DB第10章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)

主講：彭柳芬數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用第十章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)第十章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)10.1事務(wù)的基本概念10.2數(shù)據(jù)庫恢復(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)庫鏡像10.8小結(jié)10.1事務(wù)的基本概念一、什么是事務(wù)二、如何定義事務(wù)三、事務(wù)的特性一、什么是事務(wù)事務(wù)(Transaction)是用戶定義的一個數(shù)據(jù)庫操作序列，這些操作要么全做，要么全不做，是一個不可分割的工作單位事務(wù)和程序是兩個概念在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，一個事務(wù)可以是一條SQL語句，一組SQL語句或整個程序一個應(yīng)用程序通常包含多個事務(wù)事務(wù)是恢復(fù)和并發(fā)控制的基本單位二、如何定義事務(wù)顯式定義方式

BEGINTRANSACTIONBEGINTRANSACTIONSQL語句1SQL語句1SQL語句2SQL語句2。。。。。。。。。。COMMITROLLBACK隱式方式當(dāng)用戶沒有顯式地定義事務(wù)時，DBMS按缺省規(guī)定自動劃分事務(wù)事務(wù)結(jié)束COMMIT事務(wù)正常結(jié)束提交事務(wù)的所有操作（讀+更新）事務(wù)中所有對數(shù)據(jù)庫的更新永久生效ROLLBACK事務(wù)異常終止事務(wù)運(yùn)行的過程中發(fā)生了故障，不能繼續(xù)執(zhí)行回滾事務(wù)的所有更新操作事務(wù)滾回到開始時的狀態(tài)三、事務(wù)的特性(ACID特性)事務(wù)的ACID特性：原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔離性（Isolation）持續(xù)性（Durability）1.原子性事務(wù)是數(shù)據(jù)庫的邏輯工作單位事務(wù)中包括的諸操作要么都做，要么都不做2.一致性事務(wù)執(zhí)行的結(jié)果必須是使數(shù)據(jù)庫從一個一致性狀態(tài)變到另一個一致性狀態(tài)一致性狀態(tài)： 數(shù)據(jù)庫中只包含成功事務(wù)提交的結(jié)果不一致狀態(tài)： 數(shù)據(jù)庫中包含失敗事務(wù)的結(jié)果一致性與原子性銀行轉(zhuǎn)帳：從帳號A中取出一萬元，存入帳號B。定義一個事務(wù)，該事務(wù)包括兩個操作這兩個操作要么全做，要么全不做全做或者全不做，數(shù)據(jù)庫都處于一致性狀態(tài)。如果只做一個操作，數(shù)據(jù)庫就處于不一致性狀態(tài)。

B=B+1

A=A-1

B

A3.隔離性對并發(fā)執(zhí)行而言一個事務(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)干擾一個事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對其他并發(fā)事務(wù)是隔離的并發(fā)執(zhí)行的各個事務(wù)之間不能互相干擾T1的修改被T2覆蓋了！

讀A=16

A←A-3寫回A=13①讀A=16

②

③A←A-1寫回A=15

④T2T14.持續(xù)性持續(xù)性也稱永久性（Permanence）一個事務(wù)一旦提交，它對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的改變就應(yīng)該是永久性的。接下來的其他操作或故障不應(yīng)該對其執(zhí)行結(jié)果有任何影響。事務(wù)的特性保證事務(wù)ACID特性是事務(wù)處理的任務(wù)破壞事務(wù)ACID特性的因素多個事務(wù)并行運(yùn)行時，不同事務(wù)的操作交叉執(zhí)行事務(wù)在運(yùn)行過程中被強(qiáng)行停止10.2數(shù)據(jù)庫恢復(fù)故障是不可避免的計算機(jī)硬件故障系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的錯誤操作員的失誤惡意的破壞故障的影響運(yùn)行事務(wù)非正常中斷破壞數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)一、事務(wù)故障什么是事務(wù)故障某個事務(wù)在運(yùn)行過程中由于種種原因未運(yùn)行至正常終止點(diǎn)就夭折了事務(wù)故障的常見原因輸入數(shù)據(jù)有誤運(yùn)算溢出違反了某些完整性限制某些應(yīng)用程序出錯并行事務(wù)發(fā)生死鎖。。。。10.3故障種類事務(wù)故障的恢復(fù)發(fā)生事務(wù)故障時，夭折的事務(wù)可能已把對數(shù)據(jù)庫的部分修改寫回磁盤事務(wù)故障的恢復(fù)：撤消事務(wù)（UNDO）強(qiáng)行回滾（ROLLBACK）該事務(wù)清除該事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的所有修改，使得這個事務(wù)象根本沒有啟動過一樣二、系統(tǒng)故障什么是系統(tǒng)故障整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行突然被破壞所有正在運(yùn)行的事務(wù)都非正常終止內(nèi)存中數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)的信息全部丟失外部存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)未受影響系統(tǒng)故障的常見原因操作系統(tǒng)或DBMS代碼錯誤操作員操作失誤特定類型的硬件錯誤（如CPU故障）突然停電系統(tǒng)故障的恢復(fù)

