數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)

數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)問題的提出：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，如何把數(shù)據(jù)庫(kù)從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到正確狀態(tài)？恢復(fù)技術(shù)：數(shù)據(jù)庫(kù)備份+日志文件2023/2/1

恢復(fù)機(jī)制（recoveryscheme）是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)必不可少的組成部分，它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到故障發(fā)生前的某個(gè)一致的狀態(tài)?；謴?fù)機(jī)制還必須提供高可用性（highavailability），也就是說，它必須將發(fā)生故障后數(shù)據(jù)庫(kù)不能使用的時(shí)間減少到最小。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)所采用的恢復(fù)技術(shù)是否行之有效，不僅對(duì)系統(tǒng)的可靠程度起著決定性作用，而且對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行效率也有很大影響，是衡量系統(tǒng)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)可恢復(fù)性的基本原理是重復(fù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)即“數(shù)據(jù)冗余”（DataRedundancy）。2023/2/1

故障分類

1、事務(wù)故障有兩種錯(cuò)誤可能造成事務(wù)執(zhí)行失?。海?）邏輯錯(cuò)誤。事務(wù)由于某些內(nèi)部條件而無法繼續(xù)正常執(zhí)行；（2）系統(tǒng)錯(cuò)誤。系統(tǒng)進(jìn)入一種不良狀態(tài)（如死鎖），結(jié)果事務(wù)無法繼續(xù)正常執(zhí)行。事務(wù)內(nèi)部的故障引起數(shù)據(jù)庫(kù)故障，數(shù)據(jù)庫(kù)可能處于不正確的狀態(tài)。這種情況有的可以通過事務(wù)程序本身發(fā)現(xiàn)，而有的是非預(yù)期的，不能由事務(wù)程序處理。2023/2/12、系統(tǒng)故障

通常稱為軟故障，指造成系統(tǒng)突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)的事件，包括硬件故障、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件或操作系統(tǒng)漏洞，導(dǎo)致易失性存儲(chǔ)器內(nèi)容的丟失，并使得事務(wù)處理停止，而非易失性存儲(chǔ)器完好無損。這類故障發(fā)生時(shí)，可能出現(xiàn)以下兩種情況，破壞數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性：（1）主存內(nèi)容，尤其是數(shù)據(jù)庫(kù)緩沖區(qū)（內(nèi)存）中的內(nèi)容都被丟失，而部分尚未完成的事務(wù)結(jié)果可能已送入物理數(shù)據(jù)庫(kù)，從而造成數(shù)據(jù)庫(kù)可能處于不正確的狀態(tài)。（2）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)據(jù)庫(kù)的修改部分或全部丟失，而使數(shù)據(jù)庫(kù)處于不一致狀態(tài)。2023/2/13、介質(zhì)故障

通常稱為硬故障，主要指外存故障，如磁盤損壞、磁頭碰撞、瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)干擾等。這類故障將破壞存儲(chǔ)在介質(zhì)上的數(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)。這類故障比前兩類故障發(fā)生的可能性小得多，但破壞性最大。4、計(jì)算機(jī)病毒

計(jì)算機(jī)病毒目前已成為計(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，是一種人為的故障或破壞，是一種特殊的惡性計(jì)算機(jī)程序，能迅速繁殖和傳播，造成對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)的危害。2023/2/1

以上各類故障對(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)行被非正常中止造成的。要確定系統(tǒng)如何從故障中恢復(fù)，我們首先需要確定用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)備的故障狀態(tài)。其次，我們必須考慮這些故障狀態(tài)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容有什么影響。然后我們可以設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)庫(kù)故障發(fā)生后仍保證數(shù)據(jù)庫(kù)一致性以及事務(wù)原子性的算法，即恢復(fù)算法?；謴?fù)的基本原理很簡(jiǎn)單?？梢杂靡粋€(gè)詞來概括：冗余。換句話說，就是數(shù)據(jù)庫(kù)中任何一部分被破壞的或不正確的數(shù)據(jù)可以根據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)別處的冗余數(shù)據(jù)來重建。2023/2/1

恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

恢復(fù)機(jī)制涉及的兩個(gè)關(guān)鍵問題是：（1）如何建立冗余數(shù)據(jù)；（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)。建立冗余數(shù)據(jù)最常用的技術(shù)是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和登錄日志文件。通常在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，這兩種方法是一起使用的。2023/2/11、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)就是DBA定期地將整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制到磁帶或另一個(gè)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。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)遭到破壞后可以將后備副本重新裝入，但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)。

轉(zhuǎn)儲(chǔ)是十分耗費(fèi)時(shí)間和資源的，不能頻繁進(jìn)行。DBA應(yīng)該根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)使用情況確定一個(gè)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)儲(chǔ)周期。2023/2/1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)與恢復(fù)2023/2/1

