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)的實現(xiàn)技術(shù)10.5恢復(fù)策略10.6具有檢查點的恢復(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)并行運行時，不同事務(wù)的操作交叉執(zhí)行事務(wù)在運行過程中被強行停止10.2數(shù)據(jù)庫恢復(fù)故障是不可避免的計算機硬件故障系統(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)在運行過程中由于種種原因未運行至正常終止點就夭折了事務(wù)故障的常見原因輸入數(shù)據(jù)有誤運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)的正常運行突然被破壞所有正在運行的事務(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)的實現(xiàn)技術(shù)恢復(fù)機制涉及的關(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)在運行至正常終止點前被中止恢復(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具有檢查點的恢復(fù)技術(shù)一、問題的提出二、檢查點技術(shù)三、利用檢查點的恢復(fù)策略一、問題的提出兩個問題搜索整個日志將耗費大量的時間REDO處理：重新執(zhí)行，浪費了大量時間解決方案具有檢查點（checkpoint）的恢復(fù)技術(shù)在日志文件中增加檢查點記錄（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)地維護日志二、檢查點技術(shù)檢查點記錄的內(nèi)容1.建立檢查點時刻所有正在執(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)容記錄各個檢查點記錄在日志文件中的地址在檢查點維護日志文件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建立檢查點定期——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三、利用檢查點的恢復(fù)策略當(dāng)事務(wù)T在一個檢查點之前提交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操作利用檢查點的恢復(fù)策略（續(xù)）Tc(檢查點)Tf(系統(tǒng)故障)

REDOUNDOUNDO

REDOT2T3T4T5不要REDOT1利用檢查點的恢復(fù)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2由該地址在日志文件中找到最后一個檢查點記錄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。利用檢查點的恢復(fù)策略（續(xù)）3.從檢查點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