數(shù)據(jù)庫原理與開發(fā)技術(shù) 課件 7.3 數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)

7.3數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)本章主要內(nèi)容：（1）事務(wù)：事務(wù)的概念、事務(wù)的ACID性質(zhì)、事務(wù)的狀態(tài)變遷圖（2）數(shù)據(jù)科的并發(fā)控制：并發(fā)操作產(chǎn)生的3類問題、鎖（3）數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)技術(shù)：重復(fù)存儲、寫日志（4）數(shù)據(jù)庫的完整性控制：數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性（5）數(shù)據(jù)庫的安全性控制：合法用法的授權(quán)訪問7.3數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在運(yùn)行時，很多因素，例如，軟件錯誤、硬件損壞、電源故障、機(jī)房失火、炮炸，甚至人為破壞等，都可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，并出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。DBMS的恢復(fù)管理子系統(tǒng)采取許多措施，保證在任何情況下保持事務(wù)的原子性和持久性，確保數(shù)據(jù)不丟失、不破壞。定義7-6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能把數(shù)據(jù)庫從被破壞、不正確的狀態(tài)恢復(fù)到最近一個正確的狀態(tài)，DBMS的這種能力稱為數(shù)據(jù)庫的可恢復(fù)性（Recovery）。

數(shù)據(jù)恢復(fù)的基本原理非常簡單，就是冗余。其中最常用的技術(shù)就是數(shù)據(jù)備份（backup）和記錄日志文件（log）。7.3數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)日志管理器負(fù)責(zé)用戶對數(shù)據(jù)庫的操作做好日志記錄，同時利用DBMS提供的功能，不停地做好數(shù)據(jù)庫備份。這兩點(diǎn)是數(shù)據(jù)庫恢復(fù)的基礎(chǔ)。一旦故障發(fā)生，利用備份文件進(jìn)行還原，在還原的基礎(chǔ)上利用日志文件進(jìn)行恢復(fù)，重新建立一個完整的數(shù)據(jù)庫?；謴?fù)的具體細(xì)節(jié)，與數(shù)據(jù)庫發(fā)生的故障種類有關(guān)。

7.3.1故障的種類數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能會發(fā)生各種各樣的故障，大致可分4類。

1.事務(wù)故障事務(wù)在執(zhí)行過程中發(fā)生的故障，稱為事務(wù)故障。此類故障只發(fā)生在單個或多個事務(wù)上，系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，其他事務(wù)不受影響。事務(wù)故障又分兩種：（1）可以預(yù)期的事務(wù)故障。通過程序本身可以發(fā)現(xiàn)，利用Rollback回滾事務(wù)，即可。例如例題7-1中的16行源代碼，銀行轉(zhuǎn)賬余額不足。

（2）不可預(yù)期的事務(wù)故障。指在程序中未估計(jì)到的錯誤，例如，運(yùn)算溢出、違反數(shù)據(jù)完整性約束、并發(fā)事務(wù)產(chǎn)生死鎖后被系統(tǒng)強(qiáng)制撤銷等。此時由系統(tǒng)直接對該事務(wù)進(jìn)行Undo（撤銷）處理。

7.3.1故障的種類

2.系統(tǒng)故障引起系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)、隨之要求系統(tǒng)必須重新啟動的事件，稱為“系統(tǒng)故障”。例如，硬件故障、軟件錯誤（包括DBMS、OS或應(yīng)用程序）、突然停電等。系統(tǒng)故障會影響正在運(yùn)行的所有事務(wù)，這些事務(wù)都是非正常終止，有些事務(wù)完成了提交，有些事務(wù)完成了部分提交，有些事務(wù)還在緩沖區(qū)內(nèi)沒有提交，這樣可能破壞數(shù)據(jù)庫的完整性，但不破壞整個數(shù)據(jù)庫。一般情況下，DBMS的恢復(fù)子系統(tǒng)必須在系統(tǒng)重新啟動時，對那些非正常終止的事務(wù)進(jìn)行處理，把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到正確狀態(tài)即可。

7.3.1故障的種類3.介質(zhì)故障硬盤上的數(shù)據(jù)庫遭到破壞，使得數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，這類故障稱為“介質(zhì)故障”，也稱硬故障。例如，硬盤損壞、磁頭碰撞等。發(fā)生這類故障時，一般使用最近的備份文件，還原數(shù)據(jù)，然后利用日志進(jìn)行恢復(fù)。計(jì)算機(jī)病毒是一種人為的故障或破壞，它是由某些人惡意編制的計(jì)算機(jī)程序，會像病毒一樣進(jìn)行傳播，并對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。

4.計(jì)算機(jī)病毒

7.3.2數(shù)據(jù)恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)數(shù)據(jù)恢復(fù)機(jī)制涉及兩個問題：一是如何做數(shù)據(jù)備份，二是如何利用備份文件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。其中，建立數(shù)據(jù)庫備份最常用的技術(shù)是：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲和記錄數(shù)據(jù)庫操作日志。數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲是指數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）定期地將整個數(shù)據(jù)庫復(fù)制到另一個磁盤或磁帶上保存起來。這些稱為數(shù)據(jù)庫的備份文件。一旦當(dāng)數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障而無法自動修復(fù)時，就可以利用最近的備份文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。這種方法，只能恢復(fù)轉(zhuǎn)儲時的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)，轉(zhuǎn)儲后的數(shù)據(jù)無法直接恢復(fù)，這時就要依賴日志文件進(jìn)行恢復(fù)，而且還有看故障的破壞程度。

1.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲

7.3.2數(shù)據(jù)恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲分：靜態(tài)轉(zhuǎn)儲和動態(tài)轉(zhuǎn)儲。一般DBMS都提供有數(shù)據(jù)庫備份的語句，或功能。例如，在MySQLWorkbench中，點(diǎn)擊如圖7-7中的DataExport（數(shù)據(jù)導(dǎo)出），可以對所選擇的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份。一旦發(fā)生介質(zhì)故障，就可以用備份的文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲，也稱數(shù)據(jù)庫備份，是指數(shù)據(jù)庫在沒有任何事務(wù)操作的狀態(tài)下，數(shù)據(jù)庫文件的復(fù)制，比較簡單，但能獲得一致性的副本。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲需要經(jīng)常定期或不定期進(jìn)行，每次都比較耗時，故DBA一般選擇在晚上進(jìn)行。每次備份后，僅能保存當(dāng)時的數(shù)據(jù)庫，不含備份后操作數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)。

7.3.2數(shù)據(jù)恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

7.3.2數(shù)據(jù)恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

7.3.2數(shù)據(jù)恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)動態(tài)轉(zhuǎn)儲，是指允許其他事務(wù)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作的同時進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的復(fù)制，這一般涉及到檢查點(diǎn)技術(shù)。日志文件是用來記錄事務(wù)對數(shù)據(jù)庫更新的文件。不同的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用的日志文件格式并不完全相同。概括起來有兩種格式：以記錄為單位形成日志文件、或以數(shù)據(jù)塊為單位的日記文件。

2.記錄日志文件

7.3.2數(shù)據(jù)恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)日志文件主要用于數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。主要作用有：（1）在事務(wù)故障和系統(tǒng)故障的恢復(fù)時必須使用日志文件進(jìn)行撤銷（Undo）