《数据库讲义》PPT课件.ppt

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1、第七章 事物管理-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1 事务的基本概念事务的基本概念2 故障的种类故障的种类3 恢复的实现技术恢复的实现技术4 恢复策略恢复策略本章要求：本章要求：本章内容：本章内容：请选择内容请选择内容返回返回5 具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术1/19/20231数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术对数据库中存储的大量数据，有下面几个问题：对数据库中存储的大量数据，有下面几个问题：如何使数据资源只被相关人员合理使用？如何使数据资源只被相关人员合理使用？如何恢复被破坏的数

2、据？如何恢复被破坏的数据？如何协调多用户的工作来保证数据的一致性？如何协调多用户的工作来保证数据的一致性？如何自动地发现用户的失误？如何自动地发现用户的失误？1/19/20232数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术 作为一个完善的作为一个完善的DBMS，应该提供统一的数据保护功，应该提供统一的数据保护功能来保证数据的安全可靠和正确有效！能来保证数据的安全可靠和正确有效！数据保护也叫数据控制，主要包括：数据保护也叫数据控制，主要包括：本章首先讨论数据库恢复技术。本章首先讨论数据库恢复技术。1/19/20233数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术问题：系统软、硬件故障对系统数据造成破坏

3、时，该如问题：系统软、硬件故障对系统数据造成破坏时，该如何处理？何处理？例：银行转帐例：银行转帐设从帐号设从帐号A中拨一笔款中拨一笔款X到帐号到帐号B，正常的执行过程是：，正常的执行过程是：查看帐号查看帐号A上是否有足够的款数，即余额上是否有足够的款数，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，则执行下面三步：，则执行下面三步：在在A中记上一笔支出，从余额中减去中记上一笔支出，从余额中减去 X；把值把值X传到传到B上；上；在在B中记上一笔收入，在余额上加中记上一笔收入，在余额上加X，结束。，结束。若在执行了第二步后突然断电或线路传输错误

4、，则导致若在执行了第二步后突然断电或线路传输错误，则导致帐面不平帐面不平停电停电1/19/20234数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术 1、事务（、事务（transaction）一个数据库操作序列，是数据库应用程序的基本逻一个数据库操作序列，是数据库应用程序的基本逻辑单元。辑单元。这些操作要么都做，要么都不做，是一个不可这些操作要么都做，要么都不做，是一个不可分割的执行单位。分割的执行单位。主要是更新操作主要是更新操作事务标记事务标记:BEGIN TRANSACTIONCOMMIT 或或 ROLLBACK事务开始事务开始 事务提交：事务提交：事务完成了其包含的事务完成了其包含的所有活动

5、，正常结束所有活动，正常结束 事务回滚（中止）：事务回滚（中止）：撤消已做的所有操作，撤消已做的所有操作，回到事务开始时的状态回到事务开始时的状态1/19/20235数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术2、事务应具有的性质（、事务应具有的性质（P248）（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 若事务因故障而中止，则要设法消除该事务所产生若事务因故障而中止，则要设法消除该事务所产生的影响，使数据库恢复到该事务执行前的状态。的影响，使数据库恢复到该事务执行前的

6、状态。（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状态到另一个一致状态使数据库从一个一致状态到另一个一致状态例如：例如：一个帐号的收支之差应等于余额。一个帐号的收支之差应等于余额。飞机订票系统，事务执行前后，座位与订出座位飞机订票系统，事务执行前后，座位与订出座位等信息必须一致。等信息必须一致。1/19/20236数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术（3）隔离性（隔离性（Isolation）：）：多事务并发执行，应象各事务独立执行一样，不多事务并发执行，应象各事务独立执行一样，不能相互干扰。能相互干扰。一个正在执行的事务

7、其中间结果不能为其一个正在执行的事务其中间结果不能为其它事务所访问。它事务所访问。例如：有两个事务，在同一帐号上存款和贷款：例如：有两个事务，在同一帐号上存款和贷款：贷款事务贷款事务 T1存款事务存款事务 T2存入款存入款100元元贷出款贷出款50元元CommitRollbackT2中止，中止，T1也必须中止，也必须中止，造成链式事务中止造成链式事务中止（cascading aborts）余额余额10元元1/19/20237数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术（4）持久性（持久性（Durability）：）：一旦事务提交，不论执行一旦事务提交，不论执行何种操作或发生何种故障，都不应对该事

