數(shù)據(jù)庫(kù)的備份與恢復(fù).ppt

1、第 10 講 數(shù)據(jù)庫(kù)的備份與恢復(fù),數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),進(jìn)行數(shù)據(jù)的備份是數(shù)據(jù)庫(kù)的日常維護(hù)工作之一。,問(wèn)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,1、事務(wù)的概念( Transaction ) 所謂事務(wù)是用戶(hù)定義的一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)操作序列，這些操作要么都做，要么都不做，是一個(gè)不可分割的工作單位。 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，事務(wù)可以是一條SQL語(yǔ)句、一組SQL語(yǔ)句。 在SQL語(yǔ)言中，定義事務(wù)的語(yǔ)句有三條： Begin Transaction 開(kāi)始 Commit 結(jié)束 Rollback,begin transaction select * from teacher;

2、 update teacher set title=null where tno=101; select * from teacher; rollback; select * from teacher;,事務(wù)特性(ACID) 原子性(Atomicity) 事務(wù)中包含的所有操作要么全做，要么全不做。 一致性(Consistency) 事務(wù)的隔離執(zhí)行必須保證數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性。 事務(wù)開(kāi)始前，數(shù)據(jù)庫(kù)處于一致性的狀態(tài)；事務(wù)結(jié)束后，數(shù)據(jù)庫(kù)必須仍處于一致性狀態(tài)。,隔離性(Isolation) 系統(tǒng)必須保證事務(wù)不受其它并發(fā)執(zhí)行事務(wù)的影響。 對(duì)任何一對(duì)事務(wù)T1，T2，在T1看來(lái)，T2要么在T1開(kāi)始之前已經(jīng)結(jié)束，要

3、么在T1完成之后再開(kāi)始執(zhí)行。 隔離性通過(guò)并發(fā)控制機(jī)制實(shí)現(xiàn)。 持久性(Durability) 一個(gè)事務(wù)一旦提交之后，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的影響必須是永久的。,事務(wù)狀態(tài),活動(dòng)狀態(tài),失敗狀態(tài),部分 提交狀態(tài),提交狀態(tài),中止?fàn)顟B(tài),初始狀態(tài),事務(wù)無(wú)法繼 續(xù)正常執(zhí)行,事務(wù)回滾，數(shù)據(jù)庫(kù)恢 復(fù)到事務(wù)開(kāi)始前狀態(tài),最后一條語(yǔ) 句被執(zhí)行后,成功完成，永 久寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù),2、日志文件 日志文件的格式和內(nèi)容 日志文件是用來(lái)記錄事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新操作的文件。不同數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用的日志文件格式并不完全一樣。,每個(gè)日志記錄的內(nèi)容主要包括： 事務(wù)標(biāo)識(shí) (標(biāo)明是哪個(gè)事務(wù)) 操作的類(lèi)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

4、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，此項(xiàng)為空值),日志文件的作用：,正常運(yùn)行,登記日志文件,故障點(diǎn),數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù),利用日志文件恢復(fù)事務(wù),繼續(xù)運(yùn)行,登記日志文件,登記日志文件( Logging ) 原則： 登記的次序嚴(yán)格按事務(wù)執(zhí)行的時(shí)間次序。 必須先寫(xiě)日志，后寫(xiě)數(shù)據(jù)庫(kù)。,3、恢復(fù)策略 事務(wù)故障的恢復(fù) 指事務(wù)在運(yùn)行至正常終點(diǎn)前被終止。 a.反向掃描日志文件，查找該事務(wù)的更新操作。 b.對(duì)該事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作。 說(shuō)明：事務(wù)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)自動(dòng)完成。,系統(tǒng)故障的恢復(fù) a.正向掃描日志文件，找出故障發(fā)生前已提交的事務(wù)，將其放入重做（REDO）隊(duì)列；找出故障發(fā)生前未

5、提交的事務(wù)，將其放入撤消（UNDO）隊(duì)列。 b.對(duì)撤消（UNDO）隊(duì)列中的事務(wù)進(jìn)行撤消處理。 c.對(duì)重做（REDO）隊(duì)列中的事務(wù)進(jìn)行重做處理。 介質(zhì)故障的恢復(fù) a.裝入數(shù)據(jù)庫(kù)備份和日志文件備份。b.重做已完成的事務(wù)。,具有檢查點(diǎn)(checkpoint)的恢復(fù)技術(shù) 問(wèn)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(pán)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(lèi)新記錄，檢查點(diǎn)； 增加一個(gè)重新開(kāi)始文件； 恢復(fù)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)維護(hù)日志。,恢復(fù)子系統(tǒng)可以定期或不定期地建立檢查點(diǎn)保存數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)。檢查點(diǎn)可以按照預(yù)定的一個(gè)時(shí)間間隔建立。如，每隔一小時(shí)建立