清除尚未完成的事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的所有修改系統(tǒng)重新啟動時，恢復(fù)程序要強(qiáng)行撤消（UNDO）所有未完成事務(wù)將緩沖區(qū)中已完成事務(wù)提交的結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)重新啟動時，恢復(fù)程序需要重做（REDO）所有已提交的事務(wù)三、介質(zhì)故障硬件故障使存儲在外存中的數(shù)據(jù)部分丟失或全部丟失介質(zhì)故障比前兩類故障的可能性小得多，但破壞性大得多介質(zhì)故障的常見原因硬件故障——磁盤損壞、磁頭碰撞、操作系統(tǒng)的某種潛在錯誤、瞬時強(qiáng)磁場干擾介質(zhì)故障的恢復(fù)裝入數(shù)據(jù)庫發(fā)生介質(zhì)故障前某個時刻的數(shù)據(jù)副本重做自此時始的所有成功事務(wù)，將這些事務(wù)已提交的結(jié)果重新記入數(shù)據(jù)庫恢復(fù)操作的基本原理恢復(fù)操作的基本原理：冗余利用存儲在系統(tǒng)其它地方的冗余數(shù)據(jù)來重建數(shù)據(jù)庫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)雜一個大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，恢復(fù)子系統(tǒng)的代碼要占全部代碼的10%以上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（backup）登錄日志文件（logging）2.如何利用這些冗余數(shù)據(jù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫恢復(fù)

10.4.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲一、什么是轉(zhuǎn)儲二、轉(zhuǎn)儲的用途三、轉(zhuǎn)儲方法一、什么是轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲是指DBA將整個數(shù)據(jù)庫復(fù)制到磁帶或另一個磁盤上保存起來的過程。這些備用的數(shù)據(jù)文本稱為后備副本或后援副本。二、轉(zhuǎn)儲方法1．靜態(tài)轉(zhuǎn)儲與動態(tài)轉(zhuǎn)儲2．海量轉(zhuǎn)儲與增量轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲方法分類

