{ "cells": [ { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "## Seminarplatz-Vergabe\n", "\n", "In folgendem Problem geht es darum, dass eine Gruppe von Studierenden einen oder mehrere Seminarplätze in einem Kurs bekommen sollen. Es 8 Seminargruppen mit insgesamt 40 Plätzen, diese sind in der Tabelle `seminar_sessions` abgelegt.\n", "\n", "Bei einer Anmeldung einer einzelnen Person wird die Anzahl der Plätze in der Tabelle `seminar_sessions` um 1 reduziert und ein Eintrag in der Tabelle `seminar_registrations` erstellt. Dies darf natürlich nur passieren, wenn noch Plätze verfügbar sind.\n", "\n", "Die Anzahl der vergebenen Plätze in der Tabelle `seminar_registrations` und die Anzahl der verfügbaren Plätze in der Tabelle `seminar_sessions` müssen konsistent sein, also in der Summe 40 ergeben.\n", "\n", "In einem Lasttest mit mehreren Threads zeigt sich: Die Anzahl der vergebenen Plätze in der Tabelle `seminar_registrations` und die Anzahl der verfügbaren Plätze in der Tabelle `seminar_sessions` sind nicht konsistent! \n", "\n", "### Ihre Aufgabe:\n", "Führen Sie geeignete Transaktionen ein, um die Konsistenz zu gewährleisten!\n", "\n", "Implementierungen Sie dazu zunächst die Funktionen, die mit TODO gekennzeichnet sind, und passen Sie die Funktion `reserve_seat` an, um die Konsistenz zu gewährleisten.\n", "\n", "Am Code des Lasttests müssen Sie nichts ändern, er dient nur dazu, das Problem zu demonstrieren.\n", "\n", "### Bemerkungen:\n", "\n", "- nicht jeder Durchlauf verursacht Inkonsistenzen, manchmal müssen Sie den Code mehrmals ausführen, um Inkonsistenzen zu finden\n", "- auch Deadlocks können auftreten, diese müssen auch vermieden werden\n", "- die User-Tabelle wurde weggelassen, da sie für das Problem nicht relevant ist\n", "- an manchen Stellen ist der Code absichtlich etwas ineffizient gehalten, um die Inkonsistenzen zu begünstigen (z.B. würden Probleme mit Inkonsistenzen seltener auftreten, wenn die Query `UPDATE seminar_sessions SET seats = seats-1` lauten würde).\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 16, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "import psycopg2\n", "import psycopg2.extras" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 17, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "# Datenbankverbindung herstellen\n", "def get_connection():\n", " conn = psycopg2.connect(\n", " host=\"localhost\",\n", " port=5432,\n", " dbname=\"postgres\",\n", " user=\"postgres\",\n", " password=\"postgres\",\n", " )\n", "\n", " conn.autocommit = False\n", " return conn" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 18, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "# Tabelle erzeugen - immer wenn diese Zelle ausgeführt wird, wird die Tabelle neu erzeugt\n", "conn = get_connection()\n", "cursor = conn.cursor()\n", "cursor.execute(\"\"\"\n", " DROP TABLE IF EXISTS seminar_registrations CASCADE;\n", " DROP TABLE IF EXISTS seminar_sessions;\n", "\n", " CREATE TABLE IF NOT EXISTS seminar_sessions (\n", " id SERIAL PRIMARY KEY,\n", " seats INTEGER NOT NULL\n", " );\n", "\n", " INSERT INTO seminar_sessions (seats) VALUES\n", " (4), (4), (5), (5), (4), (10), (5), (3);\n", "\n", "\n", " CREATE TABLE IF NOT EXISTS seminar_registrations (\n", " user_id INTEGER NOT NULL,\n", " session_id INTEGER NOT NULL,\n", " FOREIGN KEY (session_id) REFERENCES seminar_sessions(id)\n", " );\n", "\"\"\")\n", "conn.commit()" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 19, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "Session 1: 4 free seats\n", "Session 2: 4 free seats\n", "Session 3: 5 free seats\n", "Session 4: 5 free seats\n", "Session 5: 4 free seats\n", "Session 6: 10 free seats\n", "Session 7: 5 free seats\n", "Session 8: 3 free seats\n", "freie Plätze 40\n", "belegte Plätze 0\n" ] } ], "source": [ "# Hilfsfunktion: Alle Seminar-Sessions ausgeben\n", "\n", "# Task: Alle Seminar-Sessions auf der Console ausgeben\n", "def show_sessions():\n", " with (\n", " get_connection() as conn,\n", " conn.cursor(cursor_factory=psycopg2.extras.DictCursor) as cur,\n", " ):\n", " cur.execute(\"SELECT id, seats FROM seminar_sessions ORDER BY id\")\n", " for row in cur.fetchall():\n", " print(f\"Session {row['id']}: {row['seats']} free seats\")\n", "\n", "# Anzahl aller freien Plätze bestimmen\n", "# Task: Anzahl freier Plätze bestimmen (Summe über die Spalte \"seats\")\n", "def count_free_seats():\n", " with get_connection() as conn, conn.cursor() as cur:\n", " cur.execute(\"SELECT COALESCE(SUM(seats), 0) FROM seminar_sessions\")\n", " return cur.fetchone()[0]\n", "\n", "# Anzahl der belegten Plätze bestimmen\n", "# Task: Anzahl belegter Plätze bestimmen (Anzahl der Einträge in der Tabelle seminar_registrations)\n", "def count_occupied_seats():\n", " with get_connection() as conn, conn.cursor() as cur:\n", " cur.execute(\"SELECT COUNT(*) FROM seminar_registrations\")\n", " return cur.fetchone()[0]\n", "\n", "# Testaufrufe\n", "\n", "# show_sessions()\n", "show_sessions()\n", "print(\"freie Plätze\", count_free_seats())\n", "print(\"belegte Plätze\", count_occupied_seats())" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 20, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "# Diese Funktion reserviert einen Platz in einer Transaktion.\n", "def reserve_seat(conn, user_id, session_id):\n", " \"\"\"Versucht, einen Seminarplatz für den gegebenen Benutzer in der angegebenen Session zu reservieren.\n", " Gibt True zurück, wenn die Reservierung erfolgreich war, sonst False. Die Operation wird in einer\n", " transaktionalen Einheit ausgeführt, um Inkonsistenzen zu vermeiden.\"\"\"\n", " with conn:\n", " with conn.cursor() as cur:\n", " cur.execute(\"SELECT seats FROM seminar_sessions WHERE id = %s FOR UPDATE\", (session_id,))\n", " seats = cur.fetchone()[0]\n", " if seats <= 0:\n", " return False\n", " cur.execute(\"UPDATE seminar_sessions SET seats = seats - 1 WHERE id = %s\", (session_id,))\n", " cur.execute(\n", " \"INSERT INTO seminar_registrations (user_id, session_id) VALUES (%s, %s)\",\n", " (user_id, session_id)\n", " )\n", " return True\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 21, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "import random\n", "\n", "# 20 zufällige Anmeldungen durchführen - diese Funktion wird später als Thread gestartet\n", "def random_seat_reservation(n=20):\n", " # jeder Thread hat seine eigene Verbindung\n", " conn = get_connection()\n", "\n", " # n mal einen zufälligen Platz für eine zufällige User-ID reservieren\n", " for _ in range(n):\n", " random_user_id = random.randint(1, 100)\n", " random_session_id = random.randint(1, 8)\n", "\n", " if reserve_seat(conn, random_user_id, random_session_id):\n", " print(\"User\", random_user_id, \"hat sich für Session\", random_session_id, \"angemeldet\")\n", " else:\n", " print(\"Session\", random_session_id, \"ist ausgebucht\")" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 22, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "Vor dem Lasttest:\n", "--------------------\n", "Freie Plätze: 40\n", "Belegte Plätze: 0\n", "Gesamt: 40\n", "Platzanzahl ist konsistent!\n", "--------------------\n", "User 25 hat sich für Session 3 angemeldet\n", "User 25 hat sich für Session 4 angemeldet\n", "User 31 hat sich für Session 8 angemeldet\n", "User 91 hat sich für Session 2 angemeldet\n", "User 66 hat sich für Session 1 angemeldet\n", "User 61 hat sich für Session 3 angemeldet\n", "User 53 hat sich für Session 7 angemeldet\n", "User 70 hat sich für Session 4 angemeldet\n", "User 98 hat sich für Session 3 angemeldet\n", "User 42 hat sich für Session 5 angemeldet\n", "User 22 hat sich für Session 7 angemeldet\n", "User 71 hat sich für Session 3 angemeldet\n", "User 50 hat sich für Session 2 angemeldet\n", "User 26 hat sich für Session 1 angemeldet\n", "User 53 hat sich für Session 5 angemeldet\n", "User 54 hat sich für Session 4 angemeldet\n", "User 72 hat sich für Session 1 angemeldet\n", "User 3 hat sich für Session 3 angemeldet\n", "User 95 hat sich für Session 7 angemeldet\n", "User 83 hat sich für Session 4 angemeldet\n", "Session 3 ist ausgebucht\n", "User 90 hat sich für Session 7 angemeldet\n", "User 78 hat sich für Session 1 angemeldet\n", "User 14 hat sich für Session 6 angemeldet\n", "User 84 hat sich für Session 7 angemeldet\n", "Session 1 ist ausgebucht\n", "User 75 hat sich für Session 8 