ACID

Nell'ambito dei database, ACID deriva dall'acronimo inglese Atomicity, Consistency, Isolation, e Durability (Atomicità, Coerenza, Isolamento e Durabilità) ed indica le proprietà logiche che devono avere le transazioni.

Descrizione

Affinché le transazioni operino in modo corretto sui dati è necessario che i meccanismi che le implementano soddisfino queste quattro proprietà:

• Atomica: il processo deve essere suddivisibile in un numero finito di unità indivisibili, chiamate transazioni. L'esecuzione di una transazione perciò deve essere per definizione o totale o nulla, e non sono ammesse esecuzioni parziali; un processo, anche parziale, invece, in quanto insieme di transazioni può non essere elementare.
• Coerente: il database rispetta i vincoli di integrità, sia a inizio che a fine transazione. Non devono verificarsi contraddizioni (incoerenza dei dati) tra i dati archiviati nel DB;
• Isolata: ogni transazione deve essere eseguita in modo isolato e indipendente dalle altre transazioni, l'eventuale fallimento di una transazione non deve interferire con le altre transazioni in esecuzione;
• Durevole: detta anche persistente, si riferisce al fatto che una volta che una transazione abbia richiesto un commit work, i cambiamenti apportati non dovranno essere più persi. Per evitare che nel lasso di tempo fra il momento in cui la base di dati si impegna a scrivere le modifiche e quello in cui li scrive effettivamente si verifichino perdite di dati dovuti a malfunzionamenti, vengono tenuti dei registri di log dove sono annotate tutte le operazioni sul DB.

Nei sistemi di DBMS le transazioni vengono processate dal transaction processing. Una query (ovvero un'interrogazione alla base di dati) ed altre azioni vengono raggruppate in una transazione che deve essere eseguita atomicamente, isolatamente dalle altre e comportando eventualmente una modifica permanente del database. Tale comportamento è assicurato dal

• Concurrency Control Manager o WorkSpace Privato che garantisce l'atomicità e isolamento
• Logging / Recovery Manager che garantisce la durabilità e coerenza.

Isolamento

Sono previsti quattro livelli di isolamento:

1. read uncommitted:
   • consente transazioni in sola lettura, senza bloccare in lettura i dati
   • una transazione può leggere dati sporchi, perché potrebbero sparire se la transazione che li ha generati abortisce

   Esempi:

   T1 aggiorna una riga r1

   * T2 accede a r1

   * T1 termina con un rollback

   * T2 ha avuto accesso ad un dato che non è mai esistito

2. read committed:
   • prevede il rilascio immediato dei dati in lettura, ritardando quelli in scrittura
   • letture non ripetibili all'interno della stessa transazione
3. repeatable read:
   • vengono bloccati sia i dati in lettura che quelli in scrittura ma solo sulle ennuple della tabella coinvolta
   • genera il fenomeno dei fantasmi (phantoms)
4. serializable:

   Potrebbe garantire l'effettiva serializzabilità del codice bloccando gli accessi alle tabelle in gioco, tuttavia si tratta di soluzioni troppo inefficienti per essere utilizzate in applicazioni critiche, in realtà la modalità serializzata si limita a evitare i fenomeni esaminati per i livelli più bassi di isolamento.

Concurrency Control Manager o WorkSpace Privato

La transazione effettua le modifiche su una copia della risorsa database. Se essa non termina con successo la copia viene distrutta, altrimenti le modifiche fatte sulla copia vengono rese permanenti attraverso l'operazione di commit. Il sistema ne garantisce in questo modo l'atomicità. Le transazioni devono essere eseguite in isolamento le une dalle altre ma spesso molte transazioni vengono eseguite concorrentemente nello stesso sistema. Il concurrency control manager si assicura che le singole azioni delle varie transazioni vengano eseguite in un ordine tale da non interferire le une con le altre (isolamento). Il Concurrency Control Manager viene realizzato tramite due istruzioni primitive:

• lock, istruzione tramite la quale si afferma che una risorsa è bloccata da una determinata transazione;
• unlock, istruzione tramite la quale si afferma che una risorsa è stata liberata da una determinata transazione.

La serie dei lock viene memorizzata nella lock table (sezione del DBMS apposita). Il concurrency control manager ha anche il compito di risolvere i deadlock causati dai lock facendo abortire una o più transazioni. Per prevenire i lock e gestire al meglio le transazioni si introduce il concetto di scheduler. Lo scheduler ha il compito di garantire l'isolamento, accogliere una transazione ed assegnarle un identificatore unico, chiedere al buffer manager del DBMS di leggere/scrivere sul database secondo una particolare sequenza.

Logging / Recovery Manager

Per assicurare persistenza dei dati del database anche in caso di crash (p.e. stalli nell'accesso delle transazioni alla risorsa), ogni modifica al database viene registrata separatamente sul disco. Il log manager registra queste modifiche per consentire in qualsiasi momento (in seguito ad un crash) al recovery manager di ripristinare il database in uno stato coerente. Il log manager scrive i suoi dati attraverso il Buffer Manager ma prima di continuare si assicura che siano stati effettivamente scritti su disco. Timestamping associa ad ogni transazione e ad ogni risorsa una marca temporale con la quale consentire e controllare l'accesso delle transazioni alle risorse del database.

Bibliografia

• (EN) ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, and Durability.), in Dictionary of E-Business, Hoboken, Wiley, 2003.
• (EN) ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, and Durability), in Dictionary of Multimedia and Internet Applications: A Guide for Developers and Users, Hoboken, Wiley, 1999.

Altri progetti

Altri progetti

• Wikiversità

• Wikiversità contiene risorse su ACID