轉(zhuǎn)儲狀態(tài)動態(tài)轉(zhuǎn)儲靜態(tài)轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲方式海量轉(zhuǎn)儲動態(tài)海量轉(zhuǎn)儲靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲增量轉(zhuǎn)儲動態(tài)增量轉(zhuǎn)儲靜態(tài)增量轉(zhuǎn)儲10.4.2登記日志文件一、日志文件的內(nèi)容二、日志文件的用途三、登記日志文件的原則一、日志文件的內(nèi)容1.什么是日志文件日志文件(log)是用來記錄事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新操作的文件2.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3.日志文件內(nèi)容各個事務(wù)的開始標(biāo)記(BEGINTRANSACTION)各個事務(wù)的結(jié)束標(biāo)記(COMMIT或ROLLBACK)各個事務(wù)的所有更新操作與事務(wù)有關(guān)的內(nèi)部更新操作上述內(nèi)容均為日志文件中的一個日志記錄(logrecord)4.基于記錄的日志文件每條日志記錄的內(nèi)容事務(wù)標(biāo)識操作類型（插入、刪除或修改）操作對象（記錄ID、BlockNO.）更新前數(shù)據(jù)的舊值（對插入操作而言，此項為空值）更新后數(shù)據(jù)的新值（對刪除操作而言,此項為空值）5.基于數(shù)據(jù)塊的日志文件每條日志記錄的內(nèi)容事務(wù)標(biāo)識（標(biāo)明是那個事務(wù)）操作對象（記錄ID、BlockNO.）更新前數(shù)據(jù)所在整個數(shù)據(jù)塊的值（對插入操作而言，此項為空值）更新后整個數(shù)據(jù)塊的值（對刪除操作而言,此項為空值）二、日志文件的用途1．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)2．與靜態(tài)轉(zhuǎn)儲后備副本配合進(jìn)行介質(zhì)故障恢復(fù)3．介質(zhì)故障恢復(fù)：LOGFILE+動態(tài)轉(zhuǎn)儲后備副本三、登記日志文件的原則為保證數(shù)據(jù)庫是可恢復(fù)的，登記日志文件時必須遵循兩條原則登記的次序嚴(yán)格按并行事務(wù)執(zhí)行的時間次序必須先寫日志文件，后寫數(shù)據(jù)庫寫日志文件操作：把表示這個修改的日志記錄寫到日志文件寫數(shù)據(jù)庫操作：把對數(shù)據(jù)的修改寫到數(shù)據(jù)庫中登記日志文件的原則（續(xù)）為什么要先寫日志文件寫數(shù)據(jù)庫和寫日志文件是兩個不同的操作在這兩個操作之間可能發(fā)生故障如果先寫了數(shù)據(jù)庫修改，而在日志文件中沒有登記下這個修改，則以后就無法恢復(fù)這個修改了如果先寫日志，但沒有修改數(shù)據(jù)庫，按日志文件恢復(fù)時只不過是多執(zhí)行一次不必要的UNDO操作，并不會影響數(shù)據(jù)庫的正確性10.5恢復(fù)策略10.5.1事務(wù)故障的恢復(fù)10.5.2系統(tǒng)故障的恢復(fù)10.5.3介質(zhì)故障的恢復(fù)10.5.1事務(wù)故障的恢復(fù)事務(wù)故障：事務(wù)在運(yùn)行至正常終止點(diǎn)前被中止恢復(fù)方法由恢復(fù)子系統(tǒng)應(yīng)利用日志文件撤消（UNDO）此事務(wù)已對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行的修改事務(wù)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)自動完成，不需要用戶干預(yù)事務(wù)故障的恢復(fù)步驟1.反向掃描文件日志（即從最后向前掃描日志文件），查找該事務(wù)的更新操作。2.對該事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作。即將日志記錄中“更新前的值”（BeforImage,BI）寫入數(shù)據(jù)庫。插入操作，“更新前的值”為空，則相當(dāng)于做刪除操作刪除操作，“更新后的值”為空，則相當(dāng)于做插入操作若是修改操作，則用BI代替AI（AfterImage）事務(wù)故障的恢復(fù)步驟3.繼續(xù)反向掃描日志文件，查找該事務(wù)的其他更新操作，并做同樣處理。4.如此處理下去，直至讀到此事務(wù)的開始標(biāo)記，事務(wù)故障恢復(fù)就完成了。10.5.2系統(tǒng)故障的恢復(fù)系統(tǒng)故障造成數(shù)據(jù)庫不一致狀態(tài)的原因一些未完成事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新已寫入數(shù)據(jù)庫一些已提交事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新還留在緩沖區(qū)沒來得及寫入數(shù)據(jù)庫恢復(fù)方法1.Undo故障發(fā)生時未完成的事務(wù)2.Redo已完成的事務(wù)系統(tǒng)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)在重新啟動時自動完成，不需要用戶干預(yù)10.5.3介質(zhì)故障的恢復(fù)1.重裝數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到一致性狀態(tài)2.重做已完成的事務(wù)10.6具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)一、問題的提出二、檢查點(diǎn)技術(shù)三、利用檢查點(diǎn)的恢復(fù)策略一、問題的提出兩個問題搜索整個日志將耗費(fèi)大量的時間REDO處理：重新執(zhí)行，浪費(fèi)了大量時間解決方案具有檢查點(diǎn)（checkpoint）的恢復(fù)技術(shù)在日志文件中增加檢查點(diǎn)記錄（checkpoint）增加重新開始文件恢復(fù)子系統(tǒng)在登錄日志文件期間動態(tài)地維護(hù)日志二、檢查點(diǎn)技術(shù)檢查點(diǎn)記錄的內(nèi)容1.建立檢查點(diǎn)時刻所有正在執(zhí)行的事務(wù)清單2.這些事務(wù)最近一個日志記錄的地址重新開始文件的內(nèi)容記錄各個檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址在檢查點(diǎn)維護(hù)日志文件1. 將當(dāng)前日志緩沖區(qū)中的所有日志記錄寫入磁盤的日志文件上2. 在日志文件中寫入一個檢查點(diǎn)記錄3.將當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的所有數(shù)據(jù)記錄寫入磁盤的數(shù)據(jù)庫中4.把檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址寫入一個重新開始文件建立檢查點(diǎn)定期——按照預(yù)定的一個時間間隔不定期——按照某種規(guī)則，如日志文件已寫滿一半建立一個檢查點(diǎn)三、利用檢查點(diǎn)的恢復(fù)策略當(dāng)事務(wù)T在一個檢查點(diǎn)之前提交T對數(shù)據(jù)庫所做的修改已寫入數(shù)據(jù)庫在進(jìn)行恢復(fù)處理時，沒有必要對事務(wù)T執(zhí)行REDO操作利用檢查點(diǎn)的恢復(fù)策略（續(xù)）Tc(檢查點(diǎn))Tf(系統(tǒng)故障)

