第七章数据库恢复

1、数据库恢复技术数据库恢复技术 第第 章章 7 主主 要要 内内 容容 第7章 事务的基本概念 数据库恢复概述 恢复的实现技术 故障的种类及恢复策略 具有检查点的恢复技术 数据库镜像 数据库恢复概述数据库恢复概述 尽管数据库系统中采取了各种保护措施来防止数据库的安全尽管数据库系统中采取了各种保护措施来防止数据库的安全 性和完整性被破坏，保证并发事务的正确执行，但是计算机系统性和完整性被破坏，保证并发事务的正确执行，但是计算机系统 中硬件的故障、软件的错误、操作员的失误以及恶意的破坏仍是中硬件的故障、软件的错误、操作员的失误以及恶意的破坏仍是 不可避免的，这些故障轻则造成运行事务非正常中断，影响数

2、据不可避免的，这些故障轻则造成运行事务非正常中断，影响数据 库中数据的正确性，重则破坏数据库，使数据库中全部或部分数库中数据的正确性，重则破坏数据库，使数据库中全部或部分数 据丢失，因此数据库管理系统（恢复子系统）必须具有把数据库据丢失，因此数据库管理系统（恢复子系统）必须具有把数据库 从错误状态恢复到某一已知的正确状态（亦称为一致状态或完整从错误状态恢复到某一已知的正确状态（亦称为一致状态或完整 状态）的功能，这就是数据库的恢复。状态）的功能，这就是数据库的恢复。 恢复子系统是数据库管理系统的一个重要组成部分，占整个恢复子系统是数据库管理系统的一个重要组成部分，占整个 系统代码的百分之十以上

3、。系统代码的百分之十以上。 一、事务一、事务(Transaction) 所谓事务是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全所谓事务是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全 做，要么全不做，是一个不可分割的工作单位。做，要么全不做，是一个不可分割的工作单位。 事务是一系列的数据库操作，是数据库应用程序的基本逻辑单元。事务是一系列的数据库操作，是数据库应用程序的基本逻辑单元。 一个程序中可以包含多个事务。一个程序中可以包含多个事务。 事务的开始与结束可以由用户显式控制。事务的开始与结束可以由用户显式控制。 事务是恢复和并发控制的基本单位。事务是恢复和并发控制的基本单位。 数据库恢复概述数

4、据库恢复概述 事务的基本概念事务的基本概念 用用SQL定义事务定义事务 在在SQL语言中，定义事务的语句有三条：语言中，定义事务的语句有三条： COMMIT表示提交，即提交事务的所有操作。具体地说就是将表示提交，即提交事务的所有操作。具体地说就是将 事务中所有对数据库的更新写回到磁盘上的物理数据库中去，事务中所有对数据库的更新写回到磁盘上的物理数据库中去， 事务正常结束。事务正常结束。 ROLLBACK表示回滚，即在事务运行的过程中发生了某种故障，表示回滚，即在事务运行的过程中发生了某种故障， 事务不能继续执行，系统将事务中对数据库的所有已完成的操作事务不能继续执行，系统将事务中对数据库的所有

5、已完成的操作 全部撤消，滚回到事务开始时的状态。全部撤消，滚回到事务开始时的状态。 BEGIN TRANSACTION COMMIT ROLLBACK 数据库恢复概述数据库恢复概述 事务的基本概念事务的基本概念 课 程 表 C n o C n am e C p n o C c re d it 1 0 2 4 数 据 库 原 理 1 1 3 6 4 1 1 3 6 离 散 数 学 1 1 2 8 4 1 1 3 7 管 理 学 4 1 1 5 6 英 语 6 1 1 2 8 高 等 数 学 6 表3.4 学生选课表 SnoCnoGrade 2000012115680 2000113115689

6、2000256115693 2000014115688 2000256113777 2000278113789 2000012102480 2000014113690 2000012113678 2000012113770 2000014102488 学生表 Sno Sname Ssex Sage Sdept 2000012 王林 男 19 计算机 2000113 张大民 男 18 管理 2000256 顾芳 女 19 管理 2000278 姜凡 男 19 管理 2000014 葛波 女 18 计算机 实例 例1 将其中学生选课数据库中的英语 课的课程编号由1156修改为2256。 因为课程编

