数据库系统10

1、An Introduction to Database System数据库系统概论An Introduction to Database System第十章 数据库恢复技术An Introduction to Database System第十章 数据库恢复技术10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8 小结An Introduction to Database System10.1 事务的基本概念一、什么是事务二、如何定义事务三、事务的特性An Introductio

2、n to Database System一、什么是事务n事务(Transaction)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n事务是恢复和并发控制的基本单位An Introduction to Database Systemn事务和程序是两个概念n在关系数据库中，一个事务可以是一条SQL语句，一组SQL语句或整个程序n一个应用程序通常包含多个事务An Introduction to Database System二、如何定义事务n显式定义方式 BEGIN TRANSACTION BEGIN TANSACTION SQL 语句1 SQL 语句1 S

3、QL 语句2 SQL 语句2 COMMIT ROLLBACKn隐式方式当用户没有显式地定义事务时，DBMS按缺省规定自动划分事务An Introduction to Database System事务结束COMMIT事务正常结束 提交事务的所有操作（读+更新）事务中所有对数据库的更新永久生效ROLLBACK事务异常终止n事务运行的过程中发生了故障，不能继续执行，回滚事务的所有更新操作n事务滚回到开始时的状态An Introduction to Database System三、事务的特性(ACID特性)事务的ACID特性：n原子性（Atomicity）n一致性（Consistency）n隔离性

4、（Isolation）n持续性（Durability）An Introduction to Database System1. 原子性n事务是数据库的逻辑工作单位n事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做An Introduction to Database System2. 一致性n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一致性状态： 数据库中只包含成功事务提交的结果不一致状态： 数据库中包含失败事务的结果 An Introduction to Database System一致性与原子性举例银行转帐：从帐号A中取出一万元，存入帐号B。n定义一个事务，该事务包括两个操作

5、n这两个操作要么全做，要么全不做原子性n全做或者全不做，数据库都处于一致性状态。n如果只做一个操作，数据库就处于不一致性状态。 B=B+1 A=A-1BAAn Introduction to Database System3. 隔离性隔离性n对并发执行而言，一个事务的执行不能被其他事务干扰n一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是隔离的n并发执行的各个事务之间不能互相干扰An Introduction to Database System4. 持续性持续性n持续性也称永久性（Permanence）n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。n接下来的其他操作或故障不应该对

6、其执行结果有任何影响。An Introduction to Database System事务的特性事务的特性 n保证事务ACID特性是事务处理的任务n破坏事务ACID特性的因素n多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行n事务在运行过程中被强行停止An Introduction to Database System第十章 数据库恢复技术10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8 小结An Introduction to Database System10.2 数据库恢

7、复概述n故障是不可避免的n计算机硬件故障n系统软件和应用软件的错误n操作员的失误n恶意的破坏n故障的影响n造成运行事务非正常中断，影响数据库中数据的正确性n破坏数据库An Introduction to Database System数据库恢复概述（续）数据库恢复概述（续）n数据库管理系统对故障的对策nDBMS提供恢复子系统n保证故障发生后，能把数据库中的数据从错误状态恢复到某一已知的正确状态n保证事务ACIDn恢复技术是衡量系统优劣的重要指标An Introduction to Database System10.3 故障的种类一、事务内部的故障二、系统故障三、介质故障四、计算机病毒An I

8、ntroduction to Database System一、事务故障n什么是事务故障n某个事务在运行过程中由于种种原因未运行至正常终止点就夭折了An Introduction to Database Systemn事务故障的常见原因n输入数据有误n运算溢出n违反了某些完整性限制n某些应用程序出错n并行事务发生死锁An Introduction to Database System事务故障的恢复事务故障的恢复n事务故障意味着事务没有达到预期的终点，因此，数据库可能处于不正确状态。n发生事务故障时，夭折的事务可能已把对数据库的部分修改写回磁盘An Introduction to Databas

9、e Systemn事务故障的恢复：事务撤消操作（UNDO）n强行回滚（ROLLBACK）该事务n清除该事务对数据库的所有修改，使得这个事务象根本没有启动过一样An Introduction to Database System二、系统故障n什么是系统故障造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。An Introduction to Database Systemn系统故障的常见原因n操作系统故障nDBMS代码错误n特定类型的硬件错误（如CPU故障）n突然停电An Introduction to Database System系统故障的恢复n清除尚未完成的事务对数据库的所有修改n系统重新启

