第十章 数据库恢复技术
10.1 事务的基本概念
- 事务
- 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。例
- 事务的特性(ACID特性(ACID properties))
- 保证事务ACID特性是事务管理的重要任务。事务ACID特性可能遭到破坏的因素有:
- 多个事务并行运行时,不同事务的操作交叉执行;
- 事务在运行过程中被强行停止。
10.2 数据库恢复概述
- 故障是不可避免的,故障主要包括:
- 计算机硬件故障、软件的错误、操作员的失误、恶意的破坏等。
- 故障对数据库的影响主要表现为:
- 数据库恢复的作用:
- 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状态)的功能。
10.3 故障的种类
- 事务内部的故障
- 事务内部的故障有的是可以通过事务程序本身发现的,有的是非预期的,不能由事务程序处理。
- 事务内部更多的故障是非预期的,是不能由应用程序处理的
- 系统故障
- 介质故障
- 计算机病毒
10.4 恢复的实现技术
- 恢复机制涉及的两个关键问题是:
- 如何建立冗余数据
- 以及如何利用这些冗余数据实施数据库恢复。
- 建立冗余数据最常用的技术是
- 数据转储
- 登记日志文件(logging)
10.4.1 数据存储
数据转储是数据库恢复中采用的基本技术。所谓转储即数据库管理员定期地将整个数据库复制到磁带、磁盘或其他存储介质上保存起来的过程。这些备用的数据称为后备副本(backup)或后援副本。
后备副本只能将数据库恢复到转储时的状态,要想恢复到故障发生时的状态,必须重新运行自转储以后的所有更新事务。
- 存储方法
10.4.2 登记日志文件
-
日志文件的格式和内容
日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的文件
-
日志文件的格式
以记录为单位的日志文件和以数据块为单位的日志文件两种
- 以记录为单位的日志文件需要登记的内容:
- 各个事务的开始标记(BEGIN TRANSACTION);
- 各个事务的结束标记(COMMIT或ROLLBACK);
- 各个事务的所有更新操作;
- 每个日志记录的内容主要包括:
- 事务标识(标明是哪个事务)。
- 操作的类型(插入、删除或修改)。
- 操作对象(记录内部标识)。
- 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)。
- 以记录为单位的日志文件需要登记的内容:
-
日志文件的作用
用于事务故障恢复和系统故障恢复,并协助后备副本进行介质故障恢复,具体为:
-
10.5 恢复策略
10.5.1 事务故障的恢复
-
事务故障:
- 事务在运行至正常终止点前被终止,恢复子系统利用日志文件撤销(UND0)此事务已对数据库进行的修改。
-
事务故障的恢复步骤是:
- 反向扫描日志文件(即从最后向前扫描日志文件),查找该事务的更新操作。
- 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。
- 插入操作,“更新前的值”为空,则相当于做删除操作。 - 删除操作,“更新后的值”为空,则相当于做插入操作 - 修改操作,则相当于用修改前1修改后值。
- 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。
- 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。
10.5.2 系统故障的恢复
-
前面已讲过,系统故障造成数据库不一致状态的原因有两个,
-
恢复操作就
- 撤销故障发生时未完成的事务
- 重做已完成的事务。
-
糸统故障的恢复步骤:
10.5.3 介质故障的恢复
介质故障后磁盘上的物理数据和日志文件被破坏,这是最严重的一种故障,恢复方法是重装数据库,然后重做已完成的事务
-
恢复步骤
10.6 具有检查点的恢复技术
-
解决问题
- 一是搜索整个日志将耗费大量的时间,
- 二是很多需要重做处理的事务实际上已经将它们的更新操作结果写到了数据库中,然而恢复子系统又重新执行了这些操作,浪费了大量时间。
-
解决方案
- 具有检查点(checkpoint)的恢复技术,即在日志文件中增加检查点记录,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。
-
检查点技术
-
系统使用检查点方法进行恢复的步骤是:
- 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,由该地址在日志文件中找到最后一个检查点记录。
- 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ACTIVE-LIST。
- 这里建立两个事务队列:
- UNDO-LIST:需要执行UNDO操作的事务集合;·
- REDO-LIST:需要执行REDO操作的事务集合。把ACTIVE-LIST暂时放入UNDO-LIST队列,REDO队列暂为空。
- 这里建立两个事务队列:
- 从检查点开始正向扫描日志文件。
- 如有新开始的事务T,把T;暂时放入UNDO-LIST队列;
- 如有提交的事务T,把T从UNDO-LIST队列移到REDO-LIST队列;直到日志文件结束。
- 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。
10.7 数据库镜像
数据库镜像:数据库管理系统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,数据库管理系统自动把更新后的数据复制过去,保证镜像数据与主数据的一致性。