7、号出现在表Course和表SC中，所 以要将两个表中的1156都修改为2256，而不 能只修改其中的一个表。用户必须通知 DBMS组成一个事务。 例2 在银行应用中，将用户A账户中的1 万元转移到用户B的账户上。 这个操作要求从用户A的账户中减掉1万元， 在用户B的账户上增加1万元。银行的业务规 则要求增加1万元和减少1万元这两个操作要 么全做，要么一个也不要做。将下面的SQL 语句定义成一个事务： EXEC SQL UPDATE Account SET Balance = Balance + 10000 WHERE CID = B； /*用户B的账户增加10 000元*/ EXEC SQL

8、SELECT Balance INTO ：C_Balance /* 取出用户A的余额，放到变量C_Balance中 */ FROM Account WHERE CID = A； If C_Balance 10 000 then EXEC SQL ROLLBACK； /* 增加10 000元的操作，事务非正常结束*/ Else /* 如果用户A的余额充足 */ EXEC SQL UPDATE Account SET Balance = Balance 10 000 /*从用户A的存款中减掉10 000元*/ WHERE CID = A； EXEC SQL COMMIT； /*事务正常结束*/ 从

9、本例中可以看到事务是类似于具有一个 入口，两个出口的一种控制结构。COMMIT 是一个出口，表示事务的所有操作都完成了。 ROLLBACK是另一个出口，通过撤消所有的 已经做过的操作达到一个操作也没做的效果。 事务的基本概念事务的基本概念 数据库恢复概述数据库恢复概述 二、事务的特性二、事务的特性 4持续性持续性 3隔离性隔离性 2一致性一致性 1原子性原子性 事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做。事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做。 事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态事务执行的结果必须是使数据库从一个

10、一致性状态变到另一个一致性状态 一个事务的执行不能被其他事务干扰。并发执行的各个事务之间不能互相干扰。一个事务的执行不能被其他事务干扰。并发执行的各个事务之间不能互相干扰。 一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。 事务的基本概念事务的基本概念 数据库恢复概述数据库恢复概述 三、破坏事务特性的因素三、破坏事务特性的因素 1. 多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行。多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行。 2. 事务在运行过程中被强行停止。事务在运行过程中被强行停止。 数据库管理系统必须保证多个事务的交叉运行不

11、影响数据库管理系统必须保证多个事务的交叉运行不影响 这些事务的原子性。这些事务的原子性。 数据库管理系统必须保证被强行终止的事务对数据库数据库管理系统必须保证被强行终止的事务对数据库 和其它事务没有任何影响。和其它事务没有任何影响。 这些就是数据库管理系统中恢复机制和并发控制机制的责任。这些就是数据库管理系统中恢复机制和并发控制机制的责任。 故障的种类故障的种类 (1) 数据库恢复概述数据库恢复概述 数据库运行过程中可能发生的故障主要有三类：事务故障、数据库运行过程中可能发生的故障主要有三类：事务故障、 系统故障、介质故障和计算机病毒。各类故障，对数据库的影系统故障、介质故障和计算机病毒。各类

12、故障，对数据库的影 响有两种可能性。一是数据库本身被破坏；二是数据库没有破响有两种可能性。一是数据库本身被破坏；二是数据库没有破 坏，但数据可能不正确。坏，但数据可能不正确。 一、事务故障一、事务故障 事务故障意味着事务没有达到预期的终点（事务故障意味着事务没有达到预期的终点（COMMIT或或ROLLBACK），）， 因此，数据库可能处于不正确状态。恢复程序要在不影响其它事务运行的因此，数据库可能处于不正确状态。恢复程序要在不影响其它事务运行的 情况下，强行回滚（情况下，强行回滚（ROLLBACK）该事务，即撤消该事务已经作出的任何）该事务，即撤消该事务已经作出的任何 对数据库的修改，使得该事

13、务好象根本没有启动一样。对数据库的修改，使得该事务好象根本没有启动一样。 这类恢复操作称为事务撤消（这类恢复操作称为事务撤消（UNDO）。）。 二、系统故障二、系统故障 这类故障影响正在运行的所有事务，但不破坏数据库。这时主存内容，尤这类故障影响正在运行的所有事务，但不破坏数据库。这时主存内容，尤 其是数据库缓冲区（在内存）中的内容都被丢失，所有运行事务都非正常终止。其是数据库缓冲区（在内存）中的内容都被丢失，所有运行事务都非正常终止。 恢复子系统必须在系统重新启动时让所有非正常终止的事务回滚，强行撤恢复子系统必须在系统重新启动时让所有非正常终止的事务回滚，强行撤 消（消（UNDO）所有未完成