8、务的执行结果有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。任何影响。（5）可串行性（可串行性（Serializability）：）：并发控制正确性的标准并发控制正确性的标准 用户程序在逻辑上是正确的，它在串行执行时没有问题；用户程序在逻辑上是正确的，它在串行执行时没有问题；当多个事务并发执行时，可以等价于一个串行执行序列。当多个事务并发执行时，可以等价于一个串行执行序列。3、事务管理任务、事务管理任务 事务管理的任务就是要保证事务满足上述性质。使事务管理的任务就是要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：事务不具有上述性质的因素可能是：（1）事务在运行过程中被强

9、行终止；）事务在运行过程中被强行终止；（2）多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行。）多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行。能恢复能恢复1/19/20238数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术1/19/20239数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术 通常，我们所说的事务故障仅指非预期故障。事务通常，我们所说的事务故障仅指非预期故障。事务故障意味着事务没有达到预期的终点（故障意味着事务没有达到预期的终点（COMMIT或者显或者显式的式的ROLLBACK），因此数据库可能处于不一致状态，），因此数据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，撤消故障事务恢复程序

10、应在不影响其他事务的情况下，撤消故障事务的所有修改，使得故障事务就象没有运行一样。这类操的所有修改，使得故障事务就象没有运行一样。这类操作称为事务撤消（作称为事务撤消（UNDO）。）。2、系统范围内的故障：软故障、系统范围内的故障：软故障 造成系统停止的任何事件，如造成系统停止的任何事件，如CPU故障、操作系统故故障、操作系统故障、程序代码错误、断电等，使得系统必须重新启动。障、程序代码错误、断电等，使得系统必须重新启动。这类故障的特征是：影响所有正在运行的事务，但不破这类故障的特征是：影响所有正在运行的事务，但不破坏数据库。它们可引起缓冲区内容丢失，并使所有正在坏数据库。它们可引起缓冲区内容

11、丢失，并使所有正在运行的事务不能到达预期终点。运行的事务不能到达预期终点。1/19/202310数据库系统第七章 事物管理-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、磁头碰撞、强磁场干扰等。如磁盘损坏、磁头碰撞、强磁场干扰等。这类故障发生概率很小，但破坏性极大，将破坏部分甚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，并影响使用相应数据的所有事务。至整个数据库的内容，并影响使用相应数据的所有事务。1/19/202311数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术1/19/202312数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术1、数据转储与恢复、数据转

12、储与恢复 转储转储：DBA定期将整个数据库复制到磁带或另一个磁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。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装入，并：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。重新运行转储以后的所有更新事务。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1/19/202313数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术转储的状态转储的状态 静态转储静态转储：转储期间：转储期间 不允许不

13、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。因为转储必须等用户事务全部结束才能进副本。因为转储必须等用户事务全部结束才能进行，而且新的事务必须等待转储完毕才能开始执行，而且新的事务必须等待转储完毕才能开始执行。但数据库的可用性被降低。行。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，即不必等待转储和用户事务可并发执行，即不必等待正在运行的事务结束，也不影响新事务的运行。正在运行的事务结束，也不影响新事务的运行。但转储

14、的数据可能已过时。但转储的数据可能已过时。1/19/202314数据库系统第七章 事物管理-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）注意：对大中型数据库系统来说，注意：对大中型数据库系统来说，转储是非常重要的！转储是非常重要的！费时费时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转储的缺点转储的缺点1/19/202315数据库系统第七章

15、 事物管理-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 TRANSANCTION）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

16、中每一个操作作为一条记录存放到日志文件中1/19/202316数据库系统第七章 事物管理-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1/19/202317数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术日志超前写规则日志超前写规则 写数据库和写日志文件是两个不同的操作，在这两个操写数据库和写日志文件是两个不同的操作，在这两个操作之间有可能发生故障，若先

