第10章數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)2014

1第10章

數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)

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要點(diǎn)（1）事務(wù)（2）故障及其類(lèi)型（3）數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)（4）數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)策略310.1事務(wù)的基本概念10.1.1事務(wù)（Transaction）1.事務(wù)【定義】用戶定義的一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)操作序列，是一個(gè)不可分割的工作單位。（1）在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，事務(wù)可以是一條、一組SQL語(yǔ)句，或整個(gè)程序。（2）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中通常有多個(gè)事務(wù)并行運(yùn)行。（3）數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)和并發(fā)控制的基本單位。2.事務(wù)和程序的區(qū)別程序可以包含多個(gè)事務(wù)。43.SQL語(yǔ)言中事務(wù)的定義語(yǔ)句事務(wù)的開(kāi)始和結(jié)束可以由用戶顯式控制。如果用戶沒(méi)有定義，則由DBMS按缺省規(guī)定自動(dòng)劃分事務(wù)。SQL定義事務(wù)的語(yǔ)句：Begintransaction(事務(wù)開(kāi)始)…Commit(事務(wù)提交，正常結(jié)束，將更新結(jié)果寫(xiě)入磁盤(pán))/Rollback(事務(wù)回滾，撤銷(xiāo)事務(wù)中所有已完成的更新)5BEGINTRANSACTION

讀賬戶甲的余額balance;balance=balance–amount;//amount為轉(zhuǎn)賬金額

if(balance<0)then{打印‘金額不足，不能轉(zhuǎn)賬’；

ROLLBACK;//撤銷(xiāo)剛才的修改，恢復(fù)事務(wù)

}else{讀賬戶乙的金額balance1;balance1=balance1+amount;

寫(xiě)回balance1;

COMMIT;}事務(wù)示例610.1.2事務(wù)的性質(zhì)(ACID特性）1.原子性(Atomicity)事務(wù)中的操作要么都做，要么都不做(AllorNone)。2.一致性(Consistency)事務(wù)執(zhí)行的結(jié)果必須使數(shù)據(jù)庫(kù)從一個(gè)一致性狀態(tài)變到另一個(gè)一致性狀態(tài)。

與原子性密切相關(guān)7事務(wù)的性質(zhì)(ACID特性）3.隔離性(Isolation)并發(fā)執(zhí)行的各事務(wù)不能相互干擾4.持續(xù)性/永久性(Durability)事務(wù)一旦提交，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新不再受后繼操作或故障的影響

DBMS中事務(wù)處理必須保證其ACID特性，這樣才能保證數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的安全和正確。8事務(wù)型DBMS中必備的機(jī)制（1）事務(wù)是恢復(fù)和并發(fā)控制的基本單位（2）恢復(fù)機(jī)制與并發(fā)控制機(jī)制的提出事務(wù)在運(yùn)行過(guò)程中因某種故障被強(qiáng)行終止，數(shù)據(jù)庫(kù)一致性被破壞，需進(jìn)行恢復(fù)。多個(gè)事務(wù)并行運(yùn)行時(shí)，不同事務(wù)的各種操作交叉進(jìn)行，為保證各事務(wù)的執(zhí)行互不干擾，需進(jìn)行并發(fā)控制。910.2數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)概述數(shù)據(jù)庫(kù)由于某些故障發(fā)生可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)被破壞或影響數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的一致性(或完整性、正確性)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)將數(shù)據(jù)庫(kù)從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某個(gè)一致?tīng)顟B(tài)，它是數(shù)據(jù)庫(kù)可靠性的保證。數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)機(jī)制是衡量某DBMS系統(tǒng)性能的指標(biāo)之一，對(duì)系統(tǒng)可靠性起決定作用，對(duì)運(yùn)行效率有很大影響。1010.3故障的種類(lèi)及其影響10.3.1故障的種類(lèi)1.事務(wù)內(nèi)部故障事務(wù)在運(yùn)行至正常終止點(diǎn)(commit或rollback)前被終止。包括（預(yù)期的、非預(yù)期的）能由事務(wù)所在程序處理的，如條件不滿足等。不能由事務(wù)所在程序處理的，如運(yùn)算溢出等。這類(lèi)恢復(fù)操作稱(chēng)為事務(wù)撤消。預(yù)期故障非預(yù)期故障11故障的種類(lèi)2.系統(tǒng)故障(system)

