第10章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)2014

1第10章

數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)

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要點（1）事務(wù)（2）故障及其類型（3）數(shù)據(jù)庫恢復(fù)實現(xiàn)技術(shù)（4）數(shù)據(jù)庫恢復(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】用戶定義的一個對數(shù)據(jù)庫讀寫操作序列，是一個不可分割的工作單位。（1）在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，事務(wù)可以是一條、一組SQL語句，或整個程序。（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中通常有多個事務(wù)并行運行。（3）數(shù)據(jù)庫恢復(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事務(wù)。43.SQL語言中事務(wù)的定義語句事務(wù)的開始和結(jié)束可以由用戶顯式控制。如果用戶沒有定義，則由DBMS按缺省規(guī)定自動劃分事務(wù)。SQL定義事務(wù)的語句：Begintransaction(事務(wù)開始)…Commit(事務(wù)提交，正常結(jié)束，將更新結(jié)果寫入磁盤)/Rollback(事務(wù)回滾，撤銷事務(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;//撤銷剛才的修改，恢復(fù)事務(wù)

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

寫回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)庫從一個一致性狀態(tài)變到另一個一致性狀態(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，它對數(shù)據(jù)庫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)庫中數(shù)據(jù)的安全和正確。8事務(wù)型DBMS中必備的機制（1）事務(wù)是恢復(fù)和并發(fā)控制的基本單位（2）恢復(fù)機制與并發(fā)控制機制的提出事務(wù)在運行過程中因某種故障被強行終止，數(shù)據(jù)庫一致性被破壞，需進行恢復(fù)。多個事務(wù)并行運行時，不同事務(wù)的各種操作交叉進行，為保證各事務(wù)的執(zhí)行互不干擾，需進行并發(fā)控制。910.2數(shù)據(jù)庫恢復(fù)概述數(shù)據(jù)庫由于某些故障發(fā)生可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫被破壞或影響數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一致性(或完整性、正確性)。當(dāng)系統(tǒng)運行過程中發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某個一致狀態(tài)，它是數(shù)據(jù)庫可靠性的保證。數(shù)據(jù)庫恢復(fù)機制是衡量某DBMS系統(tǒng)性能的指標(biāo)之一，對系統(tǒng)可靠性起決定作用，對運行效率有很大影響。1010.3故障的種類及其影響10.3.1故障的種類1.事務(wù)內(nèi)部故障事務(wù)在運行至正常終止點(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，如運算溢出等。這類恢復(fù)操作稱為事務(wù)撤消。預(yù)期故障非預(yù)期故障11故障的種類2.系統(tǒng)故障(system)

系統(tǒng)重啟、OS故障、DBMS代碼錯誤、掉電等。發(fā)生系統(tǒng)故障時：（1）一些尚未完成的事務(wù)的結(jié)果可能已經(jīng)寫入數(shù)據(jù)庫。（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3.介質(zhì)故障(medium)介質(zhì)故障也稱為硬故障。如：磁盤損壞等。這類事故破壞數(shù)據(jù)庫或部分數(shù)據(jù)庫。4.計算機病毒(virus)這類事故破壞數(shù)據(jù)庫或部分數(shù)據(jù)庫。1310.3.2故障對數(shù)據(jù)庫的可能影響（1）數(shù)據(jù)庫本身被破壞，使數(shù)據(jù)庫中全部或部分數(shù)據(jù)丟失。如：介質(zhì)故障、計算機病毒等。（2）數(shù)據(jù)庫沒有被破壞，但因事務(wù)的運行被非正常終止而使數(shù)據(jù)庫數(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、計算機病毒等。1410.4恢復(fù)的實現(xiàn)技術(shù)（1）數(shù)據(jù)庫恢復(fù)的基本原理利用存儲在系統(tǒng)別處的冗余數(shù)據(jù)來重建。（2）恢復(fù)技術(shù)的兩個關(guān)鍵①如何建立冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲登錄日志文件②如何利用冗余數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)庫1510.4.1建立冗余數(shù)據(jù)的方法一：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲轉(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)儲每次轉(zhuǎn)儲全部數(shù)據(jù)庫每次轉(zhuǎn)儲更新過的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲和用戶事務(wù)可以并發(fā)執(zhí)行轉(zhuǎn)儲期間不執(zhí)行任何用戶事務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲：定期進行磁盤備份形成后備副本由DBA定義適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)儲周期。16數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)正常運行：靜態(tài)轉(zhuǎn)儲運行事務(wù)故障發(fā)生點登記日志文件TaTbTf恢復(fù)：重裝后備副本轉(zhuǎn)儲耗費時間、資源，應(yīng)定期進行重新運行事務(wù)轉(zhuǎn)儲和恢復(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)對數(shù)據(jù)庫的更新操作。（1）以記錄為單位的日志文件事務(wù)的開始標(biāo)記，事務(wù)的結(jié)束標(biāo)記各個事務(wù)的所有更新操作日志記錄的內(nèi)容：事務(wù)標(biāo)識TransID,操作類型UpdateType,操作對象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，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)行的時間次序。②必須先寫日志文件，后寫數(shù)據(jù)庫。(WriteAfterLogging)192.恢復(fù)的實現(xiàn)