轉(zhuǎn)儲(chǔ)按轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)的狀態(tài)分為靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)是在系統(tǒng)中無運(yùn)行事務(wù)時(shí)進(jìn)行的轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作，即轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作開始的時(shí)刻數(shù)據(jù)庫(kù)處于一致性狀態(tài)，而轉(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)。顯然，靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)得到的一定是一個(gè)數(shù)據(jù)一致性的副本。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)儲(chǔ)必須等待正運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束才能進(jìn)行。同樣，新的事務(wù)必須等待轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束才能執(zhí)行。這樣顯然會(huì)降低數(shù)據(jù)庫(kù)的可用性。2023/2/1

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)是指轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間允許對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取或修改，即轉(zhuǎn)儲(chǔ)和用戶事務(wù)可以并發(fā)執(zhí)行。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)可克服靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的缺點(diǎn)，它不用等待正在運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束，也不會(huì)影響新事務(wù)的運(yùn)行。但是，轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束時(shí)后援副本上的數(shù)據(jù)并不能保證正確有效。例如，在轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間的某個(gè)事務(wù)將A改為100。轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束后，后備副本上的A已經(jīng)是過時(shí)數(shù)據(jù)了。為此，必須把轉(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，建立日志文件（LogFile）。2023/2/1

轉(zhuǎn)儲(chǔ)按轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式分為海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)和增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)。海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)是指每次轉(zhuǎn)儲(chǔ)全部數(shù)據(jù)庫(kù)。增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)則指每次只轉(zhuǎn)儲(chǔ)上一次轉(zhuǎn)儲(chǔ)后更新過的數(shù)據(jù)。從恢復(fù)的角度看，用海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)得到的后備副本進(jìn)行恢復(fù)會(huì)更方便一些。但如果數(shù)據(jù)庫(kù)很大，事務(wù)處理又非常頻繁，則增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式更實(shí)用、有效。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)有兩種方式，分別可以在兩種方式下進(jìn)行，因此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法可以分為四類：動(dòng)態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)、靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)和靜動(dòng)態(tài)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)。2023/2/12、日志文件日志文件是用來記錄事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)更新操作的文件，主要有兩種格式：以記錄為單位的日志文件和以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件。以記錄為單位的日志文件包括：各個(gè)事務(wù)的開始（StartTransaction）標(biāo)記、各個(gè)事務(wù)的結(jié)束（Commit或Rollback）標(biāo)記、各個(gè)事務(wù)的所有更新操作。每個(gè)事務(wù)的開始標(biāo)記、結(jié)束標(biāo)記和每個(gè)更新操作構(gòu)成一個(gè)日志記錄（LogRecord）。2023/2/1

以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件包括：事務(wù)標(biāo)識(shí)（標(biāo)明是哪個(gè)事務(wù)）、操作的類型（插入、刪除或修改）、操作對(duì)象（記錄內(nèi)部標(biāo)識(shí)）、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）。對(duì)以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件，日志記錄的內(nèi)容包括事務(wù)標(biāo)識(shí)和被更新的數(shù)據(jù)塊。由于將更新前的整個(gè)塊和更新后的整個(gè)塊都放入日志文件中，因而操作的類型和操作對(duì)象等信息就不必放入日志記錄中。2023/2/1

日志文件在數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)中起著非常重要的作用，可以用來進(jìn)行事務(wù)故障恢復(fù)和系統(tǒng)故障恢復(fù)，并協(xié)助后備副本進(jìn)行介質(zhì)故障恢復(fù)。具體的作用如下：

①事務(wù)故障恢復(fù)和介質(zhì)故障恢復(fù)必須用日志文件。

②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綜合起來才能有效地恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)。

③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備副本把數(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)，然后利用日志文件，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)行撤消處理。2023/2/1利用日志文件恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)2023/2/1

為保證數(shù)據(jù)庫(kù)是可恢復(fù)的，登記日志文件時(shí)必須遵守兩條原則：

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)

必須先寫日志文件后寫數(shù)據(jù)庫(kù)。2023/2/1

恢復(fù)策略

1、事務(wù)故障的恢復(fù)事務(wù)故障是指事務(wù)在運(yùn)行至正常結(jié)束點(diǎn)前被中止。事務(wù)故障的恢復(fù)是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的，對(duì)用戶透明。

系統(tǒng)的恢復(fù)步驟是：（1）反向掃描日志文件，查找該事務(wù)的更新操作。（2）對(duì)該事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作，（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，直至讀到該事務(wù)的開始標(biāo)記，事務(wù)故障恢復(fù)就完成。2023/2/12、系統(tǒng)故障的恢復(fù)系統(tǒng)故障造成數(shù)據(jù)庫(kù)不一致狀態(tài)的原因有兩個(gè)：一是未完成事務(wù)的更新可能已寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，二是已提交事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新可能還留在緩沖區(qū)沒來得及寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。因此恢復(fù)操作就是要撤消故障發(fā)生時(shí)未完成的事務(wù)，重做已完成的事務(wù)。

