ocessamento de big data ao - ufpr · pÓs engenharia industrial 4.0 agenda universidade federal do...
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Aula #8 - Transações e concorrênciaEDUARDO CUNHA DE ALMEIDA
INDU
STRI
A 4.
0Pr
oces
sam
ento
de
Bi
g Da
ta
MARM
ELAD
A NO R
ING, F
ONTE
: EST
ADAO
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Agenda
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 2
- Transações - Atomicidade - Consistência - Isolamento - Durabilidade
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Transações criam e atualizam dados
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 3
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Transação
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 4
“Uma transação é uma sequência de uma ou mais operações de acesso em um banco de dados compartilhado.”
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Transação
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 5
“Uma transação é uma sequência de uma ou mais operações de acesso em um banco de dados compartilhado.”
SALDO=200
ex: depositar R$ 100,00 BANCO DE DADOS
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Transação
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 6
“Uma transação é uma sequência de uma ou mais operações de acesso em um banco de dados compartilhado.”
TEMP
O
SALDO=200
ex: depositar R$ 100,00 BANCO DE DADOS
LER saldo R$ 200,00depositar R$ 100,00ATUALIZAR saldo R$ 300,00
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Transação
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 7
“Uma transação é uma sequência de uma ou mais operações de acesso em um banco de dados compartilhado.”
TEMP
O
SALDO=300
ex: depositar R$ 100,00 BANCO DE DADOS
LER saldo R$ 200,00depositar R$ 100,00ATUALIZAR saldo R$ 300,00
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Transação
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 8
“Uma transação é uma sequência de uma ou mais operações de acesso em um banco de dados compartilhado.”
T1LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100ESCREVER saldoTE
MPO
SALDO=200
TRANSAÇÃO BANCO DE DADOS
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Transação
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 9
“Uma transação é uma sequência de uma ou mais operações de acesso em um banco de dados compartilhado.”
T1LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100ESCREVER saldoTE
MPO
SALDO=200
TRANSAÇÃO BANCO DE DADOS
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Transação
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 10
“Uma transação é uma sequência de uma ou mais operações de acesso em um banco de dados compartilhado.”
T1LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100ESCREVER saldoTE
MPO
SALDO=300
TRANSAÇÃO BANCO DE DADOS
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Estados de uma Transação
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 11
ATIVA PARCIAL
FALHA
CONFIRMADA
TERMINADA
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Estados de uma Transação
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 12
ATIVA PARCIAL
FALHA
CONFIRMADA
TERMINADA
LER, ESCREVER
INICIO DAS
OPERAÇÕES
FIM DAS
OPERAÇÕES
ABORT ABOR
T
COMMIT
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Propriedades de exatidão ACID
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 13
- Atomicidade: “tudo ou nada” - Consistência: “parece correto” - Isolamento: “como se estivesse sozinho” - Durabilidade: “modificações persistem após commit”
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Mecanismo pra manter Atomicidade
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 14
- Logging: “caixa preta do avião” Arquivo LOG
INSERT id=333, saldo=200
INSERT id=334, saldo=70
…
ESCR
ITAS
INSERT id=335, saldo=350
DELETE id=334
UPDATE saldo=90 (id=335)
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Mecanismo pra manter Atomicidade
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 15
- Logging: “caixa preta do avião”
T1LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100ESCREVER saldoTE
MPO
PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Arquivo LOGINSERT id=333, saldo=200
INSERT id=334, saldo=70
…
INSERT id=335, saldo=350
DELETE id=334
UPDATE saldo=90 (id=335)
15ES
CRITA
S
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Mecanismo pra manter Atomicidade