通常在一個數(shù)據(jù)庫中綜合使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲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行數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。利用日志文件進行數(shù)據(jù)庫恢復(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)庫后備副本和日志文件將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)至某個一致狀態(tài)(視轉(zhuǎn)儲方法而定)（3）恢復(fù)時，對故障發(fā)生時已提交的事務(wù)進行重做(Redo，再執(zhí)行)，而對未提交的事務(wù)進行撤銷(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）對該事務(wù)中的更新操作執(zhí)行逆向操作。說明：由系統(tǒng)自動完成。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隊列（尚未完成的事務(wù)）。（2）對Undo隊列中的各事務(wù)進行Undo。（3）對Redo隊列中的各事務(wù)進行Redo。說明：由系統(tǒng)在重啟時自動完成。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)庫恢復(fù)到最近一次轉(zhuǎn)儲時的一致性狀態(tài)。（2）正向掃描日志文件，生成Redo（已提交的事務(wù)）和Undo隊列（尚未完成的事務(wù)）。（3）對Undo隊列中的各事務(wù)進行Undo。（4）對Redo隊列中的各事務(wù)進行Redo。說明：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具有檢查點的恢復(fù)技術(shù)1.引入檢查點的原因(CheckPoint)減少對日志記錄的搜索和Redo處理，改善恢復(fù)效率。即數(shù)據(jù)更新已寫庫，不需REDO處理。2.具有檢查點的恢復(fù)技術(shù)（1）在日志文件中增加檢查點記錄，其內(nèi)容包括：建立檢查點時刻所有正在執(zhí)行的事務(wù)清單。這些事務(wù)最近一個日志記錄的地址。24具有檢查點的恢復(fù)技術(shù)（2）增加重新開始文件 用來記錄各個檢查點記錄在日志文件中的地址動態(tài)維護日志文件的方法：周期性地執(zhí)行（定期或不定期）如下操作：建立檢查點，保存數(shù)據(jù)庫狀態(tài)。253.建立檢查點的步驟（1）將當(dāng)前日志緩沖中的所有日志記錄寫入磁盤的日志文件；（2）在日志文件中寫入一個檢查點記錄；（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）把檢查點記錄在日志文件中的地址寫入一個重新開始文件。264.使用檢查點恢復(fù)技術(shù)進行恢復(fù)的步驟（1）從重新開始文件中找到最后一個檢查點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檢查點記錄；（2）由該檢查點記錄得到檢查點建立時刻所有正在執(zhí)行的事務(wù)清單；（3）從檢查點開始正向掃描日志文件；（4）有新開始的事務(wù)Ti，把Ti暫時放入Undo隊列；（5）如有提交的事務(wù)Tj，把Tj移入Redo隊列；（6）對Undo隊列中的各事務(wù)進行Undo，再對Redo隊列中的各事務(wù)進行Redo。27實例：恢復(fù)子系統(tǒng)采取的不同策略T1T2T3T5T4時間系統(tǒng)故障檢查點不要REDOREDO撤銷REDO撤銷2810.7數(shù)據(jù)庫鏡像(Mirror)

1.概念數(shù)據(jù)庫鏡像為避免介質(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)庫更新時，DBMS