10.2.2故障種類和恢復(fù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)

1、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論An Introduction to Database System第十章 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)中國(guó)人民大學(xué)信息學(xué)院第十章 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)10.1 事務(wù)的基本概念10.2 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)概述10.3 故障的種類10.4 恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)10.5 恢復(fù)策略10.6 具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)10.7 數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像10.8 小結(jié)10.2 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)概述故障是不可避免的計(jì)算機(jī)硬件故障軟件的錯(cuò)誤操作員的失誤惡意的破壞故障的影響運(yùn)行事務(wù)非正常中斷，影響數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的正確性 破壞數(shù)據(jù)庫(kù)，全部或部分丟失數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)概述（續(xù)）數(shù)據(jù)庫(kù)的恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)必須具有把數(shù)據(jù)庫(kù)從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)(亦稱為一致

2、狀態(tài)或完整狀態(tài))的功能，這就是數(shù)據(jù)庫(kù)的恢復(fù)管理系統(tǒng)對(duì)故障的對(duì)策恢復(fù)子系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分 恢復(fù)技術(shù)是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)第十章 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)10.1 事務(wù)的基本概念10.2 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)概述10.3 故障的種類10.4 恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)10.5 恢復(fù)策略10.6 具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)10.7 數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像10.8 小結(jié)故障的種類1.事務(wù)內(nèi)部的故障2.系統(tǒng)故障3.介質(zhì)故障4.計(jì)算機(jī)病毒1.事務(wù)內(nèi)部的故障事務(wù)內(nèi)部的故障有的是可以通過(guò)事務(wù)程序本身發(fā)現(xiàn)的(見下面轉(zhuǎn)賬事 務(wù)的例子)有的是非預(yù)期的，不能由事務(wù)程序處理的。 事務(wù)內(nèi)部的故障（續(xù)）例如，銀行轉(zhuǎn)賬事務(wù)，這個(gè)事務(wù)把一筆金額從一個(gè)賬戶

3、甲轉(zhuǎn)給另一個(gè)賬戶乙。 BEGIN TRANSACTION 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； /*事務(wù)內(nèi)部可能造成事務(wù)被回滾的情況*/ ROLLBACK; /*撤銷剛才的修改，恢復(fù)事務(wù)*/ ELSE 讀賬戶乙的余額BALANCE1; BALANCE1=BALANCE1+AMOUNT; 寫回BALANCE1; COMMIT;事務(wù)內(nèi)部的故障（續(xù)）這個(gè)例子所包括的兩個(gè)更新操作要么全部完成要么全部不做。否則就會(huì)使數(shù)據(jù)庫(kù)處于不一致狀態(tài)，例如只把賬戶甲的余額減少了

4、而沒有把賬戶乙的余額增加。在這段程序中若產(chǎn)生賬戶甲余額不足的情況，應(yīng)用程序可以發(fā)現(xiàn)并讓事務(wù)滾回，撤銷已作的修改，恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)到正確狀態(tài)。事務(wù)內(nèi)部的故障（續(xù)）事務(wù)內(nèi)部更多的故障是非預(yù)期的，是不能由應(yīng)用程序處理的。運(yùn)算溢出并發(fā)事務(wù)發(fā)生死鎖而被選中撤銷該事務(wù)違反了某些完整性限制而被終止等 以后，事務(wù)故障僅指這類非預(yù)期的故障事務(wù)內(nèi)部的故障（續(xù)）事務(wù)故障意味著事務(wù)沒有達(dá)到預(yù)期的終點(diǎn)(COMMIT或者顯式的ROLLBACK)數(shù)據(jù)庫(kù)可能處于不正確狀態(tài)。 事務(wù)故障的恢復(fù)：事務(wù)撤消（UNDO）強(qiáng)行回滾（ROLLBACK）該事務(wù)撤銷該事務(wù)已經(jīng)作出的任何對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改，使得該事務(wù)象根本沒有啟動(dòng)一樣2.系統(tǒng)故障系統(tǒng)故障

5、稱為軟故障，是指造成系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的任何事件，使得系統(tǒng)要重新啟動(dòng)。 整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行突然被破壞所有正在運(yùn)行的事務(wù)都非正常終止不破壞數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存中數(shù)據(jù)庫(kù)緩沖區(qū)的信息全部丟失系統(tǒng)故障的常見原因特定類型的硬件錯(cuò)誤（如CPU故障）操作系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)代碼錯(cuò)誤系統(tǒng)斷電系統(tǒng)故障的恢復(fù)發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，一些尚未完成的事務(wù)的結(jié)果可能已送入物理數(shù)據(jù)庫(kù)，造成數(shù)據(jù)庫(kù)可能處于不正確狀態(tài)。 恢復(fù)策略：系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，恢復(fù)程序讓所有非正常終止的事務(wù)回滾，強(qiáng)行撤消（UNDO）所有未完成事務(wù)系統(tǒng)故障的恢復(fù)發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，有些已完成的事務(wù)可能有一部分甚至全部留在緩沖區(qū)，尚未寫回到磁盤上的物理數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)故障使得這些事務(wù)對(duì)數(shù)