10、动时，恢复程序要强行撤消（UNDO）所有未完成事务n将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库n系统重新启动时，恢复程序需要重做（REDO）所有已提交的事务An Introduction to Database System三、介质故障三、介质故障n介质故障又称为硬故障，这类故障使存储在外存中的数据部分丢失或全部丢失n介质故障比前两类故障的可能性小得多，但破坏性大得多An Introduction to Database Systemn主要指外存故障，如：n磁盘损坏n磁头碰撞n瞬时强磁场干扰n介质故障的恢复n装入数据库发生介质故障前某个时刻的数据副本n重做自此时始的所有成功事务，将这些事务已提交

11、的结果重新记入数据库An Introduction to Database System四、计算机病毒n计算机病毒n一种人为的故障或破坏，是一些恶作剧者研制的一种计算机程序n可以繁殖和传播n危害n破坏、盗窃系统中的数据n破坏系统文件An Introduction to Database System故障小结n各类故障，对数据库的影响有两种可能性n一是数据库本身被破坏n二是数据库没有被破坏，但数据可能不正确，这是由于事务的运行被非正常终止造成的。An Introduction to Database System第十章 数据库恢复技术10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障

12、的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8 小结An Introduction to Database System10.4 10.4 恢复的实现技术恢复的实现技术n恢复操作的基本原理：冗余n利用存储在系统其它地方的冗余数据来重建数据库中已被破坏或不正确的那部分数据An Introduction to Database Systemn恢复机制涉及的关键问题1. 如何建立冗余数据n数据转储n登录日志文件2. 如何利用这些冗余数据实施数据库恢复An Introduction to Database System10.4 10.4 恢复

13、的实现技术恢复的实现技术10.4.1 数据转储10.4.2 登记日志文件An Introduction to Database System一、什么是数据转储n转储是指DBA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，这些备用的数据称为后备副本或后援副本n如何使用n数据库遭到破坏后可以将后备副本重新装入n重装后备副本只能将数据库恢复到转储时的状态An Introduction to Database System转储转储 故障发生点故障发生点 转储转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb Tb Tf Tf 重装后备副本重装后备副本 重新运行事务重新运行事务恢复恢复 A

14、n Introduction to Database System二、转储方法1静态转储与动态转储-转储状态2海量转储与增量转储-转储方式3转储方法小结An Introduction to Database System1静态转储n在系统中无运行事务时进行转储n转储开始时数据库处于一致性状态n转储期间不允许对数据库的任何存取、修改活动n优点：实现简单n缺点：降低了数据库的可用性n转储必须等用户事务结束n新的事务必须等转储结束An Introduction to Database System动态转储n转储操作与用户事务并发进行n转储期间允许对数据库进行存取或修改n优点n不用等待正在运行的用户事

15、务结束n不会影响新事务的运行n动态转储的缺点n不能保证副本中的数据正确有效An Introduction to Database System例在转储期间的某个时刻Tc，系统把数据A=100转储到磁带上，而在下一时刻Td，某一事务将A改为200。转储结束后，后备副本上的A已是过时的数据了An Introduction to Database System动态转储动态转储n利用动态转储得到的副本进行故障恢复n需要把动态转储期间各事务对数据库的修改活动登记下来，建立日志文件n后备副本加上日志文件才能把数据库恢复到某一时刻的正确状态An Introduction to Database System

16、2海量转储与增量转储海量转储与增量转储n海量转储: 每次转储全部数据n增量转储: 只转储上次转储后更新过的数据n海量转储与增量转储比较n从恢复角度看，使用海量转储得到的后备副本进行恢复往往更方便n但如果数据库很大，事务处理又十分频繁，则增量转储方式更实用更有效An Introduction to Database System3转储方法小结n转储方法分类 转储状态转储状态动态转储静态转储转储方式海量转储动态海量转储静态海量转储增量转储动态增量转储静态增量转储An Introduction to Database System10.4 10.4 恢复的实现技术恢复的实现技术10.4.1 数据转储