14、事务。重做（）所有未完成事务。重做（Redo）所有已提交的事务）所有已提交的事务 故障的种类故障的种类 (2) 数据库恢复概述数据库恢复概述 造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。 硬件错误硬件错误 操作系统故障操作系统故障 DBMS代码错误代码错误 忽然停电等等。忽然停电等等。 三、介质故障三、介质故障 这类故障指外存故障，如磁盘损坏、磁头碰撞，瞬时强磁场干扰等。这类故障这类故障指外存故障，如磁盘损坏、磁头碰撞，瞬时强磁场干扰等。这类故障 将破坏数据库或部分数据库，并影响正在存取这部分数据的所有事务。该故障将破坏数据库或部分数据库，并

15、影响正在存取这部分数据的所有事务。该故障 发生的可能性小，但破坏最大。发生的可能性小，但破坏最大。 恢复子系统将装入发生故障前某个时刻的数据副本，并重做自此时始的恢复子系统将装入发生故障前某个时刻的数据副本，并重做自此时始的 所有成功事务。所有成功事务。 四、计算机病毒四、计算机病毒 由于计算机病毒发作，对数据库系统造成破坏由于计算机病毒发作，对数据库系统造成破坏 恢复的实现技术恢复的实现技术 数据库恢复概述数据库恢复概述 一、数据转储一、数据转储 所谓转储即所谓转储即DBA定期地将整个数据库复制到磁带或另一个磁盘上保存起来定期地将整个数据库复制到磁带或另一个磁盘上保存起来 的过程。这些备用的

16、数据文本称为后备副本。当数据库遭到破坏后可以将后备副的过程。这些备用的数据文本称为后备副本。当数据库遭到破坏后可以将后备副 本重新装入，并重新运行自转储以后的所有更新事务本重新装入，并重新运行自转储以后的所有更新事务 建立冗余数据最常用的技术是数据转储和登记日志文件建立冗余数据最常用的技术是数据转储和登记日志文件,通常在一个数据库系统通常在一个数据库系统 中中,这两种方法一起使用这两种方法一起使用. 恢复涉及的两个关键问题是：恢复涉及的两个关键问题是： 第一，如何建立冗余数据第一，如何建立冗余数据 第二，如何利用冗余数据第二，如何利用冗余数据 恢复的基本原理可以用一个词来概括：恢复的基本原理可

17、以用一个词来概括：。即，数据库中任何一。即，数据库中任何一 部分被破坏的或不正确的数据可以根据存储在系统别处的冗余数据来重建。部分被破坏的或不正确的数据可以根据存储在系统别处的冗余数据来重建。 恢复的实现技术恢复的实现技术 转储可分为静态转储和动态转储：转储可分为静态转储和动态转储： 静态转储是在系统中无运行事务时进行的转储操作。静态转储是在系统中无运行事务时进行的转储操作。 动态转储是指转储期间允许对数据库进行存取或修改。动态转储是指转储期间允许对数据库进行存取或修改。 转储还可以分为海量转储和增量转储两种方式。转储还可以分为海量转储和增量转储两种方式。 静态转储它会降低数据库的可用性；静态

18、转储它会降低数据库的可用性； 动态转储是它不能保证后备副本上的数据正确有效，因此建立日志文件，将转动态转储是它不能保证后备副本上的数据正确有效，因此建立日志文件，将转 储期间各事务对数据库的修改活动登记下来。储期间各事务对数据库的修改活动登记下来。 海量转储是指每次转储全部数据库；海量转储是指每次转储全部数据库； 增量转储指每次只转储上一次转储后更新的数据增量转储指每次只转储上一次转储后更新的数据。 二、登记日志文件（二、登记日志文件（logging） 日志文件日志文件用来记录事务对数据库的更新操作的文件。用来记录事务对数据库的更新操作的文件。 日志文件的内容日志文件的内容 以记录为单位的日志

