第九章数据库恢复技术

1、数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术本章导读：本章导读：主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：内容：内容： 介绍事务的基本概念，然后讨论数据库恢复的介绍事务的基本概念，然后讨论数据库恢复的概念和常用技术。概念和常用技术。要求：要求： 掌握事务的概念及特性，以及数据库恢复的概掌握事务的概念及特性，以及数据库恢复的概念。能够区分故障的种类。理解常用的数据库恢复念。能够区分故障的种类。理解常用的数据库恢复技术。技术。数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.19.1 事

2、务的基本概念事务的基本概念主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：一、事务一、事务 事务是用户定义的一个数据库操作序列，这些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操作要么全做要么全不做，是一个不可分割的工作单位。单位。 在关系数据库中，一个事务可以是一条在关系数据库中，一个事务可以是一条SQL语语句、一组句、一组SQL语句或整个程序。一个程序中包含多语句或整个程序。一个程序中包含多个事务。个事务。第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术数据库系统原理数据库系统原理9.19.1 事务的

3、基本概念事务的基本概念主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail： 对事务进行操作的语句：对事务进行操作的语句： 1 1）BEGIN TRANSACTIONBEGIN TRANSACTION 2 2）COMMITCOMMIT 3 3）ROLLBACKROLLBACK 事务的开始与结束可以由用户显式控制。如果事务的开始与结束可以由用户显式控制。如果用户没有显式地定义事务，则由用户没有显式地定义事务，则由DBMS DBMS 按缺省规定按缺省规定自动划分事务。自动划分事务。数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技

4、术9.19.1 事务的基本概念事务的基本概念主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：二、事务的特性二、事务的特性1、原子性（、原子性（AtomicityAtomicity） 事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的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。诸操作要么都做，要么都不做。2、一致性（、一致性（ConsistencyConsistency） 事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性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。状态变到另一个一致性状态。 一致性与原子性是密切相

5、关的。（举例说明）一致性与原子性是密切相关的。（举例说明）数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.19.1 事务的基本概念事务的基本概念主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：3、隔离性（、隔离性（IsolationIsolation） 一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是隔事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。4、持续性（

6、、持续性（DurabilityDurability） 指一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改指一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不应该对其执行结果有任何影响。应该对其执行结果有任何影响。数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.19.1 事务的基本概念事务的基本概念主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail： 保证事务保证事务ACID特性是事务管理的重要任务。特性是事务管理的重要任务。事务事务ACID特性可能遭到

7、破坏的因素有：特性可能遭到破坏的因素有： （1）多个事务并行运行时，不同事务的操作）多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行。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。数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.29.2 数据库恢复概述数据库恢复概述主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail： 数据库管理系统具有把数据库从错误状态数据库管理系统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

8、数据库的恢复。或完整状态）的功能，这就是数据库的恢复。数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.39.3 故障的种类故障的种类主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：一、事务内部故障一、事务内部故障 事务故障是指事务在运行至正常终止点前被事务故障是指事务在运行至正常终止点前被终止，这时恢复子系统应利用日志文件撤销（终止，这时恢复子系统应利用日志文件撤销（U-U-NDONDO）此事务已对数据库进行的修改。）此事务已对数据库进行的修改。 事务故障事务故障的恢复是由系统自动完成的，对用户是透明的。的恢复是

9、由系统自动完成的，对用户是透明的。 例：银行转帐事务例：银行转帐事务（见（见P280）数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.39.3 故障的种类故障的种类主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：二、系统故障二、系统故障 系统故障系统故障是指造成系统停止运转的任何事件，是指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。通常，系统故障造成数据库使得系统要重新启动。通常，系统故障造成数据库不一致状态的原因有两个，一是未完成事务对数据不一致状态的原因有两个，一是未完成事务对数据库的更新可能已写入数据库

10、，二是已提交事务对数库的更新可能已写入数据库，二是已提交事务对数据库的更新可能还留在缓冲区没来得及写入数据库。据库的更新可能还留在缓冲区没来得及写入数据库。因此恢复操作就是要撤销故障发生时未完成的事务，因此恢复操作就是要撤销故障发生时未完成的事务，重做已完成的事务。重做已完成的事务。数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.39.3 故障的种类故障的种类主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：三、介质故障三、介质故障 介质故障也称为硬故障，指外存故障，如磁介质故障也称为硬故障，指外存故障，如磁盘损坏