6、據(jù)庫(kù)的修改部分或全部丟失恢復(fù)策略：系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，恢復(fù)程序需要重做（REDO）所有已提交的事務(wù)3.介質(zhì)故障介質(zhì)故障稱為硬故障，指外存故障磁盤損壞磁頭碰撞瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)干擾介質(zhì)故障破壞數(shù)據(jù)庫(kù)或部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，并影響正在存取這部分?jǐn)?shù)據(jù)的所有事務(wù) 介質(zhì)故障比前兩類故障的可能性小得多，但破壞性大得多4.計(jì)算機(jī)病毒計(jì)算機(jī)病毒一種人為的故障或破壞，是一些惡作劇者研制的一種計(jì)算機(jī)程序可以繁殖和傳播，造成對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)的危害計(jì)算機(jī)病毒種類小的病毒只有20條指令，不到50B大的病毒像一個(gè)操作系統(tǒng)，由上萬(wàn)條指令組成計(jì)算機(jī)病毒（續(xù)）計(jì)算機(jī)病毒的危害有的病毒傳播很快，一旦侵入系統(tǒng)就馬上摧毀系統(tǒng)有的病毒有較長(zhǎng)的潛伏期，

7、計(jì)算機(jī)在感染后數(shù)天或數(shù)月才開始發(fā)病有的病毒感染系統(tǒng)所有的程序和數(shù)據(jù)有的只對(duì)某些特定的程序和數(shù)據(jù)感興趣 計(jì)算機(jī)病毒已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要威脅，自然也是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的主要威脅 數(shù)據(jù)庫(kù)一旦被破壞仍要用恢復(fù)技術(shù)把數(shù)據(jù)庫(kù)加以恢復(fù)故障小結(jié)各類故障，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的影響有兩種可能性一是數(shù)據(jù)庫(kù)本身被破壞二是數(shù)據(jù)庫(kù)沒有被破壞，但數(shù)據(jù)可能不正確，這是由于事務(wù)的運(yùn)行被非正常終止造成的?；謴?fù)恢復(fù)操作的基本原理：冗余利用存儲(chǔ)在系統(tǒng)別處的冗余數(shù)據(jù)來(lái)重建數(shù)據(jù)庫(kù)中已被破壞或不正確的那部分?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)：復(fù)雜一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，恢復(fù)子系統(tǒng)的代碼要占全部代碼的10%以上第十章 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)10.1 事務(wù)的基本概念10.2 數(shù)據(jù)庫(kù)恢

8、復(fù)概述10.3 故障的種類10.4 恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)10.5 恢復(fù)策略10.6 具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)10.7 數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像10.8 小結(jié)10.4 恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)恢復(fù)機(jī)制涉及的關(guān)鍵問題1. 如何建立冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)（backup）登記日志文件（logging）2. 如何利用這些冗余數(shù)據(jù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)10.4 恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)10.4.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)10.4.2 登記日志文件10.4.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)1.什么是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)2.轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法1.什么是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)轉(zhuǎn)儲(chǔ)是指數(shù)據(jù)庫(kù)管理員定期地將整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制到磁帶、磁盤或其他存儲(chǔ)介質(zhì)上保存起來(lái)的過(guò)程備用的數(shù)據(jù)文本稱為后備副本(backup)或后援副本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫(kù)遭到破壞

9、后可以將后備副本重新裝入重裝后備副本只能將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)的狀態(tài)要想恢復(fù)到故障發(fā)生時(shí)的狀態(tài)，必須重新運(yùn)行自轉(zhuǎn)儲(chǔ)以后的所有更新事務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)（續(xù)） 故障發(fā)生點(diǎn) 轉(zhuǎn)儲(chǔ) 運(yùn)行事務(wù)正常運(yùn)行 Ta Tb Tf 重裝后備副本 重新運(yùn)行事務(wù)恢復(fù) 例轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)（續(xù)）上圖中：系統(tǒng)在Ta時(shí)刻停止運(yùn)行事務(wù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)在Tb時(shí)刻轉(zhuǎn)儲(chǔ)完畢，得到Tb時(shí)刻的數(shù)據(jù)庫(kù)一致性副本系統(tǒng)運(yùn)行到Tf時(shí)刻發(fā)生故障為恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)，首先由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員重裝數(shù)據(jù)庫(kù)后備副本，將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)至Tb時(shí)刻的狀態(tài)重新運(yùn)行自TbTf時(shí)刻的所有更新事務(wù)，把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到故障發(fā)生前的一致狀態(tài)2.轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法（1）靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)（2）海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)與增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)（3

