第10章-数据库恢复.ppt

第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术1、掌握事务的概念及性质、掌握事务的概念及性质2、掌握数据库恢复的基本技术和策略、掌握数据库恢复的基本技术和策略本章要求：本章要求：1第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术1 事务的基本概念事务的基本概念2 数据库恢复概述数据库恢复概述4 恢复的实现技术恢复的实现技术5 恢复策略恢复策略本章内容：本章内容：6 具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术3 故障的种类故障的种类2第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术问题：当系统发生软、硬件故障对数据造成破问题：当系统发生软、硬件故障对数据造成破坏时，该如何处理？坏时，该如何处理？例：例：银行转帐银行转帐设从帐号设从帐号A拨一笔款拨一笔款X到帐号到帐号B，执行过程如下：执行过程如下：查看帐号查看帐号A上是否有足够的款数，上是否有足够的款数，即余额即余额 X？若余额若余额 X,则给出提示信息，中止执行。则给出提示信息，中止执行。若余额若余额 X，则执行下面几步：则执行下面几步：3第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术（突然断电或设备故障）（突然断电或设备故障）4第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术1、事务（、事务（Transaction）由用户定义由用户定义(或或DBMS自动划分自动划分)的的数据库操作数据库操作序列，序列，是数据库应用程序的基本逻辑单元。这些操作要么都做，是数据库应用程序的基本逻辑单元。这些操作要么都做，要么都不做，是一个不可分割的执行单位。要么都不做，是一个不可分割的执行单位。1 事务的基本概念事务的基本概念事务标记事务标记:BEGIN TRANSACTIONCOMMIT 或或 ROLLBACK5第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术ROLLBACK事务异常终止事务异常终止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 回滚事务的所有回滚事务的所有更新更新操作操作n 事务滚回到事务滚回到开始开始时的状态时的状态6第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术2、事务的性质（、事务的性质（P279）（1）原子性（原子性（Atomicity）：事务执行时的不可分割性，事务执行时的不可分割性，即事务所包含的活动要么都做，要么都不做即事务所包含的活动要么都做，要么都不做（2）一致性（一致性（Consistency）：）：事务对数据库的作用应事务对数据库的作用应使数据库从一个一致性状态到另一个一致性状态使数据库从一个一致性状态到另一个一致性状态（3）隔离性（隔离性（Isolation）：）：多个事务并发执行，应像多个事务并发执行，应像各事务独立执行一样，不能相互干扰。一个正在执行各事务独立执行一样，不能相互干扰。一个正在执行的事务的中间结果不能被其它事务所访问。的事务的中间结果不能被其它事务所访问。7第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术（4）持久性（持久性（Durability）：）：一旦事务提交，不论执一旦事务提交，不论执行何种操作或发生何种故障，都不应对该事务的执行行何种操作或发生何种故障，都不应对该事务的执行结果有任何影响。结果有任何影响。3、事务管理的任务、事务管理的任务 保证事务满足上述性质。使事务不具有上述性质的保证事务满足上述性质。使事务不具有上述性质的因素可能是：因素可能是：8第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术2 数据库恢复概述数据库恢复概述9第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术3 故障的种类故障的种类10第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术 事务故障意味着事务没有执行到预期的终点，事务故障意味着事务没有执行到预期的终点，即即COMMIT或者显式的或者显式的ROLLBACK，因此数据因此数据库可能处于不一致状态。库可能处于不一致状态。恢复程序应在不影响其他事务的情况下，撤恢复程序应在不影响其他事务的情况下，撤消故障事务所做的修改，使得故障事务就象没有消故障事务所做的修改，使得故障事务就象没有运行一样。这类操作称为事务撤消（运行一样。这类操作称为事务撤消（UNDO）。）。11第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术2、系统故障：软故障、系统故障：软故障 造成系统停止运行的任何事件，如造成系统停止运行的任何事件，如CPU故障等，使得故障等，使得系统必须重新启动。系统必须重新启动。这类故障的特征是：这类故障的特征是：影响所有正在影响所有正在运行的事务，但不破坏数据库。运行的事务，但不破坏数据库。12第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术3、介质故障：硬故障、介质故障：硬故障 如磁盘损坏等。这类故障发生概率很小，但破坏性如磁盘损坏等。这类故障发生概率很小，但破坏性极大，将破坏部分甚至整个数据库的内容，并影响使用极大，将破坏部分甚至整个数据库的内容，并影响使用相应数据的所有事务。相应数据的所有事务。13第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术常用技术又有哪些呢？常用技术又有哪些呢？4 恢复的实现技术恢复的实现技术14第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术1、数据转储与恢复、数据转储与恢复 转储：转储：DBA定期将整个数据库复制到磁带或定期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。另一个磁盘上保存起来的过程。（这些备用的数据称为（这些备用的数据称为后备副本后备副本或或后援副本后援副本）恢复：恢复：当数据库被破坏后可将后备副本重新当数据库被破坏后可将后备副本重新装入，并重新运行转储以后的所有更新事务。装入，并重新运行转储以后的所有更新事务。