;c đọc v&agrave; ghi dữ liệu, do đ&oacute; điều n&agrave;y sẽ g&acirc;y kh&oacute; khăn hơn cho việc đảm bảo quản l&yacute; t&iacute;nh đồng thời.</p>
<p style="text-align: justify;">Do đ&oacute;, kiểm so&aacute;t t&iacute;nh đồng thời l&agrave; một yếu tố quan trọng đối với việc hoạt động b&igrave;nh thường của một hệ thống khi c&oacute; hai hoặc nhiều giao dịch y&ecirc;u cầu quyền truy cập v&agrave;o c&ugrave;ng một cơ sở dữ liệu c&ugrave;ng một l&uacute;c.</p>
<h1 style="text-align: justify;">C&aacute;c vấn đề c&oacute; thể xảy ra khi tồn tại t&iacute;nh đồng thời</h1>
<ul style="text-align: justify;">
<li>C&aacute;c cập nhật dữ liệu sẽ bị mất khi nhiều giao dịch c&ugrave;ng truy cập v&agrave;o một dữ liệu v&agrave; c&ugrave;ng cập nhật dữ liệu đ&oacute;.</li>
<li>Sẽ xảy ra việc giao dịch thứ hai sẽ đọc được dữ liệu đang được cập nhật bởi một giao dịch kh&aacute;c trong khi giao dịch n&agrave;y vẫn chưa ho&agrave;n tất.</li>
<li>Sẽ xảy ra t&igrave;nh trạng giao dịch thứ hai đang truy cập v&agrave;o c&ugrave;ng một dữ liệu nhiều lần với c&aacute;c thời điểm kh&aacute;c nhau v&agrave; sẽ đọc được c&aacute;c dữ liệu bị thay đổi li&ecirc;n tục. Do đ&oacute; th&ocirc;ng tin lấy được sẽ kh&ocirc;ng đảm bảo t&iacute;nh ch&iacute;nh x&aacute;c.</li>
<li>Khi một giao dịch đang t&iacute;nh tổng gi&aacute; trị của tất cả c&aacute;c dữ liệu v&agrave; giao dịch thứ hai đang thay đổi gi&aacute; trị của c&aacute;c dữ liệu đ&oacute;. Trong t&igrave;nh huống n&agrave;y, kết quả trả về sẽ l&agrave; kh&ocirc;ng ch&iacute;nh x&aacute;c.</li>
</ul>
<h1 style="text-align: justify;">Tại sao sử dụng phương ph&aacute;p kiểm so&aacute;t đồng thời?</h1>
<ul style="text-align: justify;">
<li>Để đảm bảo t&iacute;nh c&ocirc; lập với c&aacute;c giao dịch đang xung đột lẫn nhau khi c&aacute;c thao t&aacute;c đọc v&agrave; ghi xảy ra c&ugrave;ng l&uacute;c.</li>
<li>Để duy tr&igrave; t&iacute;nh nhất qu&aacute;n của cơ sở dữ liệu.</li>
<li>Kiểm so&aacute;t đồng thời gi&uacute;p đảm bảo khả năng tuần tự h&oacute;a của dữ liệu.</li>
</ul>
<p style="text-align: justify;">V&iacute; dụ: Giả sử rằng hai người đến c&ugrave;ng một l&uacute;c v&agrave;o quầy b&aacute;n v&eacute; ở rạp chiếu phim để mua v&eacute; xem phim cho c&ugrave;ng một bộ phim v&agrave; c&ugrave;ng một giờ chiếu. Tuy nhi&ecirc;n, chỉ c&ograve;n một chỗ ngồi cho buổi chiếu phim tại rạp đ&oacute;. Nếu kh&ocirc;ng c&oacute; kiểm so&aacute;t t&iacute;nh đồng thời, c&oacute; thể cả hai người sẽ mua được hai v&eacute; cho c&ugrave;ng một chỗ ngồi v&agrave;o c&ugrave;ng một thời điểm v&agrave; do đ&oacute; khi đi xem phim th&igrave; cả hai người n&agrave;y c&oacute; thể tranh chấp với nhau. Do vậy, phương ph&aacute;p điều khiển đồng thời sẽ đảm bảo điều n&agrave;y l&agrave; kh&ocirc;ng xảy ra. Cả hai người vẫn c&oacute; thể đến mua v&eacute; để xem phim. Nhưng kiểm so&aacute;t đồng thời sẽ chỉ cung cấp một v&eacute; cho người mua trước.</p>