系統(tǒng)故障的恢復(fù)是由系統(tǒng)在重新啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)完成的，不需要用戶干預(yù)。2023/2/1

系統(tǒng)的恢復(fù)步驟是：（1）正向掃描日志文件，找出在故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務(wù)，將其事務(wù)標(biāo)識(shí)記入重做隊(duì)列，同時(shí)找出故障發(fā)生時(shí)尚未完成的事務(wù)，將其事務(wù)標(biāo)識(shí)記入撤消隊(duì)列。（2）對(duì)撤消隊(duì)列中的各個(gè)事務(wù)進(jìn)行撤消（UNDO）處理。（3）對(duì)重做隊(duì)列中的各個(gè)事務(wù)進(jìn)行重做（REDO）處理。2023/2/13、介質(zhì)故障的恢復(fù)發(fā)生介質(zhì)故障后，磁盤上的物理數(shù)據(jù)和日志文件被破壞，這是最嚴(yán)重的一種故障。恢復(fù)方法是重裝數(shù)據(jù)庫(kù)，然后重做已完成的事務(wù)。2023/2/1系統(tǒng)的恢復(fù)步驟：（1）裝入最新的數(shù)據(jù)庫(kù)后備副本，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）裝入轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束時(shí)刻的日志文件副本，重做已完成的事務(wù)。介質(zhì)故障的恢復(fù)需要DBA介入。DBA只需重裝最近轉(zhuǎn)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)副本和有關(guān)的各日志文件副本，然后執(zhí)行系統(tǒng)提供的恢復(fù)命令即可，具體的恢復(fù)操作仍由DBMS完成。2023/2/14、具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)

問題的提出：在執(zhí)行恢復(fù)操作時(shí)，需要掃描整個(gè)日志文件，有可能重復(fù)執(zhí)行某些操作。檢查點(diǎn)的用途是在磁盤上建立事務(wù)處理一致性的標(biāo)志。技術(shù)原理：在日志文件中增加一類新記錄，檢查點(diǎn)；增加一個(gè)重新開始文件；恢復(fù)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)維護(hù)日志。2023/2/1檢查點(diǎn)的有關(guān)文件2023/2/1具有檢查點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)策略2023/2/15、數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像

隨著磁盤容量越來越大，價(jià)格越來越便宜，為避免磁盤介質(zhì)出現(xiàn)故障影響數(shù)據(jù)庫(kù)的可用性，許多DBMS提供了數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像（Mirror）功能用于數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)。其方法是DBMS根據(jù)DBA的要求，自動(dòng)把整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)或其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)復(fù)制到另一個(gè)磁盤上，并自動(dòng)保證鏡像數(shù)據(jù)與主數(shù)據(jù)的一致性，即每當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)更新時(shí)，DBMS自動(dòng)把更新后的數(shù)據(jù)恢復(fù)過去。一旦出現(xiàn)介質(zhì)故障，可由鏡像磁盤繼續(xù)提供使用，同時(shí)DBMS自動(dòng)利用鏡像磁盤數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的恢復(fù)，不需要關(guān)閉系統(tǒng)或重裝數(shù)據(jù)庫(kù)副本。2023/2/12023/2/16、遠(yuǎn)程備份系統(tǒng)

現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用要求事務(wù)處理系統(tǒng)提高可用性，傳統(tǒng)的事務(wù)處理系統(tǒng)是集中式或客戶/服務(wù)器模式的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)易遭受火災(zāi)、洪水或地震等自然災(zāi)害的毀壞。故要求數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有抗破壞力，使之無論在系統(tǒng)故障還是自然災(zāi)害下都能快速恢復(fù)運(yùn)行。獲得高可用性的方法之一是遠(yuǎn)程備份系統(tǒng)，即在一個(gè)主站點(diǎn)(PrimarySite)執(zhí)行事務(wù)處理，使用一個(gè)遠(yuǎn)程備份(RemoteBackup)站點(diǎn)以應(yīng)付突然事件。一開始所有站點(diǎn)的數(shù)據(jù)都被復(fù)制到遠(yuǎn)程備份站點(diǎn)。隨著更新在主站點(diǎn)上執(zhí)行，遠(yuǎn)程站點(diǎn)必須保持與主站點(diǎn)同步。2023/2/1

同步方法是：通過發(fā)送所有主站點(diǎn)的日志記錄到遠(yuǎn)程備份站點(diǎn)，遠(yuǎn)程備份站