数据库系统教学课件：第16讲 恢复技术

1、第16讲:(第12章) 数据库恢复技术重庆大学计算机学院 课程名称: 数据库系统 -故障是不可避免的计算机硬件故障系统软件和应用软件的错误操作员的失误恶意的破坏故障的影响运行事务非正常中断破坏数据库23数据库管理系统对故障的对策DBMS提供恢复子系统保证故障发生后，能把数据库中的数据从错误状态恢复到某种逻辑一致的状态保证事务ACID恢复技术是衡量系统优劣的重要指标故障的类型1事务故障 2系统故障 3介质故障 数据库的恢复： 把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。41事务内部故障 可能造成事务执行失败预期故障(逻辑错误)： 通过在程序中加判断条件来实现非预期的故障(系统错误)： 如由于死锁

2、而被迫撤销的事务等5BEGIN TRANSACTION READ(sal) FROM table1; sal = sal amout; IF (sal 0) THEN PRINT “Not enough money!”; ROLLBACK; ELSE WRITE(sal); READ(sum) FROM table2; sum = sum + amout; WRITE(sum); COMMIT;62系统故障 造成系统停止运转的任何事件（需要系统重新启动）原因：硬件错误、操作系统故障、突然停电等。特点：故障影响正在运行的所有事务，但不破坏数据库。可能会造成数据库中数据的不一致性。其原因：故障发生

3、时，尚未完成的事务的结果可能已送入到物理数据库。故障发生时，有些已完成的事务所做的数据更改还在缓冲区中，尚未写到物理数据库中。7系统故障又称为软故障3介质故障 是指存储数据库的磁盘发生故障。原因：可能是磁盘损坏、磁头碰撞、瞬时强磁场干扰等。特点：使数据库受到破环。虽然可能性小，但破坏性最大。8介质故障称为硬故障两个关键问题：如何建立冗余数据如何利用这些冗余数据实施数据库恢复9数据库恢复技术10转 储转储是指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。这些备用的数据文本称为后备副本或后援副本。1、数据转储转储：定期将DB复制到其它外存保存（副本）1、转储类型静态转储：在系统空闲的时

4、候进行，转储期间不允许对数据库进行操作。优点：简单、保证副本和数据库数据的一致性。缺点：需等待。11建立冗余常用技术12动态转储动态转储：转储期间允许对数据库进行操作。优点：效率高。缺点：不能保证副本和数据库数据的一致性。利用动态转储得到的副本进行故障恢复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2、转储方式海量转储：每次转储数据库中的全部数据增量转储：每次转储上一次转储后更新过的数据 13 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建立冗余常用技术14转储策

5、略应定期进行数据转储，制作后备副本。但转储又是十分耗费时间和资源的，不能频繁进行。DBA应该根据数据库使用情况确定适当的转储周期和转储方法。 例：每天晚上进行动态增量转储每周进行一次动态海量转储每月进行一次静态海量转储15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建立冗余常用技术16一、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. 日志文件的格式以记录为单位的日志文件以数据块为单位的日志文件173. 日志文件内容(以记录为单位)各个事务的开始标记(BEGIN TRANSACTION)各个事务的结束标记(COMMIT或

6、ROLLBACK)各个事务的所有更新操作与事务有关的内部更新操作日志文件中的一个日志记录 (log record)184. 基于记录的日志文件每条日志记录的内容事务标识操作类型（插入、删除或修改）操作对象（记录ID、Block NO.）更新前数据的旧值（对插入操作而言，此项为空值）更新后数据的新值（对删除操作而言, 此项为空值）事务标识（标明是哪个事务）操作类型及对象（插入、删除、修改，记录内部标识）更新前后的值常用格式： 19基于记录的日志文件每条日志记录的内容事务标识（标明是那个事务）操作对象（记录ID、Block NO.）更新前数据所在的整个数据块的值（对插入操作而言，此项为空值）更新后