15第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术转储数据转储数据运行事务运行事务重装后备副本重装后备副本重新运行事务重新运行事务发生故障发生故障16第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术转储的类型转储的类型 静态转储静态转储：转储期间：转储期间 不允许不允许 对数据库进行操作对数据库进行操作 特点：特点：静态转储得到的一定是一个数据一致性的静态转储得到的一定是一个数据一致性的副本。为什么呢？但数据库的可用性被降低。副本。为什么呢？但数据库的可用性被降低。动态转储动态转储：转储期间：转储期间 允许允许 对数据库进行操作对数据库进行操作 特点：特点：转储和用户事务可并发执行。但转储的数据转储和用户事务可并发执行。但转储的数据可能已过时。可能已过时。17第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术 故障发生点故障发生点 静态静态转储转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb Tb TfTf 重装后备副本重装后备副本 恢复恢复 18第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术 运运行行事事务务 故障发生点故障发生点 动态动态转储转储 运行事务运行事务 正常运行正常运行 Ta Ta Tb Tb TfTf重装后备副本重装后备副本 利用日志文件恢复利用日志文件恢复恢复恢复 19第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术 Ta Ta Tb Tb TfTf 动态动态转储转储 运行事务运行事务 故障发生点故障发生点正常运行正常运行 登记日志文件登记日志文件 登记新日志文件登记新日志文件 转储日志文件转储日志文件 重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复恢复到一恢复到一 致性状态致性状态20第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术海量转储海量转储：每次转储全部数据库：每次转储全部数据库增量转储增量转储：只转储上次转储后更新过的数据：只转储上次转储后更新过的数据（一般每周一次）（一般每周一次）（一般每天一次）（一般每天一次）转储的缺点转储的缺点v费时费时v在转储后和故障点之间的数据更新不能恢复在转储后和故障点之间的数据更新不能恢复v动态转储时转储的数据可能已过时动态转储时转储的数据可能已过时注意：对大中型数据库系统来说，转储是非常重要的！注意：对大中型数据库系统来说，转储是非常重要的！21第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术2、日志文件和恢复、日志文件和恢复 日志（日志（log）：）：用来记录对数据库的更新操作的文件。用来记录对数据库的更新操作的文件。动态转储方式动态转储方式 必须必须 建立日志文件建立日志文件 静态转储方式静态转储方式 最好最好 建立日志文件建立日志文件日志文件的格式和内容日志文件的格式和内容*以记录为单位的日志文件以记录为单位的日志文件系统把系统把 事务开始（事务开始（BEGIN TRANSACTION）事务提交（事务提交（COMMIT）或或 事务撤消（事务撤消（ROLLBACK）对数据库的插入、删除、修改等对数据库的插入、删除、修改等 每一个操作作为一条记录存放到日志文件中每一个操作作为一条记录存放到日志文件中22第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术事务标识（哪个事务）事务标识（哪个事务）操作类型（插删改）操作类型（插删改）操作对象（哪条记录）操作对象（哪条记录）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条日志记录的主要内容每条日志记录的主要内容对插入此项为空对插入此项为空对删除此项为空对删除此项为空23第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术 一个数据库修改由两个操作组成：一是将更新的一个数据库修改由两个操作组成：一是将更新的数据写到数据库中，二是将表示这个修改的日志写到数据写到数据库中，二是将表示这个修改的日志写到日志文件中，在这两个操作之间有可能发生故障。日志文件中，在这两个操作之间有可能发生故障。24第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术 若若先写数据库，再写日志先写数据库，再写日志 万一在写日志前发生故障，则这个数据库万一在写日志前发生故障，则这个数据库修改未登记，故障恢复时就不会知道有这个修修改未登记，故障恢复时就不会知道有这个修改，当然也不可能恢复。改，当然也不可能恢复。若若先写日志后写数据库先写日志后写数据库 假设在写数据库前发生故障，则在按日志假设在写数据库前发生故障，则在按日志进行故障恢复时一定能发现这个修改并撤消，进行故障恢复时一定能发现这个修改并撤消，只不过多执行一次不必要的撤消操作。只不过多执行一次不必要的撤消操作。25第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术26第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术利用日志文件进行恢复利用日志文件进行恢复 基本策略：基本策略：对于未提交的事务，执行撤消处理（对于未提交的事务，执行撤消处理（UNDO）对于已提交的事务，执行重做处理（对于已提交的事务，执行重做处理（REDO）5 恢复策略恢复策略基本方法：基本方法：扫描日志文件，确定所有已开始但尚未提交扫描日志文件，确定所有已开始但尚未提交的事务（对它们需的事务（对它们需UNDO），），再确定所有已提交的事务再确定所有已提交的事务（对它们需（对它们需REDO）。）。27第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术具体做法：具体做法：反向扫描日志文件，对每个需反向扫描日志文件，对每个需UNDO的事务的更新的事务的更新操作执行反操作。操作执行反操作。REDO处理：处理：重做已提交事务的操作。重做已提交事务的操作。具体做法：具体做法：正向扫描日志文件，对每个需正向扫描日志文件，对每个需REDO的操的操作，重新执行日志登记的操作。作，重新执行日志登记的操作。