系統(tǒng)重啟、OS故障、DBMS代碼錯(cuò)誤、掉電等。發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)：（1）一些尚未完成的事務(wù)的結(jié)果可能已經(jīng)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。（UNDO）（2）有些已完成的事務(wù)的結(jié)果甚至駐留在緩沖區(qū)中。（REDO）12故障的種類(lèi)3.介質(zhì)故障(medium)介質(zhì)故障也稱(chēng)為硬故障。如：磁盤(pán)損壞等。這類(lèi)事故破壞數(shù)據(jù)庫(kù)或部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。4.計(jì)算機(jī)病毒(virus)這類(lèi)事故破壞數(shù)據(jù)庫(kù)或部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。1310.3.2故障對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的可能影響（1）數(shù)據(jù)庫(kù)本身被破壞，使數(shù)據(jù)庫(kù)中全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失。如：介質(zhì)故障、計(jì)算機(jī)病毒等。（2）數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有被破壞，但因事務(wù)的運(yùn)行被非正常終止而使數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)失去一致性(正確性)。如：事務(wù)內(nèi)部故障、系統(tǒng)故障、計(jì)算機(jī)病毒等。1410.4恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)（1）數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)的基本原理利用存儲(chǔ)在系統(tǒng)別處的冗余數(shù)據(jù)來(lái)重建。（2）恢復(fù)技術(shù)的兩個(gè)關(guān)鍵①如何建立冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)登錄日志文件②如何利用冗余數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)1510.4.1建立冗余數(shù)據(jù)的方法一：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)轉(zhuǎn)儲(chǔ)狀態(tài)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)動(dòng)態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)動(dòng)態(tài)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)靜態(tài)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)每次轉(zhuǎn)儲(chǔ)全部數(shù)據(jù)庫(kù)每次轉(zhuǎn)儲(chǔ)更新過(guò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和用戶事務(wù)可以并發(fā)執(zhí)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間不執(zhí)行任何用戶事務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)：定期進(jìn)行磁盤(pán)備份形成后備副本由DBA定義適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)儲(chǔ)周期。16數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)正常運(yùn)行：靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)運(yùn)行事務(wù)故障發(fā)生點(diǎn)登記日志文件TaTbTf恢復(fù)：重裝后備副本轉(zhuǎn)儲(chǔ)耗費(fèi)時(shí)間、資源，應(yīng)定期進(jìn)行重新運(yùn)行事務(wù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)1710.4.2建立冗余數(shù)據(jù)的方法二——登記日志文件1.登記日志文件（Logging）日志文件：記錄事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新操作。（1）以記錄為單位的日志文件事務(wù)的開(kāi)始標(biāo)記，事務(wù)的結(jié)束標(biāo)記各個(gè)事務(wù)的所有更新操作日志記錄的內(nèi)容：事務(wù)標(biāo)識(shí)TransID,操作類(lèi)型UpdateType,操作對(duì)象RecordID,更新前的舊值OldValue,更新后的新值NewValue（2）以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件事務(wù)標(biāo)識(shí)，被更新的數(shù)據(jù)塊18（3）登記日志文件必須遵循的原則①登記的次序嚴(yán)格按并發(fā)事務(wù)執(zhí)行的時(shí)間次序。②必須先寫(xiě)日志文件，后寫(xiě)數(shù)據(jù)庫(kù)。(WriteAfterLogging)192.恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)