<h1 style="text-align: justify;">C&aacute;c giao thức kiểm so&aacute;t t&iacute;nh đồng thời</h1>
<ol style="text-align: justify;">
<li>C&aacute;c giao thức sử dụng kh&oacute;a (Lock-Based Protocols)</li>
<li>Giao thức sử dụng hai pha (Two Phase - 2PL)</li>
<li>Giao thức dựa v&agrave;o mốc thời gian (Timestamp-Based Protocols)</li>
<li>Giao thức sử dụng việc hợp thức h&oacute;a (Validation-Based Protocols)</li>
</ol>
<h2 style="text-align: justify;"><em>Giao thức sử dụng kh&oacute;a</em></h2>
<p style="text-align: justify;">Kh&oacute;a l&agrave; một biến dữ liệu được li&ecirc;n kết với một phần tử dữ liệu (ch&iacute;nh l&agrave; một h&agrave;ng trong bảng của hệ quản trị cơ sở dữ liệu). Kh&oacute;a n&agrave;y sẽ th&ocirc;ng b&aacute;o rằng c&aacute;c thao t&aacute;c c&oacute; thể được thực hiện tr&ecirc;n phần tử dữ liệu. Kh&oacute;a gi&uacute;p đồng bộ h&oacute;a quyền truy cập v&agrave;o c&aacute;c phần tử dữ liệu trong cơ sở dữ liệu. Tất cả c&aacute;c y&ecirc;u cầu kh&oacute;a được đưa tới tr&igrave;nh kiểm so&aacute;t t&iacute;nh đồng thời. C&aacute;c giao dịch chỉ được tiến h&agrave;nh sau khi y&ecirc;u cầu cho kh&oacute;a được cấp. C&oacute; 2 kiểu cơ chế kh&oacute;a l&agrave;:</p>
<ol style="text-align: justify;">
<li>Kh&oacute;a nhị ph&acirc;n (Binary locks): Kh&oacute;a nhị ph&acirc;n được thực hiện tr&ecirc;n một phần tử dữ liệu c&oacute; thể ở trạng th&aacute;i bị kh&oacute;a hoặc mở kh&oacute;a.</li>
<li>Chia sẻ / độc quyền (Shared/exclusive lock): Loại cơ chế kh&oacute;a n&agrave;y sẽ ph&acirc;n biệt c&aacute;c kh&oacute;a dựa tr&ecirc;n mục đ&iacute;ch sử dụng của c&aacute;c kh&oacute;a đ&oacute;. Nếu một kh&oacute;a được &aacute;p dụng cho một phần tử dữ liệu để thực hiện thao t&aacute;c ghi, n&oacute; sẽ được gọi l&agrave; kh&oacute;a độc quyền.</li>
</ol>
<h3 style="text-align: justify;">1. Kh&oacute;a chia sẻ (Shared lock)</h3>
<p style="text-align: justify;">Kh&oacute;a chia sẻ c&ograve;n được gọi l&agrave; kh&oacute;a chỉ thực hiện việc đọc. Với kh&oacute;a chia sẻ, phần tử dữ liệu trong cơ sở dữ liệu c&oacute; thể được d&ugrave;ng chung giữa c&aacute;c giao dịch. Điều n&agrave;y l&agrave; do bởi người d&ugrave;ng sẽ kh&ocirc;ng bao giờ c&oacute; quyền cập nhật hay thay đổi dữ liệu n&agrave;y.</p>
