Lokitusjärjestelmät

Lokitusjärjestelmät ovat mekanismeja, joiden avulla useat prosessit tai säikeet voivat hallita jaettua resurssia siten, että tiedot pysyvät eheänä ja toiminnot suoritetaan oikeassa järjestyksessä rinnakkaisessa ympäristössä. Niiden tarkoituksena on estää kilpailutilanteet, datavirheet ja epäjohdonmukaisuudet, kun useat toimijat yrittävät muuttaa samaa dataa tai käyttää samaa resurssia samanaikaisesti.

Tyypit ja periaatteet

- Pessimistic locking: resurssi lukitaan välittömästi pääsyn yhteydessä, jotta muut eivät pääse käsiksi ennen varmistettua vapauttamista. Tämä sopii tilanteisiin, joissa konfliktit ovat todennäköisiä.

- Optimistic locking: lukkoja ei oleskella pääsyn aikana; ristiriidat havaitaan ja ratkaistaan yleensä takaisinyrityksen kautta tapahtumankerroilla, esimerkiksi versionumeron tai aikaleiman avulla.

- Lukon granulaatio (coarse-grained vs. fine-grained): coarse-grained lukitsee suuremman yksikön (esimerkiksi koko taulukon), fine-grained pienemmän yksikön (esimerkiksi yksittäinen rivi). Harkittu valinta vaikuttaa suorituskykyyn ja kilpailutilanteisiin.

- Lukon tilat: yhteinen (shared) ja yksinoikeus (exclusive) määrittelevät, voivatko useat lukijat samaan aikaan lukea vai voiko vain kirjoittaja muokata.

Käyttökohteet ja toteutukset

- Tietokannat ja tietovarastot: rivilukot, sivulukot sekä kahdenvaiheinen lukitus; pääasiallisena tarkoituksena on ylläpitää ACID-periaatteita ja määritellä eristyksen tasot.

- Käyttöjärjestelmät ja ohjelmistoa kehittävä koodi: mutex- ja spinlock-lukot, lukija-kirjoittaja lukot sekä semaforit.

- Hajautetut järjestelmät: hajautetut lukitusmekanismit ja palvelut, kuten Zookeeperin tai etdin hajautetut lukitukset; joitakin toteutuksia täydentävät ratkaisut, kuten Redlock.

Haasteet ja hallinta

Keskeisiä ilmiöitä ovat kuolevan lukitus, livelock sekä nälkä (starvation). Prioriteetin inversio ja lukitusstrategian väärä valinta voivat heikentää suorituskykyä. Hyvä käytäntö on valita sopiva lukitusgranulaatio, minimoida kilpailu ja toteuttaa testaus- ja monitorointityökaluja lukitusketjujen varmistamiseksi. Lokitusjärjestelmät ovat olennainen osa kokonaisvaltaista rinnakkaisuutta koskevaa suunnittelua sekä tietokanta- että ohjelmistoympäristöissä.