通常在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中綜合使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和登錄日志文件這兩種方法，配合使用后備副本和日志文件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)。利用日志文件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)（1）事務(wù)故障恢復(fù)和系統(tǒng)故障恢復(fù)須用日志文件（2）通常綜合數(shù)據(jù)庫(kù)后備副本和日志文件將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)至某個(gè)一致?tīng)顟B(tài)(視轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法而定)（3）恢復(fù)時(shí)，對(duì)故障發(fā)生時(shí)已提交的事務(wù)進(jìn)行重做(Redo，再執(zhí)行)，而對(duì)未提交的事務(wù)進(jìn)行撤銷(xiāo)(Undo，逆操作)2110.5恢復(fù)策略10.5.1事務(wù)故障的恢復(fù)（1）反向掃描日志文件，查找事務(wù)的更新操作。（2）對(duì)該事務(wù)中的更新操作執(zhí)行逆向操作。說(shuō)明：由系統(tǒng)自動(dòng)完成。10.5.2系統(tǒng)故障的恢復(fù)（1）正向掃描日志文件，生成Redo（已提交的事務(wù)）和Undo隊(duì)列（尚未完成的事務(wù)）。（2）對(duì)Undo隊(duì)列中的各事務(wù)進(jìn)行Undo。（3）對(duì)Redo隊(duì)列中的各事務(wù)進(jìn)行Redo。說(shuō)明：由系統(tǒng)在重啟時(shí)自動(dòng)完成。2210.5.3介質(zhì)故障的恢復(fù)（1）裝入最新后備副本和有關(guān)日志文件副本使數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到最近一次轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)的一致性狀態(tài)。（2）正向掃描日志文件，生成Redo（已提交的事務(wù)）和Undo隊(duì)列（尚未完成的事務(wù)）。（3）對(duì)Undo隊(duì)列中的各事務(wù)進(jìn)行Undo。（4）對(duì)Redo隊(duì)列中的各事務(wù)進(jìn)行Redo。說(shuō)明：裝入副本由DBA介入完成，并執(zhí)行DBMS提供的恢復(fù)命令。2310.6具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)1.引入檢查點(diǎn)的原因(CheckPoint)減少對(duì)日志記錄的搜索和Redo處理，改善恢復(fù)效率。即數(shù)據(jù)更新已寫(xiě)庫(kù)，不需REDO處理。2.具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)（1）在日志文件中增加檢查點(diǎn)記錄，其內(nèi)容包括：建立檢查點(diǎn)時(shí)刻所有正在執(zhí)行的事務(wù)清單。這些事務(wù)最近一個(gè)日志記錄的地址。24具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)（2）增加重新開(kāi)始文件 用來(lái)記錄各個(gè)檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址動(dòng)態(tài)維護(hù)日志文件的方法：周期性地執(zhí)行（定期或不定期）如下操作：建立檢查點(diǎn)，保存數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)。253.建立檢查點(diǎn)的步驟（1）將當(dāng)前日志緩沖中的所有日志記錄寫(xiě)入磁盤(pán)的日志文件；（2）在日志文件中寫(xiě)入一個(gè)檢查點(diǎn)記錄；（3）將當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的所有數(shù)據(jù)記錄寫(xiě)入磁盤(pán)的數(shù)據(jù)庫(kù)中；（4）把檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址寫(xiě)入一個(gè)重新開(kāi)始文件。264.使用檢查點(diǎn)恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行恢復(fù)的步驟（1）從重新開(kāi)始文件中找到最后一個(gè)檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址，由該地址在日志文件中找到最后一個(gè)檢查點(diǎn)記錄；（2）由該檢查點(diǎn)記錄得到檢查點(diǎn)建立時(shí)刻所有正在執(zhí)行的事務(wù)清單；（3）從檢查點(diǎn)開(kāi)始正向掃描日志文件；（4）有新開(kāi)始的事務(wù)Ti，把Ti暫時(shí)放入U(xiǎn)ndo隊(duì)列；（5）如有提交的事務(wù)Tj，把Tj移入Redo隊(duì)列；（6）對(duì)Undo隊(duì)列中的各事務(wù)進(jìn)行Undo，再對(duì)Redo隊(duì)列中的各事務(wù)進(jìn)行Redo。27實(shí)例：恢復(fù)子系統(tǒng)采取的不同策略T1T2T3T5T4時(shí)間系統(tǒng)故障檢查點(diǎn)不要REDOREDO撤銷(xiāo)REDO撤銷(xiāo)2810.7數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像(Mirror)

1.概念數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像為避免介質(zhì)故障造成的損失而提出的，由DBA提出要求或當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)更新時(shí)，DBMS