Controlo de Dados: 2PL e suas Variantes

Controlo de Dados Distribuídos

• O 2PL (Two-Phase Locking) divide a execução de transações em duas fases:
  • Fase de Crescimento: Aquisição de bloqueios, sem liberação.
  • Fase de Contração: Liberação de bloqueios, sem aquisição de novos.
• Tipos de Bloqueios:
  • Bloqueio Partilhado: Permite leituras simultâneas.
  • Bloqueio Exclusivo: Permite apenas uma transação por vez para escrita.

Variantes do 2PL

2PL Estrito

• Mantém bloqueios de escrita até ao fim da transação.
• Vantagens: Evita reversões em cascata e garante recuperabilidade.
• Desvantagens: Reduz a concorrência devido aos bloqueios prolongados.

2PL Centralizado

• Um nó central gerencia todos os bloqueios.
• Transações solicitam bloqueios ao nó central, que verifica a compatibilidade.
• Vantagens: Implementação simples e menor complexidade de coordenação.
• Desvantagens: Ponto único de falha e gargalo em sistemas grandes.

2PL Totalmente Distribuído

• Cada nó gerencia os bloqueios localmente.
• Transações solicitam bloqueios diretamente ao nó correto.
• Vantagens: Mais robusto e escalável.
• Desvantagens: Maior probabilidade de deadlocks e complexidade de implementação.

Protocolos de Concorrência

Protocolo de Ordenação por Marcas Temporais (Timestamp Ordering)

• Cada transação recebe um timestamp único no início.
• As operações são ordenadas por timestamp para garantir consistência.
• Leituras: Só são permitidas se não houver escrita posterior.
• Escritas: Só são permitidas se não houver leitura ou escrita posterior.
• Vantagens: Garante serializabilidade sem bloqueios, evitando deadlocks.
• Desvantagens: Possíveis rejeições de transações por conflitos.

Protocolo Baseado em Técnicas Otimistas

• Assume pouca ocorrência de conflitos.
• Três fases:
  • Fase de Leitura: Lê os dados e salva as alterações.
  • Fase de Validação: Verifica conflitos com outras transações.
  • Fase de Escrita: Grava os resultados se a validação for bem-sucedida.
• Vantagens: Evita overheads de bloqueios em sistemas com poucas colisões.
• Desvantagens: Custo de validação alto em alta concorrência. Existem rejeições de transações possíveis.

Protocolo de Snapshot Isolation (SI)

• Cada transação executa em um snapshot consistente do banco de dados.
• Modificações não são visíveis para outras transações até a confirmação.
• Leitura de uma "fotografia" consistente do banco de dados no início da transação.
• Vantagens: Evita bloqueios explícitos e reduz conflitos.
• Desvantagens: Possibilidade de não garantir serializabilidade em todos os casos.

Controle de Deadlocks

• Protocolos de bloqueio (especialmente 2PL) podem ter deadlocks.
• Deadlocks ocorrem quando transações aguardam indefinidamente pelos bloqueios umas das outras.
• Soluções:
  • Prevenção: Restrições para evitar deadlocks (ex.: ordem global de aquisição de bloqueios).
  • Detecção e Resolução: Monitoramento e abortamento de transações para quebrar ciclos de dependência.

Gestão de Falhas e Recuperação

• Falhas são inevitáveis em sistemas distribuídos.
• Gestão de falhas e recuperação garante disponibilidade e integridade.
• Técnicas:
  • Logs e Checkpoints: Registros de operações e backups periódicos para recuperação.
  • Replicação de Dados: Cópias em diferentes nós para lidar com falhas.
• Desafios: Falhas parciais e partições de rede.

Técnicas para Garantir Consistência e Atomicidade

• Consistência: Manutenção de um estado válido antes, durante e após transações.
  • Modelos:
    • Forte: Todas as réplicas tem os mesmos dados.
    • Eventual: As réplicas convergem para o mesmo estado (inconsistência temporária possível).
    • Snapshot Isolation: Cada transação vê um estado consistente no início.
  • One-Copy Serializability: Garante efeitos de transações em réplicas são equivalentes a uma única cópia.
• Atomicidade: Transações finalizadas completamente ou não finalizadas totalmente.
  • Técnicas em sistemas distribuídos (ex.: 2PC, 3PC).
  • Abort e Rollback: Reversão de alterações em caso de falha.

Teste seus conhecimentos sobre o controlo de dados distribuídos, focando no Two-Phase Locking (2PL) e suas variantes. Explore as fases de bloqueio e os diferentes tipos de bloqueios disponíveis, bem como as vantagens e desvantagens de cada abordagem. Prepare-se para uma avaliação abrangente sobre o tema.