7、整个数据块的值（对删除操作而言, 此项为空值）205. 基于数据块的日志文件1用途进行事务故障恢复进行系统故障恢复协助后备副本进行介质故障恢复21二、日志文件的用途22 故障发生点 静态转储 运行事务 正常运行 Ta Tb Tf 登记日志文件 重装后备副本 利用日志文件恢复事务 继续运行介质故障恢复 登记日志文件 二、日志文件的用途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登记的次序严格按并行事务执行的时间次序必须先写日志文件，后写数据库写日志文件操作：把表示这个修改的日志记录 写到日志文件写数据库操作：把对数据的修改写到数据库中23三、登记日志文件的原则1、事务故障的恢复恢复策略

8、：反向扫描日志文件，对该事务的更新操作执行逆操作（即将日志中更新前的数据写回到数据库中），直至事务的开始标志。2、系统故障的恢复恢复策略：撤销故障发生时未完成的事务，重做已完成的事务。方法：扫描日志文件；找出故障发生前提交的事务，让该事务重做（REDO）；找出故障发生前未提交的事务，让其撤销（UNDO）。24数据库恢复策略1.正向扫描日志文件（即从头扫描日志文件）Redo队列: 在故障发生前已经提交的事务 T1, T3, T8.Undo队列:故障发生时尚未完成的事务 T2, T4, T5, T6, T7, T9 .25系统故障的恢复步骤2. 对Undo队列事务进行UNDO处理 反向扫描日志文件

9、，对每个UNDO事务的更 新操作执行逆操作 T2, T4, T5, T6, T7, T9 3. 对Redo队列事务进行REDO处理 正向扫描日志文件，对每个REDO事务重新 执行登记的操作 T1, T3, T8.26系统故障的恢复步骤27检查点检查点数据恢复28基于检查点的数据恢复过程29基于检查点进行恢复的直观示例TcTfT1T2T3T4Checkpoint Lsystem failure检测点前启动且未提交事务仅，包含在L中检测点后启动的所有事务(因已完成提交动作)(未已完成提交动作)(因设置检查点时已完成对数据库的修改) T1 can be ignored (updates alread

10、y output to disk due to checkpoint) T2 and T3 redo. T4 undo30图16-5基于检查点进行恢复的详细过程示例T0启动，并修改BT1启动系统设置检查点T1修改C，并提交T2启动，并修改AT0正常回滚T2回滚(系统恢复)系统故障初始undo list: T0和T1normal transaction processing can commence开始 now！系统开始正常的事务执行！虽然初始撤销清单包含T0和T1，但恢复的第一阶段重复历史，并更新撤销清单后，仅包含T2。=系统故障=313、介质故障的恢复恢复策略：利用数据库副本和日志文件副本进

11、行恢复。（需要DBA介入）步骤：1. 重装数据库， 使数据库恢复到一致性状态2. 重做已完成的事务介质故障的恢复需要DBA介入DBA的工作重装最近转储的数据库副本和有关的各日志文件副本执行系统提供的恢复命令具体的恢复操作仍由DBMS完成32介质故障的恢复（续）33系统恢复小结如果数据库只包含成功事务提交的结果，就说数据库处于一致性状态。保证数据一致性是对数据库的最基本的要求。事务是数据库的逻辑工作单位DBMS保证系统中一切事务的原子性、一致性、隔离性和持续性DBMS必须对事务故障、系统故障和介质故障进行恢复恢复中最经常使用的技术：数据库转储和登记日志文件恢复的基本原理：利用存储在后备副本、日志文件和数据库镜像中的冗余数据来重建数据库34小结（续）常用恢复技术事务故障的恢复UNDO系统故障的恢复UNDO + REDO介质故障的恢复重装备份并恢复到一致性状态 + REDO35小结（续）36请解释：a) 为什么undo-list中事务的日志记录，必须由后往前进行处理，b) 而redo-list中事务的日志记录，必须由前往后进行处理。 思考练习解答：a）分析对一个单一的事务做undo。假设一个