angemeldet\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "Session 3 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "User 97 hat sich für Session 4 angemeldet\n", "User 93 hat sich für Session 6 angemeldet\n", "User 28 hat sich für Session 2 angemeldet\n", "User 92 hat sich für Session 8 angemeldet\n", "User 88 hat sich für Session 5 angemeldet\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "User 64 hat sich für Session 2 angemeldet\n", "User 14 hat sich für Session 6 angemeldet\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "User 74 hat sich für Session 5 angemeldet\n", "Session 3 ist ausgebucht\n", "Session 1 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "Session 2 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "Session 5 ist ausgebucht\n", "Session 4 ist ausgebucht\n", "Session 1 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "Session 4 ist ausgebucht\n", "Session 3 ist ausgebucht\n", "Session 2 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "Session 3 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "Session 3 ist ausgebucht\n", "Session 8 ist ausgebucht\n", "Session 8 ist ausgebucht\n", "Session 3 ist ausgebucht\n", "User 49 hat sich für Session 6 angemeldet\n", "Session 3 ist ausgebucht\n", "Session 1 ist ausgebucht\n", "User 23 hat sich für Session 6 angemeldet\n", "Session 2 ist ausgebucht\n", "Session 1 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "Session 2 ist ausgebucht\n", "Session 8 ist ausgebucht\n", "Session 2 ist ausgebucht\n", "Session 8 ist ausgebucht\n", "Session 5 ist ausgebucht\n", "User 9 hat sich für Session 6 angemeldet\n", "Session 3 ist ausgebucht\n", "Session 5 ist ausgebucht\n", "Session 4 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "User 13 hat sich für Session 6 angemeldet\n", "Session 2 ist ausgebucht\n", "Session 1 ist ausgebucht\n", "Session 2 ist ausgebucht\n", "Session 1 ist ausgebucht\n", "Session 8 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "Session 5 ist ausgebucht\n", "User 73 hat sich für Session 6 angemeldet\n", "Session 8 ist ausgebucht\n", "Session 8 ist ausgebucht\n", "Session 3 ist ausgebucht\n", "Session 1 ist ausgebucht\n", "Session 2 ist ausgebucht\n", "Session 4 ist ausgebucht\n", "Session 5 ist ausgebucht\n", "Session 4 ist ausgebucht\n", "Session 3 ist ausgebucht\n", "Session 2 ist ausgebucht\n", "Session 1 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "Session 7 ist ausgebucht\n", "Session 5 ist ausgebucht\n", "Nach dem Lasttest:\n", "--------------------\n", "Freie Plätze: 2\n", "Belegte Plätze: 38\n", "Gesamt: 40\n", "Platzanzahl ist konsistent!\n", "--------------------\n" ] } ], "source": [ "import threading\n", "\n", "# Diese Funktion gibt Informationen über die Belegung der Seminare aus\n", "def print_info():\n", " print('-'*20)\n", "\n", " free_seats = count_free_seats()\n", " occupied_seats = count_occupied_seats()\n", "\n", " print(\"Freie Plätze:\", free_seats)\n", " print(\"Belegte Plätze:\", occupied_seats)\n", " print(\"Gesamt:\", free_seats + occupied_seats)\n", "\n", " if free_seats + occupied_seats == 40:\n", " print(\"Platzanzahl ist konsistent!\")\n", " else:\n", " print(\"Platzanzahl ist inkonsistent!\")\n", "\n", " print('-'*20)\n", "\n", "# -------------------------------------------------------------------------\n", "# Mini-Lasttest, 5 Threads starten, die jeweils 20 Reservierungen vornehmen\n", "# -------------------------------------------------------------------------\n", "\n", "print(\"Vor dem Lasttest:\")\n", "print_info()\n", "\n", "threads = [ threading.Thread(target=random_seat_reservation) for _ in range(5)]\n", "\n", "# Threads starten\n", "for t in threads:\n", " t.start()\n", "\n", "# Auf das Ende der Threads warten\n", "for t in threads:\n", " t.join()\n", "\n", "\n", "print(\"Nach dem Lasttest:\")\n", "print_info()" ] } ], "metadata": { "kernelspec": { "display_name": "code (3.13.2)", "language": "python", "name": "python3" }, "language_info": { "codemirror_mode": { "name": "ipython", "version": 3 }, "file_extension": ".py", "mimetype": "text/x-python", "name": "python", "nbconvert_exporter": "python", "pygments_lexer": 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