REDOUNDOUNDO

REDOT2T3T4T5不要REDOT1利用檢查點(diǎn)的恢復(fù)步驟1.從重新開始文件中找到最后一個檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址2由該地址在日志文件中找到最后一個檢查點(diǎn)記錄由該檢查點(diǎn)記錄得到檢查點(diǎn)建立時刻所有正在執(zhí)行的事務(wù)清單ACTIVE-LIST建立兩個事務(wù)隊列UNDO-LISTREDO-LIST把ACTIVE-LIST暫時放入UNDO-LIST隊列，REDO隊列暫為空。利用檢查點(diǎn)的恢復(fù)策略（續(xù)）3.從檢查點(diǎn)開始正向掃描日志文件，直到日志文件結(jié)束如有新開始的事務(wù)Ti，把Ti暫時放入UNDO-LIST隊列如有提交的事務(wù)Tj，把Tj從UNDO-LIST隊列移到REDO-LIST隊列4.對UNDO-LIST中的每個事務(wù)執(zhí)行UNDO操作,對REDO-LIST中的每個事務(wù)執(zhí)行REDO操作10.7數(shù)據(jù)庫鏡像介質(zhì)故障是對系統(tǒng)影響最為嚴(yán)重的一種故障，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)庫的可用性介質(zhì)故障恢復(fù)比較費(fèi)時為預(yù)防介質(zhì)故障，DBA必須周期性地轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)庫提高數(shù)據(jù)庫可用性的解決方案數(shù)據(jù)庫鏡像（Mirror）數(shù)據(jù)庫鏡像（續(xù)）數(shù)據(jù)庫鏡像DBMS自動把整個數(shù)據(jù)庫或其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)復(fù)制到另一個磁盤上DBMS自動保證鏡像數(shù)據(jù)與主數(shù)據(jù)的一致性(圖7.5a)出現(xiàn)介質(zhì)故障時DBMS自動利用鏡像磁盤數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)，不需要關(guān)閉系統(tǒng)和重裝數(shù)據(jù)庫副本(圖7.5b)沒有出現(xiàn)故障時可用于并發(fā)操作(圖7.5a)一個用戶對數(shù)據(jù)加排他鎖修改數(shù)據(jù)其他用戶可以讀鏡像數(shù)據(jù)庫上的數(shù)據(jù)10.9小結(jié)如果數(shù)據(jù)庫只包含成功事務(wù)提交的結(jié)果，就說數(shù)據(jù)庫