数据库技术讲义 第7章 数据库恢复技术.ppt

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1、第七章 数据库恢复技术事务是一系列的数据库操作，是数据库应用程序的基本逻辑单元。事务处理技术主要包括数据库恢复技术和并发控制技术。本章主要讨论数据库恢复的概念和常用技术。7.1 事务的基本概念v一、事务(Transaction)是一个操作序列，这些操作要么都做，要么都不做，是一个不可分割的工作单元。事务通常以 BEGIN TRANSACTION 开始 以COMMIT或ROLLBACK 操作结束 COMMIT：提交事务中的所有操作 ROLLBACK：撤销已作的所有操作,滚回到事务的开始状态事务是并发控制的基本单位7.1 事务的基本概念v二、事务的特性v事务具有4个特性：原子性、一致性、隔离性和持

2、续性。v1.原子性v事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的操作要么都做，要么都不做。v2.一致性v事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变为另一个一致性状态。当一个事务正常提交，数据库处于一致性状态。而一个事务未正常提交，那么事务对数据库的修改有一部分已写入物理数据库，这时数据库处于不一致状态。7.1 事务的基本概念v例如：某公司在银行有A、B两个帐户，现在要从A帐户向B帐号转1万元，其操作如下：vA=A-1vB=B+1v如果执行完第一步有用意外原因而使第二步没有执行完，这时数据库处于不一致状态，因此这两个操作要么都做，要么都不做数据库才能处于一致性状态。一致性和原子性密切相关。7.1

3、 事务的基本概念v3.隔离性v一个事务的执行不能被其它事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对其它事务是隔离的，并发执行的各个事务直接不能相互干扰。例如A=5v读AvA=A+1读AvA=A+1v写Av写Av 7.1 事务的基本概念v4.持续性v持续性也称永久性，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。接下来的其它操作或故障不应对其执行结果有任何影响。v事务的ACID特性遭到破坏的因素有：v1.多个事务并发运行，不同事务的操作交叉执行。v 2.事务在运行过程中被强行停止。7.3 故障的种类v一、事务内部的故障v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

4、，不能由事务程序处理的。v 事务故障意味着事务没有达到顶期的终点(COMMIT或者显式的ROLLBACK)，因此，数据库可能处于不正确状态。恢复程序要在不影响其他事务运行的情况下，强行回滚(ROLLBACK)该事务，即撤销该事务已经作出的任何对数据库的修改，使得该事务好像根本没有启动一样。v 这类恢复操作称为事务撤销(UNDO)。7.3 故障的种类v二、系统故障v系统故障是指造成系统停止运转的任何事件，使系统要重新启动。这类故障影响正在运行的所有事务。对于一些尚未完成的事务要强行回滚(UNDO)，对于那些已经完成，但仍处于缓冲区中没有写到物理硬盘上的事务，需要重做(REDO)所有已提交的事务。

5、7.3 故障的种类v三、介质故障v系统故障常称为软故障，介质故障称为硬故障。这类故障将破坏全部或部分数据库，并影响正在存取这部分数据的所有事务，破坏性最大。要依靠备份恢复。v四、计算机病毒v对数据破坏业非常大，也要靠备份来恢复。7.3 故障的种类v对数据库的影响有两种可能：一是数据库本身被破坏；二是数据库没有破坏，但是数据可能不正确，这是因为事务的允许被非正常终止。v恢复的基本原理非常简单，就是冗余。这就是说，数据库重任何一部分被破坏的或不正确的数据可以根据存储在系统别处的冗余数据来重建。7.4 恢复的实现技术v恢复机制涉及的两个关键问题是：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

6、。v建立冗余数据最常用的技术是数据转储和登录日志文件。通常在一个数据库系统中，这两种方法一起使用。7.4.1 数据转储v数据转储是数据库恢复中采用的基本技术。所谓转储即DBA定期地将整个数据库复制到磁带或另一个磁盘上保存的过程，这些备用的数据文件称为后备副本或后援副本。v当数据库遭到破坏后可以将后备副本重新装入，但重装后备副本只能将数据库恢复到转储时的状态，要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。7.4.1 数据转储v转储可以分为静态转储和动态转储。静态转储是在系统重无允许事务时进行的转储操作。转储操作开始时，数据库处于一致性状态，而转储期间不允许对数据库的任何存取、修

7、改活动。静态转储得到的一定是一个数据一致性的副本，但会降低数据库的并发性、可用性。动态转储是指转储期间允许对数据库进行存取或修改。动态转储必须把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。通过后备副本和日志文件才能把数据库恢复到某一时刻的正确状态。7.4.1 数据转储v转储还可以分为海量转储和增量转储两种方式。海量转储是指每次转储全部数据库。增量转储则指每次只转储上一次转储后更新的数据。7.4.2 登记日志文件v一、日志文件的格式和内容v日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。不同数据库系统采用的日志文件格式并不完全一样。日志文件主要有两种格式：以记录为单位的日志文件和以数

