第7章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)

第7章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)第7章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)7.1事務(wù)的基本概念7.2數(shù)據(jù)庫恢復(fù)概述7.3故障的種類7.4恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)7.5恢復(fù)策略7.6小結(jié)7.1事務(wù)的基本概念一、事務(wù)定義

二、事務(wù)的特性一、事務(wù)(Transaction)定義一個數(shù)據(jù)庫操作序列一個不可分割的工作單位恢復(fù)和并發(fā)控制的基本單位事務(wù)和程序比較在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，一個事務(wù)可以是一條或多條SQL語句,也可以包含一個或多個程序。一個程序通常包含多個事務(wù)定義事務(wù)顯式定義方式

BEGINTRANSACTIONBEGINTRANSACTIONSQL語句1SQL語句1

SQL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)例1BEGINTRANSACTIONUPDATECourse SETCno=‘2256’ WHERECno=‘1156’；UPDATESC SETCno=‘’2256 WHERECno=‘1156’；COMMIT例2例如，銀行轉(zhuǎn)賬事務(wù)，這個事務(wù)把一筆金額從一個賬戶甲轉(zhuǎn)給另一個賬戶乙。

BEGINTRANSACTION

讀賬戶甲的余額BALANCE；

BALANCE=BALANCE-AMOUNT；(AMOUNT為轉(zhuǎn)賬金額)

寫回BALANCE；

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{

讀賬戶乙的余額BALANCE1；

BALANCE1=BALANCE1+AMOUNT；寫回BALANCE1；

COMMIT；

}二、事務(wù)的特性(ACID特性)事務(wù)的ACID特性：原子性（Atomicity）基本工作單位，doallornothing一致性（Consistency）從一個一致的狀態(tài)到另一個一致的狀態(tài)。隔離性（Isolation）并發(fā)事務(wù)間不互相干擾持續(xù)性（Durability）事務(wù)對DB的改變具有permanence.第7章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)7.1事務(wù)的基本概念7.2數(shù)據(jù)庫恢復(fù)概述7.3故障的種類7.4恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)7.5恢復(fù)策略7.6小結(jié)7.2數(shù)據(jù)庫恢復(fù)概述故障是不可避免的系統(tǒng)故障：計(jì)算機(jī)軟、硬件故障人為故障：操作員的失誤、惡意的破壞等。數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)（Recovery） 把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)(一致狀態(tài)或完整狀態(tài))第7章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)7.1事務(wù)的基本概念7.2數(shù)據(jù)庫恢復(fù)概述7.3故障的種類7.4恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)7.5恢復(fù)策略7.6小結(jié)故障的種類事務(wù)內(nèi)部的故障系統(tǒng)故障介質(zhì)故障計(jì)算機(jī)病毒一、事務(wù)內(nèi)部的故障事務(wù)內(nèi)部的故障有的是可以通過事務(wù)程序本身發(fā)現(xiàn)的(見轉(zhuǎn)賬事務(wù)的例子)

有的是非預(yù)期的事務(wù)內(nèi)部的故障（續(xù)）例如，銀行轉(zhuǎn)賬事務(wù)，這個事務(wù)把一筆金額從一個賬戶甲轉(zhuǎn)給另一個賬戶乙。

BEGINTRANSACTION

讀賬戶甲的余額BALANCE；

BALANCE=BALANCE-AMOUNT；(AMOUNT為轉(zhuǎn)賬金額)