17、10.4.2 登记日志文件An Introduction to Database System10.4.2 10.4.2 登记日志文件登记日志文件一、日志文件的内容二、日志文件的用途三、登记日志文件的原则An Introduction to Database System一、日志文件的内容一、日志文件的内容1. 什么是日志文件 日志文件(log)是用来记录事务对数据库的更新操作的文件2. 不同数据库系统采用的日志文件格式并不完全一样，概括起来日志文件主要有两种格式n以记录为单位的日志文件n以数据块为单位的日志文件An Introduction to Database System日志文件的内容

18、（续）3. 以记录为单位的日志文件，日志文件中需要登记的内容包括：n各个事务的开始标记(BEGIN TRANSACTION)n各个事务的结束标记(COMMIT或ROLLBACK)n各个事务的所有更新操作n这里每个事务开始的标记、每个事务的结束标记和每个更新操作均作为日志文件中的一个日志记录 (log record)An Introduction to Database System日志文件的内容（续）4. 以记录为单位的日志文件，每条日志记录的内容n事务标识（标明是哪个事务） n操作类型（插入、删除或修改）n操作对象（记录内部标识）n更新前数据的旧值（对插入操作而言，此项为空值）n更新后数据的

19、新值（对删除操作而言, 此项为空值）An Introduction to Database System日志文件的内容（续）（续）n以数据块为单位的日志文件，每条日志记录的内容n事务标识（标明是那个事务）n被更新的数据块An Introduction to Database System二、日志文件的用途1事务故障恢复和系统故障恢复必须用日志文件2在动态转储方式中必须建立日志文件，后援副本和日志文件综合起来才能有效地恢复数据库。3在静态转储方式中，也可以建立日志文件。An Introduction to Database System日志文件的用途（续） 故障发生点故障发生点 静态转储静态转储

20、 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb TfTb Tf 登记日志文件登记日志文件 重装后备副本重装后备副本 利用日志文件恢复事务利用日志文件恢复事务 继续运行继续运行介质故障恢复介质故障恢复 登记日志文件登记日志文件 An Introduction to Database System三、登记日志文件的原则三、登记日志文件的原则n为保证数据库是可恢复的，登记日志文件时必须遵循两条原则n登记的次序严格按并行事务执行的时间次序n必须先写日志文件，后写数据库n写日志文件操作：把表示这个修改的日志记录写到日志文件n写数据库操作：把对数据的修改写到数据库中An Introduction

21、to Database System登记日志文件的原则（续）n为什么要先写日志文件n写数据库和写日志文件是两个不同的操作n在这两个操作之间可能发生故障，只完成了1个n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n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An Introduction to Database System第十章 数据库恢复技术10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7

22、 数据库镜像10.8 小结An Introduction to Database System10.5 恢复策略10.5.1 事务故障的恢复10.5.2 系统故障的恢复10.5.3 介质故障的恢复An Introduction to Database System10.5.1 事务故障的恢复事务故障的恢复n事务故障：事务在运行至正常终止点前被中止n恢复方法n由恢复子系统利用日志文件撤消（UNDO）此事务已对数据库进行的修改n事务故障的恢复由系统自动完成，不需要用户干预An Introduction to Database System事务故障的恢复步骤1. 反向扫描文件日志（即从最后向前扫描日

23、志文件），查找该事务的更新操作。2. 对该事务的更新操作执行逆操作。即将日志记录中“更新前的值”写入数据库。n插入操作， “更新前的值”为空，则相当于做删除操作。n删除操作，“更新后的值”为空，则相当于做插入操作。n若是修改操作，则用修改前的值代替修改后的值。An Introduction to Database System事务故障的恢复步骤（续）3. 继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做同样处理。4. 如此处理下去，直至读到此事务的开始标记，事务故障恢复就完成了。An Introduction to Database System10.5.2 10.5.2 系统故障的恢复系统故障的恢复n系统故障造成数据库不一致状态的原因n一些未完成事务对数据库的更新已写入数据库n一些已提交事务对数据库的更新还留在缓冲区没来得及写入数据库An Introduction to Database Systemn恢复方法n1. Undo 故障发生时未完成的事务n2. Redo 已完成的事务n系统故障的恢复由系统在重新启动时自动完成，不需要用户干预An Introduction to Database System系统故障的恢复步骤1.正向扫描日志文件（即从头扫描日志文件）