28第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术29第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术30第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术31第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术6 具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术在日志文件中设置检查点记录在日志文件中设置检查点记录32第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术 将内存中所有日志记录写入磁盘日志文件中；将内存中所有日志记录写入磁盘日志文件中；在磁盘日志文件中写入一个检查点记录；在磁盘日志文件中写入一个检查点记录；将内存中所有数据库记录写入磁盘数据库中；将内存中所有数据库记录写入磁盘数据库中；把检查点记录在日志文件中的地址写入一个重新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中。开始文件中。33第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术 在检查点之前已提交的事务对数据库的修改在在检查点之前已提交的事务对数据库的修改在检查点之前或检查点建立时已写入磁盘，只要数据检查点之前或检查点建立时已写入磁盘，只要数据库未被破坏，不需要对这些事务执行库未被破坏，不需要对这些事务执行REDO操作。操作。34第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术图图10.3 具有检查点的日志文件和重新开始文件具有检查点的日志文件和重新开始文件35Tc(检查点检查点)Tf(系统故障系统故障)REDOUNDOUNDOT2T3 REDOT4T5不要不要REDOT136第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术 从重新开始文件中取出最近一个检查点记录的地址，从重新开始文件中取出最近一个检查点记录的地址，在日志文件中找到这个检查点记录；在日志文件中找到这个检查点记录；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事务清单ACTIVE-LIST。建立。建立2个事务队列：个事务队列：UNDO-LIST、REDO-LIST两个队列，将检查点中的两个队列，将检查点中的所有事务放入前者所有事务放入前者，并令后者并令后者暂暂为空；为空；UNDO-LIST：需要需要UNDO操作的事务集合；操作的事务集合；REDO-LIST：需要需要REDO操作的事务集合；操作的事务集合；37第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术 从检查点正向开始扫描日志文件到结束为止：从检查点正向开始扫描日志文件到结束为止：遇到遇到begin_transaction时把事务放入时把事务放入UNDO-LIST；遇到遇到commit时将事务从时将事务从UNDO-LIST移入移入REDO-LIST；对对UNDO-LIST中的事务执行中的事务执行UNDO操作，操作，对对REDO-LIST中的事务执行中的事务执行REDO操作。操作。38第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术39第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术7 数据库镜像数据库镜像1、数据库镜像：、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另一个磁盘上DBMS自动保证镜像数据与主数据的一致性自动保证镜像数据与主数据的一致性(图图10.5a)40第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术41第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术42第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术2、磁盘双工：、磁盘双工：用两个不同控制器控制的磁盘存放同一内用两个不同控制器控制的磁盘存放同一内容，对数据库的每个写操作，两个控制器同时实现。容，对数据库的每个写操作，两个控制器同时实现。3、双机热备份：、双机热备份：用两台机器存放同一内容。用两台机器存放同一内容。43第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术小结：小结：u如果数据库只包含成功事务提交的结果，就说数据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。最基本的要求。u事务是数据库的逻辑工作单位事务是数据库的逻辑工作单位DBMS保证系统中一切事务的保证系统中一切事务的原子性、一致性、原子性、一致性、隔离性和持续性隔离性和持续性uDBMS必须对事务故障、系统故障和介质故障进行必须对事务故障、系统故障和介质故障进行恢复恢复44第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术小结（续小结（续1）：）：u恢复中最经常使用的技术：数据库转储和登记日恢复中最经常使用的技术：数据库转储和登记日志文件志文件u恢复的基本原理：利用存储在后备副本、日志文恢复的基本原理：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件和数据库镜像中的冗余数据来重建数据库u常用恢复技术常用恢复技术事务故障的恢复：事务故障的恢复：UNDO系统故障的恢复：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介质故障的恢复：重装备份并恢复到一致性状态态+REDO45第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术小结（续小结（续2）：）：u提高恢复效率的技术提高恢复效率的技术检查点技术检查点技术可以提高系统故障的恢复效率可以提高系统故障的恢复效率可以在一定程度上提高利用动态转储备份进可以在一定程度上提高利用动态转储备份进行介质故障恢复的效率行介质故障恢复的效率镜像技术镜像技术镜像技术可以改善介质故障的恢复效率镜像技术可以改善介质故障的恢复效率作业：作业：1、4、5、1046