寫回BALANCE；

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{

讀賬戶乙的余額BALANCE1；

BALANCE1=BALANCE1+AMOUNT；寫回BALANCE1；

COMMIT；

}事務(wù)內(nèi)部的故障（續(xù)）這個例子所包括的兩個更新操作要么全部完成要么全部不做。否則就會使數(shù)據(jù)庫處于不一致狀態(tài)，例如只把賬戶甲的余額減少了而沒有把賬戶乙的余額增加。在這段程序中若產(chǎn)生賬戶甲余額不足的情況，應(yīng)用程序可以發(fā)現(xiàn)并讓事務(wù)滾回，撤銷已作的修改，恢復(fù)數(shù)據(jù)庫到正確狀態(tài)。事務(wù)內(nèi)部的故障（續(xù)）事務(wù)內(nèi)部更多的故障是非預(yù)期的，是不能由應(yīng)用程序處理的。運(yùn)算溢出并發(fā)事務(wù)發(fā)生死鎖而被選中撤銷該事務(wù)違反了某些完整性限制等以后，事務(wù)故障僅指這類非預(yù)期的故障事務(wù)故障的恢復(fù)：撤消事務(wù)（UNDO）二、系統(tǒng)故障系統(tǒng)故障稱為軟故障，是指造成系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的任何事件，使得系統(tǒng)要重新啟動。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)都非正常終止不破壞數(shù)據(jù)庫內(nèi)存中數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)的信息全部丟失系統(tǒng)故障的常見原因特定類型的硬件錯誤（如CPU故障）操作系統(tǒng)故障DBMS代碼錯誤系統(tǒng)斷電系統(tǒng)故障的恢復(fù)發(fā)生系統(tǒng)故障時，事務(wù)未提交恢復(fù)策略：強(qiáng)行撤消（UNDO）所有未完成事務(wù)發(fā)生系統(tǒng)故障時，事務(wù)已提交，但緩沖區(qū)中的信息尚未完全寫回到磁盤上?；謴?fù)策略：重做（REDO）所有已提交的事務(wù)三、介質(zhì)故障介質(zhì)故障稱為硬故障，指外存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)庫四、計(jì)算機(jī)病毒計(jì)算機(jī)病毒一種人為的故障或破壞，是一些惡作劇者研制的一種計(jì)算機(jī)程序可以繁殖和傳播危害破壞、盜竊系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)破壞系統(tǒng)文件故障小結(jié)各類故障，對數(shù)據(jù)庫的影響有兩種可能性一是數(shù)據(jù)庫本身被破壞二是數(shù)據(jù)庫沒有被破壞，但數(shù)據(jù)可能不正確，這是由于事務(wù)的運(yùn)行被非正常終止造成的。第7章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)7.1事務(wù)的基本概念7.2數(shù)據(jù)庫恢復(fù)概述7.3故障的種類7.4恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)7.5恢復(fù)策略7.6小結(jié)7.4恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)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)機(jī)制涉及的關(guān)鍵問題如何建立冗余數(shù)據(jù)?數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲（backup）登錄日志文件（logging）

如何利用這些冗余數(shù)據(jù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫恢復(fù)?7.4.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲一、什么是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲二、轉(zhuǎn)儲方法一、什么是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(backup)轉(zhuǎn)儲(備份):指DBA將數(shù)據(jù)庫復(fù)制到磁帶/光盤或另一個磁盤上保存起來的過程，備用的數(shù)據(jù)稱為后備副本或后援副本如何使用數(shù)據(jù)庫遭到破壞后可以將后備副本重新裝入重裝后備副本只能將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到轉(zhuǎn)儲時的狀態(tài)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3．轉(zhuǎn)儲方法小結(jié)靜態(tài)轉(zhuǎn)儲在系統(tǒng)中無運(yùn)行事務(wù)時進(jìn)行的轉(zhuǎn)儲操作轉(zhuǎn)儲開始時數(shù)據(jù)庫處于一致性狀態(tài)轉(zhuǎn)儲期間不允許對數(shù)據(jù)庫的任何存取、修改活動得到的一定是一個數(shù)據(jù)一致性的副本優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單缺點(diǎn)：降低了數(shù)據(jù)庫的可用性轉(zhuǎn)儲必須等待正運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束新的事務(wù)必須等轉(zhuǎn)儲結(jié)束動態(tài)轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲操作與用戶事務(wù)并發(fā)進(jìn)行轉(zhuǎn)儲期間允許對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存取或修改優(yōu)點(diǎn)不用等待正在運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束不會影響新事務(wù)的運(yùn)行動態(tài)轉(zhuǎn)儲的缺點(diǎn)不能保證副本中的數(shù)據(jù)正確有效[例]在轉(zhuǎn)儲期間的某個時刻Tc，系統(tǒng)把數(shù)據(jù)A=100轉(zhuǎn)儲到磁帶上，而在下一時刻Td，某一事務(wù)將A改為200。轉(zhuǎn)儲結(jié)束后，后備副本上的A已是過時的數(shù)據(jù)了動態(tài)轉(zhuǎn)儲利用動態(tài)轉(zhuǎn)儲得到的副本進(jìn)行故障恢復(fù)需要把動態(tài)轉(zhuǎn)儲期間各事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的修改活動登記下來，建立日志文件后備副本+日志文件：能把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到某一時刻的正確狀態(tài)2．海量轉(zhuǎn)儲與增量轉(zhuǎn)儲海量轉(zhuǎn)儲:每次轉(zhuǎn)儲全部數(shù)據(jù)庫增量轉(zhuǎn)儲:只轉(zhuǎn)儲上次轉(zhuǎn)儲后更新過的數(shù)據(jù)海量轉(zhuǎn)儲與增量轉(zhuǎn)儲比較從恢復(fù)角度看，使用海量轉(zhuǎn)儲得到的后備副本進(jìn)行恢復(fù)往往更方便但如果數(shù)據(jù)庫很大，事務(wù)處理又十分頻繁，則增量轉(zhuǎn)儲方式更實(shí)用更有效3．轉(zhuǎn)儲方法小結(jié)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7.4.2登記日志文件(Logging)一、日志文件的格式和內(nèi)容二、日志文件的作用三、登記日志文件一、日志文件的格式和內(nèi)容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日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以記錄為單位的日志文件內(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)的所有更新操作以上均作為日志文件中的一個日志記錄(logrecord)日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以記錄為單位的日志文件，每條日志記錄的內(nèi)容事務(wù)標(biāo)識（標(biāo)明是哪個事務(wù)）操作類型（插入、刪除或修改）操作對象（記錄內(nèi)部標(biāo)識）更新前數(shù)據(jù)的舊值（對插入操作而言，此項(xiàng)為空值）更新后數(shù)據(jù)的新值（對刪除操作而言,此項(xiàng)為空值）日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件，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)）被更新的數(shù)據(jù)塊：更新前的塊+更新后的塊二、日志文件的作用進(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)利用靜態(tài)轉(zhuǎn)儲副本和日志文件進(jìn)行恢復(fù)