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 16
- Logging: “caixa preta do avião”
T1LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100ESCREVER saldoTE
MPO
PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Arquivo LOGINSERT id=333, saldo=200
INSERT id=334, saldo=70
…
INSERT id=335, saldo=350
DELETE id=334
UPDATE saldo=90 (id=335)
16
UPDATE saldo=300 (id=333)
ESCR
ITAS
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Mecanismo pra manter Atomicidade
17
- Logging: “caixa preta do avião”
PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Arquivo LOGINSERT id=333, saldo=200
INSERT id=334, saldo=70
…
INSERT id=335, saldo=350
DELETE id=334
UPDATE saldo=90 (id=335)
17
UPDATE saldo=300 (id=333)
ex: falta de energia elétrica
id saldo
333 200
334 70
335 90
TABELA
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Mecanismo pra manter Atomicidade
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 18
- Logging: “caixa preta do avião”
PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Arquivo LOGINSERT id=333, saldo=200
INSERT id=334, saldo=70
…
INSERT id=335, saldo=350
DELETE id=334
UPDATE saldo=90 (id=335)
18
UPDATE saldo=300 (id=333)
LEITU
RAid saldo
333 200
334 70
335 90
TABELA
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Mecanismo pra manter Atomicidade
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 19
- Logging: “caixa preta do avião”
PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Arquivo LOGINSERT id=333, saldo=200
INSERT id=334, saldo=70
…
INSERT id=335, saldo=350
DELETE id=334
UPDATE saldo=90 (id=335)
19
UPDATE saldo=300 (id=333)
LEITU
RAid saldo
333 200
334 70
335 90
TABELA
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Mecanismo pra manter Atomicidade
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 20
- Logging: “caixa preta do avião”
PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Arquivo LOGINSERT id=333, saldo=200
INSERT id=334, saldo=70
…
INSERT id=335, saldo=350
DELETE id=334
UPDATE saldo=90 (id=335)
20
UPDATE saldo=300 (id=333)
LEITU
RAid saldo
333 300
334 70
335 90
TABELA
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Mecanismo pra manter Atomicidade
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 21
- Logging: “caixa preta do avião”
PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Arquivo LOGINSERT id=333, saldo=200
INSERT id=334, saldo=70
…
INSERT id=335, saldo=350
DELETE id=334
UPDATE saldo=90 (id=335)
21
UPDATE saldo=300 (id=333)
LEITU
RAid saldo
333 300
334 70
335 90
TABELA
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Mecanismo pra manter Atomicidade
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 22
- Logging: “caixa preta do avião”
PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Arquivo LOGINSERT id=333, saldo=200
INSERT id=334, saldo=70
…
INSERT id=335, saldo=350
DELETE id=334
UPDATE saldo=90 (id=335)
22
UPDATE saldo=300 (id=333)
LEITU
RAid saldo
333 300
335 90
TABELA
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Isolamento
T1 T2operação operaçãooperação operaçãooperação operaçãooperação operação
TEMP
O Transações concorrentes não se interferem
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Problemas de Isolamento (1)
T1 T2LER saldo (id=333)
LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100
saldo = saldo - 100ESCREVER saldo
ESCREVER saldo
TEMP
O
SALDO=200
BANCO DE DADOS
DEPÓSITO DE R$ 100,00 RETIRADA DE R$ 100,00
ESPERADO APÓS T1 E T2 SALDO=200
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Problemas de Isolamento (1)
T1 T2LER saldo (id=333)
LER saldo (id=333)
TEMP
O
SALDO=200
BANCO DE DADOS
DEPÓSITO DE R$ 100,00 RETIRADA DE R$ 100,00
SALDO = 200
SALDO = 200
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Problemas de Isolamento (1)
T1 T2LER saldo (id=333)
LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100
saldo = saldo - 100TEMP
O
SALDO=200
BANCO DE DADOS
DEPÓSITO DE R$ 100,00 RETIRADA DE R$ 100,00
SALDO = 200
SALDO = 200
SALDO = 300
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Problemas de Isolamento (1)
T1 T2LER saldo (id=333)
LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100
saldo = saldo - 100ESCREVER saldo
TEMP
O
SALDO=300
BANCO DE DADOS
DEPÓSITO DE R$ 100,00 RETIRADA DE R$ 100,00
SALDO = 200
SALDO = 200
SALDO = 100
SALDO = 300
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Perda de atualização
T1 T2LER saldo (id=333)
LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100
saldo = saldo - 100ESCREVER saldo
ESCREVER saldo
TEMP
O
SALDO=100
BANCO DE DADOS
DEPÓSITO DE R$ 100,00 RETIRADA DE R$ 100,00
SALDO = 200
SALDO = 200
SALDO = 100
SALDO = 300
ESPERADO SALDO=200
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Problemas de Isolamento (2)
T1 T2LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100ESCREVER saldo
LER saldo (id=333)ABORT saldo = saldo - 300
ESCREVER saldo
TEMP
O
SALDO=200
BANCO DE DADOS
DEPÓSITO DE R$ 100,00 RETIRADA DE R$ 300,00
ESPERADO COM ABORT T1 SALDO=-100
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Problemas de Isolamento (2)
T1 T2LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100ESCREVER saldo
LER saldo (id=333)ABORT saldo = saldo - 300
ESCREVER saldo
TEMP
O
SALDO=200
BANCO DE DADOS
DEPÓSITO DE R$ 100,00 RETIRADA DE R$ 300,00
ESPERADO COM ABORT T1 SALDO=-100
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Problemas de Isolamento (2)
T1 T2LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100ESCREVER saldo
TEMP
O
SALDO=300
BANCO DE DADOS
DEPÓSITO DE R$ 100,00 RETIRADA DE R$ 300,00
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Problemas de Isolamento (2)
T1 T2LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100ESCREVER saldo
LER saldo (id=333)saldo = saldo - 300
TEMP
O
SALDO=300
BANCO DE DADOS
DEPÓSITO DE R$ 100,00
SALDO = 300
RETIRADA DE R$ 300,00
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Perda de leitura
T1 T2LER saldo (id=333)saldo = saldo + 100ESCREVER saldo
LER saldo (id=333)ABORT saldo = saldo - 300
ESCREVER saldo
TEMP
O
SALDO=0
BANCO DE DADOS
DEPÓSITO DE R$ 100,00 RETIRADA DE R$ 300,00
ESPERADO COM ABORT T1 SALDO=-100
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Mecanismo pra manter Isolamento - Pessimista: “evitar que aconteça um problema” - Otimista: “tratar o problema quando acontecer”
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Mecanismo pra manter Isolamento Reorganizar agenda de operações
T1 T2BEGINLER(A)ESCREVER(A) BEGIN
LER(A)ESCREVER(A)LER(B)ESCREVER(B)
LER(B) COMMITESCREVER(B)COMMIT
TEMP
O T1 T2
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Mecanismo pra manter Isolamento
T1 T2BEGINLER(A)ESCREVER(A) BEGIN
LER(A)ESCREVER(A)LER(B)ESCREVER(B)
LER(B) COMMITESCREVER(B)COMMIT
TEMP
O T1 T2
Reorganizar agenda de operações
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Mecanismo pra manter Isolamento
T1 T2BEGINLER(A)ESCREVER(A) BEGIN
LER(A)ESCREVER(A)LER(B)ESCREVER(B)
LER(B) COMMITESCREVER(B)COMMIT
TEMP
O T1 T2
Reorganizar agenda de operações
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Mecanismo pra manter Isolamento
T1 T2BEGINLER(A)ESCREVER(A)LER(B)ESCREVER(B) BEGINCOMMIT LER(A)
ESCREVER(A)LER(B)ESCREVER(B)COMMIT
TEMP
O
Execução serial!!!
Reorganizar agenda de operações
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 39
Teste de Conflito de Serialidade - Criar nó para cada Ti do agendamento S - Criar aresta Ti Tj para cada r(x) em Ti depois de w(x) em Tj - Criar aresta Ti Tj para cada w(x) em Ti depois de r(x) em Tj - Criar aresta Ti Tj para cada w(x) em Ti depois de w(x) em Tj
- Agendamento S é serializável se não existe ciclo
Legenda: r(x) leitura do atributo “x”, ex. r(saldo) w(x) escrita do atributo “x”, ex. r(saldo)
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Exemplo
T1 T2BEGINW(A) BEGIN
W(A)W(A) COMMITCOMMITTE
MPO T1 T2
Teste a serialidade do agendamento abaixo
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Exemplo
T1 T2BEGINW(A) BEGIN
W(A)W(A) COMMITCOMMITTE
MPO T1 T2
Teste a serialidade do agendamento abaixo
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Exemplo
T1 T2BEGINW(A) BEGIN
W(A)W(A) COMMITCOMMITTE
MPO T1 T2
Teste a serialidade do agendamento abaixo
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Exercício
T1 T2
T3
T1 T2 T3BEGINR(A) BEGIN
R(A)W(A) BEGIN
R(A)COMMIT W(A)
COMMIT COMMIT
TEMP
O
Teste a serialidade do agendamento abaixo
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 44
Protocolos para manter a “serialidade” dos agendamentos - Bloqueio - MVCC (timestamp) - Certificação
Mecanismo pra manter Isolamento
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Consistência do banco de dados Banco de dados representa o mundo real de forma precisa e segue restrições de integridade.
Transações no futuro observam os efeitos das transações passadas no banco de dados.