11、、磁头碰撞，瞬时强磁场干扰等盘损坏、磁头碰撞，瞬时强磁场干扰等 。这类故。这类故障将破坏数据库或部分数据库障将破坏数据库或部分数据库 ，并影响正在存取，并影响正在存取这部分数据的所有事务。发生介质故障后这部分数据的所有事务。发生介质故障后 ，磁盘，磁盘上的物理数据和日志文件被破坏，上的物理数据和日志文件被破坏， 这是最严重的这是最严重的一种故障。一种故障。 四、计算机病毒四、计算机病毒 是一种人为的故障或破坏，是一些恶作剧者是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。研制的一种计算机程序。数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.49.4 恢复的

12、实现技术恢复的实现技术主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail： 恢复机制涉及的两个关键问题是：第一，如恢复机制涉及的两个关键问题是：第一，如何建立冗余数据；第二，如何利用这些冗余数据何建立冗余数据；第二，如何利用这些冗余数据实施数据库恢复。实施数据库恢复。 建立冗余数据最常用的技术就是数据转储和建立冗余数据最常用的技术就是数据转储和登记日志文件。通常在一个数据库系统中，这两登记日志文件。通常在一个数据库系统中，这两种方法是一起使用的。种方法是一起使用的。 数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.4

13、9.4 恢复的实现技术恢复的实现技术主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：一、数据转储一、数据转储 所谓数据转储就所谓数据转储就DBA定期地将数据库复制到磁定期地将数据库复制到磁带或另一个磁盘上保存起来的过程。带或另一个磁盘上保存起来的过程。（见（见P282图图10.1） 根据转储状态转储可分为：根据转储状态转储可分为： 1）静态转储）静态转储 2）动态转储）动态转储 根据转储方式转储可分为：根据转储方式转储可分为： 1）海量转储）海量转储 2）增量转储）增量转储 （见（见P283表表10.1）数据库系统原理数据库系统原理第九章

14、第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.49.4 恢复的实现技术恢复的实现技术主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：二、登记日志文件二、登记日志文件1 1、日志文件的格式和内容、日志文件的格式和内容 日志文件主要有两种格式：日志文件主要有两种格式： * *以记录为单位的日志文件；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。 （1 1）以记录为单位的日志文件的内容）以记录为单位的日志文件的内容 各个事务的开始标记各个事务的开始标记 大的内容包括大的内容包括 各个事务的结束标记各个事务的结束标

15、记 各个事务的所有更新操作各个事务的所有更新操作数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.49.4 恢复的实现技术恢复的实现技术主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail： 每个日志记录的内容：每个日志记录的内容： *事务标识；事务标识； *操作的类型；操作的类型； *操作对象；操作对象； *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。 （2）以数据块为单位的日志文件的内容）以数据块为单位的日志文件的内容 日志记录的内容包括事务标识和被更新的数据块。日志记录的内容包括事务

16、标识和被更新的数据块。数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.49.4 恢复的实现技术恢复的实现技术主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：2 2、日志文件的作用、日志文件的作用 （1 1）事务故障恢复和系统故障恢复必须用日志）事务故障恢复和系统故障恢复必须用日志文件。文件。 （2 2）在动态转储方式中必须建立日志文件，后）在动态转储方式中必须建立日志文件，后备副本和日志文件结合起来才能有效地恢复数据库。备副本和日志文件结合起来才能有效地恢复数据库。 （3 3）在静态转储方式中，也可以建立日志文件

17、。）在静态转储方式中，也可以建立日志文件。（见（见P284P284图图10.210.2）3、登记日志文件、登记日志文件 登记日志文件必须遵循的原则：（见登记日志文件必须遵循的原则：（见P284）（1）登记的次序严格按并发事务执行）登记的次序严格按并发事务执行的时间次序；的时间次序；（2）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。数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.59.5 恢复策略恢复策略主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：1 1、事务故障的恢复、事务故障的恢复步骤：步

18、骤： 第一步：反向扫描日志文件，即从最后向前第一步：反向扫描日志文件，即从最后向前扫描，查找该事务的更新操作。扫描，查找该事务的更新操作。 第二步：对该事务的更新操作执行逆操作。第二步：对该事务的更新操作执行逆操作。 第三步：继续反向扫描日志文件，查找该事第三步：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。务的其他更新操作，并做同样处理。 第四步：如此处理下去，直至读到此事务的开第四步：如此处理下去，直至读到此事务的开始标记。始标记。 2 2、系统故障的恢复、系统故障的恢复步骤：步骤： 第一步：正向扫描日志文件，找出在故障发第一步：正向扫描日志文件，找出在故障发生前已经提交的

19、事务，将其事务标记记入重做（生前已经提交的事务，将其事务标记记入重做（REDOREDO）队列。同时找出故障发生尚未完成的事务，）队列。同时找出故障发生尚未完成的事务，将其事务标记记入撤销（将其事务标记记入撤销（UNDOUNDO）队列。）队列。 第二步：对撤销队列中的各个事务进行撤销第二步：对撤销队列中的各个事务进行撤销（UNDOUNDO）处理。）处理。 第三步：对重做队列中的各个事务进行重做第三步：对重做队列中的各个事务进行重做（REDOREDO）处理。）处理。 数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.59.5 恢复策略恢复策略主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话