6、一個(gè)檢查點(diǎn)；也可以按照某種規(guī)則建立檢查點(diǎn)，如日志文件已寫(xiě)滿(mǎn)一半建立一個(gè)檢查點(diǎn)。 使用檢查點(diǎn)方法可以改善恢復(fù)效率。當(dāng)事務(wù)T在一個(gè)檢查點(diǎn)之前提交，T對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所做的修改一定都已寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，寫(xiě)入時(shí)間是在這個(gè)檢查點(diǎn)建立之前或在這個(gè)檢查點(diǎn)建立之時(shí)。這樣，在進(jìn)行恢復(fù)處理時(shí)，沒(méi)有必要對(duì)事務(wù)T執(zhí)行Redo操作。,檢查點(diǎn),故障點(diǎn),REDO,撤消,- 定義 恢復(fù)是把數(shù)據(jù)庫(kù)從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一正確狀態(tài)的功能，從而確保數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性。 恢復(fù)的基本原理是冗余，即數(shù)據(jù)庫(kù)中任一部分的數(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(lái)重建。 - 日志 日志文件是用來(lái)記錄數(shù)據(jù)庫(kù)的每一次更新活動(dòng)的文件，由系統(tǒng)自動(dòng)記錄。 日志內(nèi)容包括：記錄名、

7、舊記錄值、新記錄值、事務(wù)標(biāo)識(shí)符、操作標(biāo)識(shí)符等。,數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)(小結(jié)),基本的恢復(fù)操作： 對(duì)圓滿(mǎn)事務(wù)所做過(guò)的修改操作應(yīng)執(zhí)行redo操作，即重新執(zhí)行該操作，修改對(duì)象被賦予新記錄值。 對(duì)夭折事務(wù)所做過(guò)的修改操作應(yīng)執(zhí)行undo操作，即撤消該操作，修改對(duì)象被賦予舊記錄值。,先寫(xiě)日志的原則（WAL） 對(duì)于尚未提交的事務(wù)，在將DB緩沖區(qū)寫(xiě)到外存之前，必須先將日志緩沖區(qū)內(nèi)容寫(xiě)到外存去。 如果先寫(xiě)DB，則可能在寫(xiě)的中途發(fā)生系統(tǒng)崩潰，導(dǎo)致內(nèi)存緩沖區(qū)內(nèi)容丟失，而外存DB處于不一致?tīng)顟B(tài)，由于日志緩沖區(qū)內(nèi)容已破壞，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)DB恢復(fù)。 日志記錄將要發(fā)生何種修改。 寫(xiě)入DB表示實(shí)際發(fā)生何種修改。,服務(wù)器容錯(cuò)技術(shù)： 磁盤(pán)鏡像

8、，雙機(jī)備份，雙機(jī)磁盤(pán)陣列,服務(wù)器,服務(wù)器,服務(wù)器,服務(wù)器,服務(wù)器,RAID,RAID（磁盤(pán)陣列：Redundant Array of Inexpensive Disk，簡(jiǎn)稱(chēng)RAID技術(shù))。它是1988年由美國(guó)加州大學(xué)Berkeley分校的David Patterson教授等人提出來(lái)的磁盤(pán)冗余技術(shù)。從那時(shí)起，磁盤(pán)陣列技術(shù)發(fā)展得很快，并逐步走向成熟。,RAID 0 (0級(jí)磁盤(pán)陣列) RAID 0又稱(chēng)數(shù)據(jù)分塊，即把數(shù)據(jù)分布在多個(gè)盤(pán)上，沒(méi)有容錯(cuò)措施。其容量和數(shù)據(jù)傳輸率是單機(jī)容量的N倍，N為構(gòu)成磁盤(pán)陣列的磁盤(pán)機(jī)的總數(shù)，I/O傳輸速率高，但平均無(wú)故障時(shí)間MTTF(Mean Time To Failure)