<p style="text-align: justify;">V&iacute; dụ: Hai giao dịch đang đọc số dư t&agrave;i khoản của c&ugrave;ng một người. Cơ sở dữ liệu sẽ cho ph&eacute;p ch&uacute;ng được đọc bằng c&aacute;ch đặt một kh&oacute;a chia sẻ. Tuy nhi&ecirc;n, nếu một giao dịch kh&aacute;c muốn cập nhật hoặc thay đổi số dư của t&agrave;i khoản đ&oacute;, kh&oacute;a chia sẻ sẽ ngăn chặn điều đ&oacute; cho đến khi qu&aacute; tr&igrave;nh đọc kết th&uacute;c.</p>
<h3 style="text-align: justify;">2. Kh&oacute;a độc quyền (Exclusive lock)</h3>
<p style="text-align: justify;">Với kh&oacute;a độc quyền, một phần tử dữ liệu c&oacute; thể được đọc hoặc ghi. C&aacute;c giao dịch c&oacute; thể mở kh&oacute;a cho phần tử dữ liệu sau khi kết th&uacute;c một thao t&aacute;c đọc hoặc ghi.</p>
<p style="text-align: justify;">V&iacute; dụ: Khi giao dịch cần cập nhật số dư t&agrave;i khoản của một người. Người d&ugrave;ng c&oacute; thể cho ph&eacute;p giao dịch n&agrave;y sử dụng kh&oacute;a độc quyền. Do đ&oacute;, khi giao dịch thứ hai muốn đọc hoặc ghi, kh&oacute;a độc quyền sẽ ngăn chặn c&aacute;c thao t&aacute;c đọc hoặc ghi của giao dịch thứ hai n&agrave;y.</p>
<h3 style="text-align: justify;">3. Giao thức kh&oacute;a đơn giản (<strong>Simplistic Lock Protocol)</strong></h3>
<p style="text-align: justify;">Cho ph&eacute;p c&aacute;c giao dịch &aacute;p dụng kh&oacute;a tr&ecirc;n mỗi dữ liệu trước khi bắt đầu một thao t&aacute;c. C&aacute;c giao dịch c&oacute; thể mở kh&oacute;a cho phần tử dữ liệu sau khi kết th&uacute;c thao t&aacute;c ghi hoặc đọc.</p>
<h3 style="text-align: justify;">4. Kh&oacute;a đặt trước quyền sở hữu (<strong>Pre-claiming Locking)</strong></h3>
<p style="text-align: justify;">Gi&uacute;p đ&aacute;nh gi&aacute; c&aacute;c thao t&aacute;c v&agrave; tạo danh s&aacute;ch cho c&aacute;c mục dữ liệu cần được thực thi. Trong t&igrave;nh huống khi tất cả c&aacute;c kh&oacute;a được cấp, giao dịch sẽ được thực hiện. Sau đ&oacute;, tất cả c&aacute;c kh&oacute;a sẽ được bỏ sau khi tất cả c&aacute;c thao t&aacute;c kết th&uacute;c.</p>
<p style="text-align: justify;"><em><strong>Hai t&igrave;nh huống khi c&aacute;c kh&oacute;a kh&ocirc;ng được &aacute;p dụng:</strong></em></p>
<p style="text-align: justify;">1. Starvation l&agrave; t&igrave;nh trạng khi một giao dịch đợi trong một khoảng thời gian kh&ocirc;ng x&aacute;c định để c&oacute; được kh&oacute;a.</p>
<p style="text-align: justify;">Sau đ&acirc;y l&agrave; c&aacute;c nguy&ecirc;n nh&acirc;n g&acirc;y ra :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li>Khi việc sắp xếp cho c&aacute;c mục dữ liệu bị kh&oacute;a kh&ocirc;ng được quản l&yacute; đ&uacute;ng c&aacute;ch</li>
<li>Trong trường hợp r&ograve; rỉ t&agrave;i nguy&ecirc;n</li>