8、据块为单位的日志文件。v以记录为单位的日志文件主要包括：各个事务的开始标记各个事务的结束标记各个事务的所有更新操作7.4.2 登记日志文件v每个日志记录的内容主要包括：事务标识操作的类型操作对象更新前数据的旧值更新后数据的新值v对于以数据块为单位的日志文件，日志记录的内容包括事务标识和被更新的数据块。由于将更新前的整个块和更新后的整个块都放入日志文件中，操作的类型和操作对象等信息就不必放入日志记录中。7.4.2 登记日志文件v二、日志文件的作用v日志文件的具体作用有：事务故障恢复和系统故障恢复必须用日志文件在动态转储方式中必须建立日志文件在静态转储方式中，也可以建立日志文件，把数据库恢复到故障

9、发生前的某一个正确状态7.4.2 登记日志文件v三、登记日志文件v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发事务执行的时间次序必须先写日志文件，后写数据库v把数据的修改写到数据库和把表示这个修改的日志记录写到日志文件中时两个不同的操作。有可能在两个操作之间发生故障，如果先写数据库而在日志中没有记录该操作，则无法恢复。如先写日志，但没有修改数据库，按日志恢复时只不过多执行一次不必要的UNDO，并不会影响数据库的正确性。所以要先写日志后写数据库。7.5 恢复策略v一、事务故障的恢复v事务故障是指事务在运行至正常终点前被终止，这是恢复系统利用日志文件撤销此事务的操作

10、。事务故障的恢复是由系统自动完成的，恢复步骤：反向扫描日志文件，查找事务的更新操作对事务的更新操作执行逆操作继续反向扫描日志文件，查找事务的其它更新操作，并做同样处理如此处理下去，直至读到此事务的开始标记7.5 恢复策略v二、系统故障的恢复v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，因此恢复操作要撤销未完成事务，重做已完成事务。系统故障的恢复在系统重起时自动完成，步骤：正向扫描日志文件，找出已提交事务放入REDO队列，找出未完成事务放入UNDO队列对撤销队列中的各个事务进行撤销处理对重做队列的各个事务进

11、行重做处理7.5 恢复策略v三、介质故障的恢复v发生介质故障，磁盘上的物理数据和日志文件被破坏，恢复的方法是装入副本：装入最近的后备副本装入相应的日志文件副本，重做已完成的事务。7.6 具有检查点的恢复技术v检查点(checkpoint)v 故障恢复时扫描整个日志所带来的问题：扫描日志耗费时间长重做所有已提交事务耗费时间长，事实上许多事务对数据库的修改已经写到磁盘，不必再重做。v解决办法：周期性地对日志做检查点，以避免故障恢复时检查整个日志。7.6 具有检查点的恢复技术v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这些事务最近一个日志记录的地址v重新开始文件用来记录各个检查点记录

12、在日志文件中的地址。v动态维护日志文件的方法是周期执行如下操作：将当前日志缓冲中的所有日志写入日志文件在日志文件中写入一个检查点把当前数据缓冲区的所有数据写入磁盘数据库把检查点记录在日志文件中的地址写入重新开始文件7.6 具有检查点的恢复技术v使用检查点可以改善恢复效率。当事务T在检查点前提交，T所做修改一定都已经写入数据库，这样就没有必要执行REDO处理。恢复系统根据事务的不同状态采取不同的恢复策略。v在检查点前提交v在检查点前执行，检查点之后，故障点前提交v在检查点前执行，故障点时还未完成v在检查点后执行，故障点前提交v在检查点后执行，故障点时还未完成7.6 具有检查点的恢复技术v系统使用

13、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：RED0-LIST：需要执行RED0操作的事务集合；把ACTIVELIST暂时放入UNDOLIST队列，RED0队列暂为空。7.6 具有检查点的恢复技术v从检查点开始正向扫描日志文件 如有新开始的事务Ti，把Ti暂时放入UND0LIST队列：如有提交酌事务Tj，把Tj从UNDO-LIST队列移到REDO-LIST队列

14、直到日志文件结束。v对UND0-LIST户的每个事务执行UND0操作，对REDO-LIST中的每个事务执行REDO操作。7.7 数据库镜像7.8 0racle的恢复技术7.9 小 结v 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，只要DBMS能够保证系统中一切事务的原子性、一致性、隔离性和持续性，也就保证了数据库处于一致状态。为了保证事务的原子性、一致性与持续性，DBMS必须对事务故障、系统故障和介质故障进行恢复。数据库转储和登记日志文件是恢复中最经常使用的技术。恢复的基本原理就是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。v 事务不仅是恢复的基本单位，也是并发控制的基本单位，为了保证事务的隔离性，保证事务的一致性，DBMS需要对并发操作进行控制。