20、EmaiEmail：3 3、介质故障的恢复、介质故障的恢复步骤：步骤： 第一步：装入最新的数据库后备副本（离故第一步：装入最新的数据库后备副本（离故障发生时刻最近的转储副本），使数据库恢复到障发生时刻最近的转储副本），使数据库恢复到最近一次转储时的一致性状态。对于动态转储的最近一次转储时的一致性状态。对于动态转储的数据库副本，还需同时装入转储开始时刻的日志数据库副本，还需同时装入转储开始时刻的日志文件副本，利用恢复系统故障的方法（即文件副本，利用恢复系统故障的方法（即REDOREDO+UNDO+UNDO），才能将数据库恢复到一致性状态。），才

21、能将数据库恢复到一致性状态。 数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.59.5 恢复策略恢复策略主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail：数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.59.5 恢复策略恢复策略主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail： 第二步：装入相应的日志文件副本（转储结束第二步：装入相应的日志文件副本（转储结束时刻的日志文件副本），重做已完成的事务。即首时刻的日志文件副本），重做已完成的事

22、务。即首先扫描日志文件，找出故障发生时已提交的事务的先扫描日志文件，找出故障发生时已提交的事务的标识，将其记入重做队列。然后正向扫描日志文件，标识，将其记入重做队列。然后正向扫描日志文件，对重做队列中的所有事务进行重做处理。即将日志对重做队列中的所有事务进行重做处理。即将日志记录中记录中“更新后的值更新后的值”写入数据库。这样就可以将写入数据库。这样就可以将数据库恢复至故障前某一时刻的一致状态了。数据库恢复至故障前某一时刻的一致状态了。 数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.69.6 具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话：

23EmaiEmail： 这种技术在日志文件中增加一类新的记录这种技术在日志文件中增加一类新的记录检查点检查点（checkpointcheckpoint）记录，增加一个重新开始文）记录，增加一个重新开始文件，并让恢复子系统在登录日志文件期间动态地件，并让恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护日志。维护日志。 检查点记录的内容包括：检查点记录的内容包括： 建立检查点时刻所有正在执行的事务清单。建立检查点时刻所有正在执行的事务清单。 这些事务最近一个日志记录的地址。这些事务最近一个日志记录的地址。 重新开始文件用来记录各个检查点记录在日重新开始文件用来

24、记录各个检查点记录在日志文件中的地址。（见志文件中的地址。（见P287P287图图10.310.3） 数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.69.6 具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail： 动态维护日志文件的方法是周期性地执行如下动态维护日志文件的方法是周期性地执行如下操作：建立检查点，保存数据库状态。具体步骤是：操作：建立检查点，保存数据库状态。具体步骤是： 将当前日志缓冲中的所有日志记录写入磁将当前日志缓冲中的所有日志记录写入磁盘的日志文件上；盘的日

25、志文件上； 在日志文件中写入一个检查点记录；在日志文件中写入一个检查点记录； 将当前数据缓冲的所有数据记录写入磁盘将当前数据缓冲的所有数据记录写入磁盘的数据库中；的数据库中； 把检查点记录在日志文件中的地址写入一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。个重新开始文件。 数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.69.6 具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail： 系统出现故障时恢复子系统将根据事务的不系统出现故障时恢复子系统将根据事务的不同状态采取不

26、同的恢复策略。如下图：同状态采取不同的恢复策略。如下图： 时间Tc（检查点）Tf（系统故障）T1 不要REDOT2 REDOT3撤销T4REDO撤销T5数据库系统原理数据库系统原理第九章第九章 数据库恢复技术数据库恢复技术9.69.6 具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术主讲：武彤主讲：武彤 电话：电话EmaiEmail： 系统使用检查点方法进行恢复的步骤：系统使用检查点方法进行恢复的步骤： 1 1）从重新开始文件中找到最后一个检查点记）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，录在日志文件中的地址， 由该地址在日志文件中由该地址在日志文件中找到最后一个检查点记录。找到最后一个检查点记录。 2 2）由该检查点记录得到检查点建立时刻所有）由该检查点记录得到检查点建立时刻所有正在执行的事务清单正在执行的事务清单 ACTIVE LISTACTIVE LIST。同时建立。同时建立UNDO-LISTUNDO-LIST和和REDO-LISTREDO-LIST。 3 3）从检查点开始正向扫描日志文件。）从检查点开始正向扫描日志文件。 4 4）对对UNDO-LISTUNDO-LIST中的每个事务执行中的每个事务