<li>C&ugrave;ng một giao dịch được thực hiện nhiều lần</li>
</ul>
<p style="text-align: justify;">2. Deadlock: l&agrave; t&igrave;nh trạng trong đ&oacute; hai hoặc nhiều tiến tr&igrave;nh đang chờ nhau để giải ph&oacute;ng t&agrave;i nguy&ecirc;n hoặc hai tiến tr&igrave;nh đang chờ t&agrave;i nguy&ecirc;n nằm trong một tiến tr&igrave;nh kh&aacute;c v&agrave; cứ như tiếp tục như vậy cho tới khi kh&ocirc;ng c&oacute; tiền tr&igrave;nh n&agrave;o nhường t&agrave;i nguy&ecirc;n cho tiến tr&igrave;nh cần t&agrave;i nguy&ecirc;n đ&oacute;.</p>
<h2 style="text-align: justify;"><em>Giao thức sử dụng kh&oacute;a trong hai pha</em></h2>
<p style="text-align: justify;">Giao thức sử dụng kh&oacute;a trong hai pha được viết tắt l&agrave; 2PL. Trong loại giao thức kh&oacute;a n&agrave;y, giao dịch sẽ lấy được một kh&oacute;a kh&aacute;c sau khi n&oacute; giải ph&oacute;ng đi một trong c&aacute;c kh&oacute;a của n&oacute;. Giao thức kh&oacute;a n&agrave;y chia giai đoạn thực hiện của một giao dịch th&agrave;nh ba pha kh&aacute;c nhau.</p>
<p><img style="width: 600px; display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://tek4.vn/public_files/a800a605-1b17-4b44-bfc8-e8c6426f3971" alt="100518_0439_DBMSConcurr1" /></p>
<ol style="text-align: justify;">
<li>Pha ph&aacute;t triển (Growing Phase): Khi giao dịch bắt đầu thực hiện, n&oacute; y&ecirc;u cầu việc cấp ph&eacute;p cho kh&oacute;a m&agrave; n&oacute; cần. Trong giai đoạn n&agrave;y, giao dịch c&oacute; thể nhận th&ecirc;m được kh&oacute;a nhưng kh&ocirc;ng thể giải ph&oacute;ng bất kỳ kh&oacute;a n&agrave;o.</li>
<li>Pha kh&oacute;a (Locked phase): Giao dịch c&oacute; đủ c&aacute;c kh&oacute;a n&oacute; cần v&agrave; thực hiện c&aacute;c thao t&aacute;c.&nbsp;Khi giao dịch giải ph&oacute;ng kh&oacute;a đầu ti&ecirc;n của n&oacute;, pha thứ ba sẽ bắt đầu.</li>
<li>Pha thu hẹp (Shrinking Phase): Trong giai đoạn n&agrave;y, một giao dịch c&oacute; thể giải ph&oacute;ng kh&oacute;a nhưng kh&ocirc;ng nhận được bất kỳ kh&oacute;a mới n&agrave;o.</li>
</ol>
<p style="text-align: justify;">Tuy nhi&ecirc;n, giao thức n&agrave;y vẫn kh&ocirc;ng đảm bảo rằng vấn đề Deadlock sẽ kh&ocirc;ng xảy ra. Trong sơ đồ đ&atilde; cho ở tr&ecirc;n, bạn c&oacute; thể thấy rằng c&aacute;c tr&igrave;nh ph&aacute;t hiện t&igrave;nh trạng Deadlock cục bộ v&agrave; to&agrave;n cục đang t&igrave;m kiếm c&aacute;c trạng th&aacute;i Deadlock v&agrave; xử l&yacute; bằng c&aacute;ch bắt đầu lại c&aacute;c giao dịch ở trạng th&aacute;i ban đầu của ch&uacute;ng.</p>
<h3 style="text-align: justify;">1. Giao thức 2PL tuyệt đối (Strict-2PL)</h3>