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Restrições NOT NULL
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 46
CREATE TABLE DEPARTAMENTO( DEPT_NAME VARCHAR(8), PREDIO VARCHAR(4), ORCAMENTO FLOAT NOT NULL );
DEPT_NAME PREDIO ORCAMENTO
INFORMATICA INF 400.000,00
MECANICA PG 700.000,00
ESTATISTICA PA 200.000,00
TABELA: DEPARTAMENTO
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Restrições NOT NULL
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 47
DEPT_NAME PREDIO ORCAMENTO
INFORMATICA INF 400.000,00
MECANICA PG 700.000,00
ESTATISTICA PA 200.000,00
FISICA PF NULL
TABELA: DEPARTAMENTO
NAO PERMITIDO PELO BD
CREATE TABLE DEPARTAMENTO( DEPT_NAME VARCHAR(8), PREDIO VARCHAR(4), ORCAMENTO FLOAT NOT NULL );
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Restrições: Cláusula CHECK
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 48
CREATE TABLE DEPARTAMENTO( DEPT_NAME VARCHAR(8), PREDIO VARCHAR(4), ORCAMENTO FLOAT CHECK (ORCAMENTO > 0.0), );
DEPT_NAME PREDIO ORCAMENTO
INFORMATICA INF 400.000,00
MECANICA PG 700.000,00
ESTATISTICA PA 200.000,00
TABELA: DEPARTAMENTO
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Restrições integridade referencial
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 49
CREATE TABLE DEPARTAMENTO( DEPT_NAME VARCHAR(8) PRIMARY KEY, PREDIO VARCHAR(4), ORCAMENTO FLOAT NOT NULL );
DEPT_NAME PREDIO ORCAMENTO
INFORMATICA INF 400.000,00
MECANICA PG 700.000,00
ESTATISTICA PA 200.000,00
TABELA: DEPARTAMENTO
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Restrições integridade referencial
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 50
CREATE TABLE DEPARTAMENTO( DEPT_NAME VARCHAR(8) PRIMARY KEY, PREDIO VARCHAR(4), ORCAMENTO FLOAT NOT NULL );
DEPT_NAME PREDIO ORCAMENTO
INFORMATICA INF 400.000,00
MECANICA PG 700.000,00
ESTATISTICA PA 200.000,00
TABELA: DEPARTAMENTO
CREATE TABLE PROFESSOR( ID VARCHAR(5) PRIMARY KEY, NOME VARCHAR(40), SALARIO CHECK (SALARIO > 900.0), FOREIGN KEY DEPT_NAME REFERENCES (DEPARTAMENTO) );
ID NOME SALARIO DEPT_NAME
1 JOSE 1200,00 ESTATISTICA
2 MARIA 3000,00 INFORMATICA
3 PEDRO 3000,00 INFORMATICA
4 PABLO 8000,00 MECANICA
TABELA: PROFESSOR
![Page 51: ocessamento de Big Data AO - UFPR · PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0 Agenda UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 2 - Transações - Atomicidade - Consistência - Isolamento - Durabilidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050602/5fa9a37fafafff72e442f0b8/html5/thumbnails/51.jpg)
PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Restrições integridade referencial
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 51
CREATE TABLE DEPARTAMENTO( DEPT_NAME VARCHAR(8) PRIMARY KEY, PREDIO VARCHAR(4), ORCAMENTO FLOAT NOT NULL );
DEPT_NAME PREDIO ORCAMENTO
INFORMATICA INF 400.000,00
MECANICA PG 700.000,00
ESTATISTICA PA 200.000,00
TABELA: DEPARTAMENTO
CREATE TABLE PROFESSOR( ID VARCHAR(5) PRIMARY KEY, NOME VARCHAR(40), SALARIO CHECK (SALARIO > 900.0), FOREIGN KEY DEPT_NAME REFERENCES (DEPARTAMENTO) );
ID NOME SALARIO DEPT_NAME
1 JOSE 1200,00 ESTATISTICA
2 MARIA 3000,00 INFORMATICA
3 PEDRO 3000,00 INFORMATICA
4 PABLO 8000,00 MECANICA
5 MARCUS 8000,00 FISICA
TABELA: PROFESSORNAO PERMITIDO PELO BD
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PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0
Restrições: Asserções
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 52
CREATE TABLE DEPARTAMENTO( DEPT_NAME VARCHAR(8) PRIMARY KEY, PREDIO VARCHAR(4), ORCAMENTO FLOAT NOT NULL );
CREATE ASSERTION ORACAMENTO_CONST CHECK( NOT EXISTS (SELECT DEPT_NAME
FROM DEPARTAMENTO WHERE ORACAMENTO < 0.0)
);
Asserções são generalizações das restrições anteriores.
![Page 53: ocessamento de Big Data AO - UFPR · PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0 Agenda UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 2 - Transações - Atomicidade - Consistência - Isolamento - Durabilidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050602/5fa9a37fafafff72e442f0b8/html5/thumbnails/53.jpg)
Durabilidade das transações Atualizações de transações falhas não são escritas no banco de dados.
Registros de arquivos de log (e shadow paging) podem ser usados para garantir a durabilidade.
![Page 54: ocessamento de Big Data AO - UFPR · PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0 Agenda UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 2 - Transações - Atomicidade - Consistência - Isolamento - Durabilidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050602/5fa9a37fafafff72e442f0b8/html5/thumbnails/54.jpg)
Transações no mundo real?
1800 txn/sec
9 bilhões txn/dia
1milhão txn/sec
![Page 55: ocessamento de Big Data AO - UFPR · PÓS ENGENHARIA INDUSTRIAL 4.0 Agenda UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 2 - Transações - Atomicidade - Consistência - Isolamento - Durabilidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050602/5fa9a37fafafff72e442f0b8/html5/thumbnails/55.jpg)
OLTP continua hot topic !!!
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Aula #8 - Transações e concorrênciaEDUARDO CUNHA DE ALMEIDA
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