19、文件以记录为单位的日志文件 以数据块为单位的日志文件以数据块为单位的日志文件 日志文件的类型日志文件的类型 事务标识事务标识 被更新的数据块被更新的数据块 以数据块为单位的日志文件内容：以数据块为单位的日志文件内容： 恢复的实现技术恢复的实现技术 日志文件的内容日志文件的内容 各个事务的开始标记各个事务的开始标记 各个事务的结束标记各个事务的结束标记 各个事务的所有更新操作各个事务的所有更新操作 以记录为单位的日志文件内容：以记录为单位的日志文件内容： 事务标识（标明是哪个事务）事务标识（标明是哪个事务） 操作的类型（插入、删除或修改）操作的类型（插入、删除或修改） 操作对象操作对象(记录内部

20、标识记录内部标识) 更新前数据的旧值更新前数据的旧值 更新后数据的新值更新后数据的新值 每个日志记录的内容主要包括：每个日志记录的内容主要包括： 恢复的实现技术恢复的实现技术 数据库恢复概述数据库恢复概述 日志文件的作用日志文件的作用 登记日志文件（登记日志文件（logging） 事务故障恢复和系统故障必须用日志文件。事务故障恢复和系统故障必须用日志文件。 登记的次序严格按并发事务执行的时间次序。登记的次序严格按并发事务执行的时间次序。 必须先写日志文件，后写数据库。必须先写日志文件，后写数据库。 登记日志文件时必须遵循两条原则：登记日志文件时必须遵循两条原则： 为什么要先写日志文件 写数据库

21、和写日志文件是两个不同的操作 在这两个操作之间可能发生故障 如果先写了数据库修改，而在日志文件中没有登记下这个 修改，则以后就无法恢复这个修改了 如果先写日志，但没有修改数据库，按日志文件恢复时只 不过是多执行一次不必要的UNDO操作，并不会影响数据 库的正确性 事务故障恢复步骤 (由系统自动完成由系统自动完成) 系统故障恢复步骤 (由系统在重新启动时自动完成）由系统在重新启动时自动完成） 介质故障恢复步骤 具有检查点的恢复技术 一、问题的提出 二、检查点技术 三、利用检查点的恢复策略 一、问题的提出 两个问题 搜索整个日志将耗费大量的时间 REDO处理：重新执行，浪费了大量时 间 解决方案

22、具有检查点（checkpoint）的恢复技术 在日志文件中增加检查点记录 （checkpoint） 增加重新开始文件 恢复子系统在登录日志文件期间动态地 维护日志 二、检查点技术 检查点记录的内容 1. 建立检查点时刻所有正在执行的事务清单 2. 这些事务最近一个日志记录的地址 重新开始文件的内容 记录各个检查点记录在日志文件中的地址 在检查点 维护日志文件 1.将当前日志缓冲区中的所有日志记录写 入磁盘的日志文件上。 2.在日志文件中写入一个检查点记录。 3. 将当前数据缓冲区的所有数据记录写入 磁盘的数据库中。 4. 把检查点记录在日志文件中的地址写入 一个重新开始文件。 建立检查点 定期

23、 按照预定的一个时间间隔 不定期 按照某种规则，如日志文件已写满一 半建立一个检查点 三、利用检查点的恢复策略 当事务T在一个检查点之前提交 T对数据库所做的修改已写入数据库 在进行恢复处理时，没有必要对事务T执 行REDO操作 利用检查点的恢复策略 Tc (检查点检查点)Tf(系统故障系统故障) REDO UNDO UNDO REDO T2 T3 T4 T5 不要不要REDOT1 利用检查点的恢复步骤 1. 从重新开始文件中找到最后一个检查点记录在 日志文件中的地址 2 由该地址在日志文件中找到最后一个检查点记 录 利用检查点的恢复策略 2.由该检查点记录得到检查点建立时刻所有正在执 行的事

24、务清单ACTIVE-LIST 建立两个事务队列 UNDO-LIST REDO-LIST 把ACTIVE-LIST暂时放入UNDO-LIST队列， REDO队列暂为空。 利用检查点的恢复策略 3.从检查点开始正向扫描日志文件，直到日志文 件结束 如有新开始的事务Ti，把Ti暂时放入UNDO- LIST队列 如有提交的事务Tj，把Tj从UNDO-LIST队列 移到REDO-LIST队列 4.对UNDO-LIST中的每个事务执行UNDO操作, 对REDO-LIST中的每个事务执行REDO操作 数据库复制与数据库镜像数据库复制与数据库镜像 一、数据库复制一、数据库复制 数据库复制指在多各场地保留多个数