<p style="text-align: justify;">Phương ph&aacute;p n&agrave;y tương tự như 2PL th&ocirc;ng thường. Sự kh&aacute;c biệt giữa hai cơ chế n&agrave;y l&agrave; Strict 2PL sẽ kh&ocirc;ng bao giờ giải ph&oacute;ng kh&oacute;a sau khi sử dụng n&oacute;. N&oacute; giữ tất cả c&aacute;c kh&oacute;a cho đến khi thực hiện lưu trữ ho&agrave;n tất c&aacute;c thay đổi v&agrave; giải ph&oacute;ng tất cả c&aacute;c kh&oacute;a c&ugrave;ng một l&uacute;c khi qu&aacute; tr&igrave;nh kết th&uacute;c.</p>
<h3 style="text-align: justify;">2. Giao thức 2PL tập trung (Centralized 2PL)</h3>
<p style="text-align: justify;">Chỉ c&oacute; một điểm duy nhất sẽ thực hiện qu&aacute; tr&igrave;nh quản l&yacute; kh&oacute;a. N&oacute; chỉ c&oacute; một tr&igrave;nh quản l&yacute; kh&oacute;a cho to&agrave;n bộ hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu, DBMS.</p>
<h3 style="text-align: justify;">3. Giao thức 2PL sao ch&eacute;p bản ch&iacute;nh (Primary copy 2PL)</h3>
<p style="text-align: justify;">Nhiều tr&igrave;nh quản l&yacute; kh&oacute;a được ph&acirc;n phối đến c&aacute;c điểm kh&aacute;c nhau. Sau đ&oacute;, một tr&igrave;nh quản l&yacute; kh&oacute;a cụ thể sẽ đảm bảo việc quản l&yacute; kh&oacute;a cho một tập hợp c&aacute;c phần tử dữ liệu. Khi bản sao ch&iacute;nh đ&atilde; được cập nhật, th&igrave; c&aacute;c thay đổi sẽ được thực hiện tr&ecirc;n c&aacute;c bản c&ograve;n lại.</p>
<h3 style="text-align: justify;">4. Giao thức 2PL ph&acirc;n phối (Distributed 2PL)</h3>
<p style="text-align: justify;">Trong loại cơ chế kh&oacute;a n&agrave;y, c&aacute;c tr&igrave;nh quản l&yacute; kh&oacute;a được ph&acirc;n phối đến tất cả c&aacute;c điểm. Ch&uacute;ng đảm bảo việc quản l&yacute; kh&oacute;a cho c&aacute;c dữ liệu tại điểm đ&oacute;. Nếu kh&ocirc;ng c&oacute; dữ liệu n&agrave;o được sao ch&eacute;p, th&igrave; n&oacute; sẽ tương đương với phương ph&aacute;p Primary copy 2PL.</p>
<h2 style="text-align: justify;"><em>Giao thức dựa v&agrave;o mốc thời gian</em></h2>
<p style="text-align: justify;">Sử dụng mốc thời gian để tuần tự h&oacute;a việc thực hiện c&aacute;c giao dịch đồng thời. Giao thức n&agrave;y đảm bảo rằng mọi hoạt động đọc v&agrave; ghi xung đột đều được thực thi theo thứ tự c&aacute;c mốc thời gian. Giao thức sử dụng Ph&eacute;p t&iacute;nh thời gian của hệ thống hoặc Ph&eacute;p đếm logic l&agrave;m mốc thời gian. Giao dịch v&agrave;o trước lu&ocirc;n được ưu ti&ecirc;n hơn trong phương ph&aacute;p n&agrave;y. N&oacute; sử dụng thời giancủa hệ thống để x&aacute;c định c&aacute;c mốc thời gian của giao dịch.</p>