10、）轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法小結(jié)（1）靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)在系統(tǒng)中無(wú)運(yùn)行事務(wù)時(shí)進(jìn)行的轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作轉(zhuǎn)儲(chǔ)開始時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)處于一致性狀態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間不允許對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的任何存取、修改活動(dòng)得到的一定是一個(gè)數(shù)據(jù)一致性的副本 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：降低了數(shù)據(jù)庫(kù)的可用性轉(zhuǎn)儲(chǔ)必須等待正運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束 新的事務(wù)必須等轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)（續(xù)）動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作與用戶事務(wù)并發(fā)進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間允許對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取或修改優(yōu)點(diǎn)不用等待正在運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束不會(huì)影響新事務(wù)的運(yùn)行動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的缺點(diǎn)不能保證副本中的數(shù)據(jù)正確有效例在轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間的某時(shí)刻Tc，系統(tǒng)把數(shù)據(jù)A=100轉(zhuǎn)儲(chǔ)到磁帶上，而在下一時(shí)刻Td，某一事務(wù)將A改為200。 后備副本上的A過(guò)時(shí)了靜態(tài)轉(zhuǎn)

11、儲(chǔ)與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)（續(xù)）利用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)得到的副本進(jìn)行故障恢復(fù)需要把動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間各事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改活動(dòng)登記下來(lái)，建立日志文件后備副本加上日志文件就能把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到某一時(shí)刻的正確狀態(tài)（2）海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)與增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ): 每次轉(zhuǎn)儲(chǔ)全部數(shù)據(jù)庫(kù)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ): 只轉(zhuǎn)儲(chǔ)上次轉(zhuǎn)儲(chǔ)后更新過(guò)的數(shù)據(jù)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)與增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)比較從恢復(fù)角度看，使用海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)得到的后備副本進(jìn)行恢復(fù)往往更方便如果數(shù)據(jù)庫(kù)很大，事務(wù)處理又十分頻繁，則增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式更實(shí)用更有效（3）轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法小結(jié)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法分類轉(zhuǎn)儲(chǔ)狀態(tài)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)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)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式10.4 恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)10.4.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)10.4.2 登記日

12、志文件10.4.2 登記日志文件1.日志文件的格式和內(nèi)容2.日志文件的作用3.登記日志文件1.日志文件的格式和內(nèi)容什么是日志文件日志文件(log file)是用來(lái)記錄事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新操作的文件日志文件的格式以記錄為單位的日志文件以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以記錄為單位的日志文件內(nèi)容各個(gè)事務(wù)的開始標(biāo)記(BEGIN TRANSACTION)各個(gè)事務(wù)的結(jié)束標(biāo)記(COMMIT或ROLLBACK)各個(gè)事務(wù)的所有更新操作 以上均作為日志文件中的一個(gè)日志記錄 (log record)日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以記錄為單位的日志文件，每條日志記錄的內(nèi)容事務(wù)標(biāo)識(shí)（標(biāo)明是哪個(gè)事務(wù)） 操作類

13、型（插入、刪除或修改）操作對(duì)象（記錄ID、Block NO.）更新前數(shù)據(jù)的舊值（對(duì)插入操作而言，此項(xiàng)為空值）更新后數(shù)據(jù)的新值（對(duì)刪除操作而言, 此項(xiàng)為空值）日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件，每條日志記錄的內(nèi)容事務(wù)標(biāo)識(shí)被更新的數(shù)據(jù)塊2.日志文件的作用用途進(jìn)行事務(wù)故障恢復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)故障恢復(fù)協(xié)助后備副本進(jìn)行介質(zhì)故障恢復(fù)日志文件的作用（續(xù)）具體作用事務(wù)故障恢復(fù)和系統(tǒng)故障恢復(fù)必須用日志文件。在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式中必須建立日志文件，后備副本和日志文件結(jié)合起來(lái)才能有效地恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)。日志文件的作用（續(xù)）在靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式中，也可以建立日志文件。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)毀壞后可重新裝入后援副本把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束時(shí)刻的正確狀態(tài)利用日志文件，把已完成的事務(wù)進(jìn)行重做處理對(duì)故障發(fā)生時(shí)尚未完成的事務(wù)進(jìn)行撤銷處理不必重新運(yùn)行那些已完成的事務(wù)程序就可把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到故障前某一時(shí)刻的正確狀態(tài) 日志文件的作用（續(xù)） 故障發(fā)生點(diǎn) 靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ) 運(yùn)行事務(wù) 正常運(yùn)行 Ta Tb Tf 登記日志文件 重裝后備副本 利用日志文件恢復(fù)事務(wù) 繼續(xù)運(yùn)行介質(zhì)故障恢復(fù) 登記日志文件 利用日志文件恢復(fù)3.登記日志文件為保證數(shù)據(jù)庫(kù)是可恢復(fù)的，登記日志文件時(shí)必須遵循兩條原則登記的次序嚴(yán)格按并發(fā)事務(wù)執(zhí)