25、据库备份，这些备份可以数据库复制指在多各场地保留多个数据库备份，这些备份可以 是整个数据库的副本也可以是部分数据库的副本。各个场地的用户是整个数据库的副本也可以是部分数据库的副本。各个场地的用户 可以并发地存取不同的数据库副本。可以并发地存取不同的数据库副本。 数据库复制通常有三种方式：对等复制、主数据库复制通常有三种方式：对等复制、主 / 从复制和级联复制从复制和级联复制 应用应用 应用应用 复制数据库复制数据库 复制数据库复制数据库 复制数据库复制数据库 复制数据库复制数据库 事务事务 事务事务 对等复制对等复制 数据库复制数据库复制 数据库复制与数据库镜像数据库复制与数据库镜像 一、一、

26、 数据库复制通常有三种方式：对等复制、主数据库复制通常有三种方式：对等复制、主 / 从复制和级联复制从复制和级联复制 应用应用 复制数据库复制数据库 主数据库主数据库 复制数据库复制数据库 复制数据库复制数据库 事务事务 主主 / 从复制从复制 数据库复制通常有三种方式：对等复制、主数据库复制通常有三种方式：对等复制、主 / 从复制和级联复制从复制和级联复制 应用应用 复制数据库复制数据库 主数据库主数据库 复制数据库复制数据库 复制数据库复制数据库 事务事务 复制数据库复制数据库复制数据库复制数据库 级联复制级联复制 数据库复制数据库复制 数据库复制与数据库镜像数据库复制与数据库镜像 一、一

27、、 数据库镜像数据库镜像 数据库复制与数据库镜像数据库复制与数据库镜像 二、二、 镜像镜像 复制复制 应用应用 应用应用2 应用应用3 应用应用4 read read read update 镜像镜像 恢复恢复 应用应用 应用应用2 应用应用3 应用应用4 read read read update 数据库管理系统提供了数据库镜像（数据库管理系统提供了数据库镜像（Mirror）功能用于数据库恢复。）功能用于数据库恢复。 即根据即根据DBA的要求，自动把整个数据库或其中的关键数据复制到另一个的要求，自动把整个数据库或其中的关键数据复制到另一个 磁盘上。每当主数据库更新时，磁盘上。每当主数据库更新

28、时，DBMS自动把更新后的数据复制过去自动把更新后的数据复制过去 介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严重影响数据库的可用性介质故障恢复比较介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严重影响数据库的可用性介质故障恢复比较 费时费时;为预防介质故障，为预防介质故障，DBA必须周期性地转储数据库必须周期性地转储数据库.提高数据库可用性的解决方案数提高数据库可用性的解决方案数 据库镜像（据库镜像（Mirror） 数据库镜像 DBMS自动把整个数据库或其中的关键数据 复制到另一个磁盘上 DBMS自动保证镜像数据与主数据的一致性 数据库镜像的用途数据库镜像的用途 出现介质故障时出现介质故障时 DBMS

29、自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢复，不需要关闭系统自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢复，不需要关闭系统 和重装数据库副本和重装数据库副本 没有出现故障时没有出现故障时 可用于并发操作可用于并发操作 一个用户对数据加排他锁修改数据一个用户对数据加排他锁修改数据 其他用户可以读镜像数据库上的数据其他用户可以读镜像数据库上的数据 Oracle的恢复技术 1. 转储 2. 登记日志文件 Oracle的恢复技术：转储 转储后备副本的方法 文件拷贝 EXPORT实用程序 用SQL命令SPOOL 自己编程实现 重装后备副本的方法 文件拷贝 IMPORT实用程序 SQL*LOADER实用程序 自己编程实现 2. 登记日志文件 ORACLE V.5：以数据块为单位 ORACLE V.7：REDO日志 + 回滚段 ORACLE V.5的恢复技术 日志文件以数据块为单位，恢复操作不是基于 操作，而是基于数据块 将更新前的旧值与更新后的新值分别放在两个 不同的日志文件中 记录数据库更新前旧值的日志文件称为数据 库前像文件（Before Image，简称BI文件） 记录数据库更新后新值的日志文件称为数据 库的后像文件（After Image，简称AI文件） OracleV.5 的恢复技术 BI文件是必须的，AI文件是