9、只有單臺(tái)磁盤(pán)機(jī)的N分之一，因此零級(jí)磁盤(pán)陣列的可靠性最差。,RAID l (1級(jí)磁盤(pán)陣列) RAID l又稱(chēng)鏡像(Mirror)盤(pán)，采用鏡像容錯(cuò)來(lái)提高可靠性。即每一個(gè)工作盤(pán)都有一個(gè)鏡像盤(pán)，每次寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)必須同時(shí)寫(xiě)入鏡像盤(pán)，讀數(shù)據(jù)時(shí)只從工作盤(pán)讀出。一旦工作盤(pán)發(fā)生故障立即轉(zhuǎn)入鏡像盤(pán)，從鏡像盤(pán)中讀出數(shù)據(jù)，然后由系統(tǒng)再恢復(fù)工作盤(pán)正確數(shù)據(jù)。因此這種方式的數(shù)據(jù)可以重構(gòu)，但工作盤(pán)和鏡像盤(pán)必須保持一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種磁盤(pán)陣列可靠性很高，但其有效容量減小到總?cè)萘恳话胍韵隆Ｒ虼薘AID l 常用于對(duì)出錯(cuò)率要求極嚴(yán)的應(yīng)用場(chǎng)合，如財(cái)政、金融等領(lǐng)域。,RAID 2 (2級(jí)磁盤(pán)陣列) RAID 2又稱(chēng)位交叉，采用漢明碼作盤(pán)錯(cuò)檢

10、驗(yàn)，無(wú)需在每個(gè)扇區(qū)之后進(jìn)行CRC(Cyclic Redundancy Check)檢驗(yàn)。漢明碼是一種(n，k)線(xiàn)性分組碼，n為碼字的長(zhǎng)度，k為數(shù)據(jù)的位數(shù)，r為用于檢驗(yàn)的位數(shù)。因此按位交叉存取最有利于作漢明碼檢驗(yàn)。這種盤(pán)適于大數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。但冗余信息開(kāi)銷(xiāo)還是太大，阻止了這類(lèi)盤(pán)的廣泛應(yīng)用。,RAID 3 (3級(jí)磁盤(pán)陣列) RAID 3為單盤(pán)容錯(cuò)并行傳輸陣列盤(pán)。它的特點(diǎn)是將檢驗(yàn)盤(pán)減小為一個(gè)（RAID 2校驗(yàn)盤(pán)為多個(gè)，RAID l 檢驗(yàn)盤(pán)為1比1），數(shù)據(jù)以位或字節(jié)的方式存于各盤(pán)。它的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)陣列的帶寬可以充分利用，傳輸時(shí)間減小；其缺點(diǎn)是每次讀寫(xiě)要牽動(dòng)整個(gè)組，每次只能完成一次I/O。,RAID 4 (4

11、級(jí)磁盤(pán)陣列) RAID 4是一種可獨(dú)立地對(duì)組內(nèi)各盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)的陣列。其校驗(yàn)盤(pán)也只有一個(gè)。RAID 4和RAID 3的區(qū)別是：RAID 3是按位或按字節(jié)交叉存取，而RAID4是按塊(扇區(qū))存取，可以單獨(dú)地對(duì)某個(gè)盤(pán)進(jìn)行操作。不像RAID 3那樣，每一次小I/O操作也要涉及全組，RAID4只需涉及組中兩臺(tái)磁盤(pán)機(jī)（一臺(tái)數(shù)據(jù)盤(pán)，一臺(tái)檢驗(yàn)盤(pán)）即可，從而提高了小量數(shù)據(jù)的I/O速率。,RAID 5 (5級(jí)磁盤(pán)陣列) RAID5是一種旋轉(zhuǎn)奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取的陣列。它和RAID 1、2、3、4各磁盤(pán)陣列的不同點(diǎn)是它沒(méi)有固定的校驗(yàn)盤(pán)，而是按某種規(guī)則把其冗余的奇偶校驗(yàn)信息均勻地分布在陣列所屬的所有磁盤(pán)上，于是在同一臺(tái)磁盤(pán)機(jī)上既有數(shù)據(jù)信息也有校驗(yàn)信息。這一改變解決了爭(zhēng)用校驗(yàn)盤(pán)的問(wèn)題，因此 DAID 5內(nèi)允許在同一組內(nèi)并發(fā)進(jìn)行多個(gè)寫(xiě)操作。所以RAID5既適于大數(shù)據(jù)量的操作，也適于各種事務(wù)處理。它是一種快速、大容量和容錯(cuò)分布合理的磁盤(pán)陣列。,注意： 工業(yè)上很少銷(xiāo)售RAID 2，4。這些級(jí)別的校驗(yàn)信息的數(shù)學(xué)計(jì)算量太大而不實(shí)用。 對(duì)于RAID 3，校驗(yàn)盤(pán)是一個(gè)單一故障點(diǎn)，如果它丟失，將是致命的。 RAID 5能夠在丟失單個(gè)