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲

運(yùn)行事務(wù)正常運(yùn)行─┼───────┼─────────────

Ta

Tb

Tf └────────────

重裝后備副本

利用日志文件恢復(fù)繼續(xù)運(yùn)行恢復(fù)

─┼───────┼┈┈┈┈┈┈┈┈┼────登記日志文件↓利用靜態(tài)轉(zhuǎn)儲副本和日志文件進(jìn)行恢復(fù)（續(xù)）上圖中：系統(tǒng)在Ta時刻停止運(yùn)行事務(wù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲在Tb時刻轉(zhuǎn)儲完畢，得到Tb時刻的數(shù)據(jù)庫一致性副本系統(tǒng)運(yùn)行到Tf時刻發(fā)生故障為恢復(fù)數(shù)據(jù)庫，首先由DBA重裝數(shù)據(jù)庫后備副本，將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)至Tb時刻的狀態(tài)重新運(yùn)行自Tb～Tf時刻的所有更新事務(wù)，把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到故障發(fā)生前的一致狀態(tài)三、登記日志文件基本原則登記的次序嚴(yán)格按并發(fā)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（續(xù)）Why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)庫的正確性第7章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)7.1事務(wù)的基本概念7.2數(shù)據(jù)庫恢復(fù)概述7.3故障的種類7.4恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)7.5恢復(fù)策略7.6小結(jié)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)前被終止恢復(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，對用戶是透明的，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”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，則相當(dāng)于用修改前值代替修改后值

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)10.5.2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)的原因未完成事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新已寫入數(shù)據(jù)庫已提交事務(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)系統(tǒng)故障的恢復(fù)步驟1. 正向掃描日志文件（即從頭掃描日志文件）重做(REDO)隊(duì)列:在故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務(wù)這些事務(wù)既有BEGINTRANSACTION記錄，也有COMMIT記錄撤銷(Undo)隊(duì)列:故障發(fā)生時尚未完成的事務(wù)

這些事務(wù)只有BEGINTRANSACTION記錄，無相應(yīng)的COMMIT記錄系統(tǒng)故障的恢復(fù)步驟

2.對撤銷(Undo)隊(duì)列事務(wù)進(jìn)行撤銷(UNDO)處理反向掃描日志文件，對每個UNDO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”寫入數(shù)據(jù)庫

3.對重做(Redo)隊(duì)列事務(wù)進(jìn)行重做(REDO)處理正向掃描日志文件，對每個REDO事務(wù)重新執(zhí)行登記的操作即將日志記錄中“更新后的值”寫入數(shù)據(jù)庫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)10.5.3介質(zhì)故障的恢復(fù)1.重裝數(shù)據(jù)庫2.重做已完成的事務(wù)介質(zhì)故障的恢復(fù)（續(xù)）恢復(fù)步驟1.裝入最新的后備數(shù)據(jù)庫副本(離故障發(fā)生時刻最近的轉(zhuǎn)儲副本)，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)。對于靜態(tài)轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)庫副本