<p style="text-align: justify;">C&aacute;c giao thức n&agrave;y gi&uacute;p quản l&yacute; thứ tự giữa c&aacute;c giao dịch g&acirc;y xung đột lẫn nhau khi ch&uacute;ng được thực hiện. C&aacute;c giao thức dựa tr&ecirc;n mốc thời gian sẽ quản l&yacute; sự xung đột ngay sau khi một thao t&aacute;c được khởi tạo.</p>
<p style="text-align: justify;">V&iacute; dụ: Giả sử c&oacute; giao dịch T1, T2 v&agrave; T3.</p>
<p style="text-align: justify;">T1 v&agrave;o hệ thống l&uacute;c 0010</p>
<p style="text-align: justify;">T2 v&agrave;o hệ thống l&uacute;c 00h20</p>
<p style="text-align: justify;">T3 v&agrave;o hệ thống l&uacute;c 00h30</p>
<p style="text-align: justify;">L&uacute;c n&agrave;y, c&aacute;c giao thức sẽ đảm bảo thứ tự ưu ti&ecirc;n sẽ l&agrave; giao dịch T1, sau đ&oacute; l&agrave; giao dịch T2 v&agrave; cuối c&ugrave;ng l&agrave; giao dịch T3.</p>
<h2 style="text-align: justify;"><em>Giao thức sử dụng việc hợp thức h&oacute;a</em></h2>
<p style="text-align: justify;">Trong phương ph&aacute;p n&agrave;y, sẽ kh&ocirc;ng c&oacute; việc kiểm tra n&agrave;o được thực thi trong khi giao dịch đang được thực hiện. Khi kết th&uacute;c giao dịch, c&aacute;c cập nhật hoặc thay đổi trong giao dịch kh&ocirc;ng được &aacute;p dụng trực tiếp v&agrave;o cơ sở dữ liệu, m&agrave; c&aacute;c thay đổi đ&oacute; được được &aacute;p dụng cho c&aacute;c bản sao cục bộ của c&aacute;c phần tử dữ liệu được lưu giữ cho giao dịch đ&oacute;. Ở giai đoạn cuối c&ugrave;ng của giao dịch, một giai đoạn x&aacute;c thực sẽ được thực hiện để kiểm tra xem bất kỳ c&aacute;c thao t&aacute;c thay đổi của một giao dịch c&oacute; vi phạm việc tuần tự h&oacute;a hay kh&ocirc;ng. Nếu kh&ocirc;ng c&oacute; vi phạm, giao dịch được ho&agrave;n tất lưu trữ v&agrave; cơ sở dữ liệu được cập nhật. Nếu kh&ocirc;ng, giao dịch sẽ được bắt đầu lại.</p>
<h1 style="text-align: justify;">Đặc điểm của c&aacute;c giao thức kiểm so&aacute;t t&iacute;nh đồng thời</h1>
<ul style="text-align: justify;">
<li>Phải c&oacute; khả năng khổi phục lại c&aacute;c sự cố tại c&aacute;c điểm dữ liệu v&agrave; c&aacute;c lỗi trong qu&aacute; tr&igrave;nh giao tiếp.</li>
<li>N&oacute; cho ph&eacute;p thực hiện song song c&aacute;c giao dịch để đạt được t&iacute;nh đồng thời tối đa.</li>
<li>C&aacute;c cơ chế lưu trữ v&agrave; phương ph&aacute;p t&iacute;nh to&aacute;n l&agrave; vừa đủ để giảm thiểu chi ph&iacute;.</li>
<li>Thực hiện một số r&agrave;ng buộc cho cấu tr&uacute;c của c&aacute;c thao t&aacute;c độc lập của c&aacute;c giao dịch.</li>
</ul>
<p style="text-align: justify;">P/s: Đến đ&acirc;y l&agrave; kết th&uacute;c của b&agrave;i n&agrave;y, mong mọi người ủng hộ cho tek4 nh&eacute;!</p>

Admin

Kiểm soát tính đồng thời – DBMS Concurrency Control

Cùng tác giả

Admin

Có liên quan