17、写数据库数据，再写日志的作之间有可能发生故障，若先写数据库数据，再写日志的话，万一在写日志前发生故障，则这次的数据库修改未登话，万一在写日志前发生故障，则这次的数据库修改未登记，从而不能恢复。若写日志后发生故障而未修改数据库，记，从而不能恢复。若写日志后发生故障而未修改数据库，则事务一定未完成，在恢复时会执行撤消处理。则事务一定未完成，在恢复时会执行撤消处理。1/19/202318数据库系统第七章 事物管理-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：对于尚未提交的事务，执行对于尚未提交的事务，执行撤消处理（撤消处理（UNDO）对于已经提交的事务，执行对于已经提交

18、的事务，执行重做处理（重做处理（REDO）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的事务扫描日志文件，确定所有已开始但尚未提交的事务 （对它们需（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）1/19/202319数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术UNDO处理处理：若事务提交前出现异常，则对已执行的操作：若事务提交前出现异常，则对已执行的操作 进行撤消处理，使数据库恢复到该事务开始前的状态。进行撤消处理，使数据库恢复到该事务开始前的状态。具体做法是具体做法是：反向扫描日志文件，对每个需：反向扫描日志文件，对每个需UN

19、DO的的 事务的更新操作执行反操作。即对已插入的记录执行事务的更新操作执行反操作。即对已插入的记录执行 删除，对已删除的记录重新插入，对已修改的记录用删除，对已删除的记录重新插入，对已修改的记录用 旧值代替新值。旧值代替新值。UNDO处理是维护事务的原子性所必须的处理是维护事务的原子性所必须的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。具体做法是具体做法是：正向扫描日志文件重新执行登记的操作：正向扫描日志文件重新执行登记的操作1/19/202320数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术 有些事务虽已发出有些事务虽已发出COMMIT操作，但更新的结果操作，但更新的结果可能

20、只是写到缓冲区而未能写入磁盘，或磁盘上数据库可能只是写到缓冲区而未能写入磁盘，或磁盘上数据库被破坏，因此需要被破坏，因此需要REDO处理。处理。例如：事务例如：事务T1在学生表在学生表S上执行下面三个操作：上执行下面三个操作：INSERT INTO S VALUES （S4,D,CS,19）；）；DELETE FROM SWHERE S#=S1;UPDATE SSET SD=CSWHERE S#=S2;1/19/202321数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术S1 A CS 20S2 B CI 21S3 C MA 19事务事务T1执行前的执行前的SS1 A CS 20S2 B CI 21

21、S3 C MA 19S4 D CS 19INSERT INTO S VALUES（S4,D,CS,19）；）；S2 B CS 21S3 C MA 19S4 D CS 19S2 B CI 21S3 C MA 19S4 D CS 19DELETE FROM SWHERE S#=S1;UPDATE SSET SD=CSWHERE S#=S2;写日志写日志事务事务T1开始开始 T1在在S中插入键中插入键为为S4的记录的记录S4 D CS 19 T1在在S中删除键中删除键为为S1的记录的记录S1 A CS 20 T1在在S中修改键中修改键为为S2的记录的记录S2 B CI 21S2 B CS 211/1

22、9/202322数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术S1 A CS 20S2 B CI 21S3 C MA 19S1 A CS 20S2 B CI 21S3 C MA 19S4 D CS 19S2 B CS 21S3 C MA 19S4 D CS 19S2 B CI 21S3 C MA 19S4 D CS 19日志日志事务事务T1开始开始 T1在在S中插入键中插入键为为S4的记录的记录S4 D CS 19 T1在在S中删除键中删除键为为S1的记录的记录S1 A CS 20 T1在在S中修改键中修改键为为S2的记录的记录S2 B CI 21S2 B CS 21REDO处理处理正向正向扫描扫

23、描1/19/202323数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术S1 A CS 20S2 B CI 21S3 C MA 19S4 D CS 19S2 B CS 21S3 C MA 19S4 D CS 19S2 B CI 21S3 C MA 19S4 D CS 19日志日志事务事务T1开始开始 T1在在S中插入键中插入键为为S4的记录的记录S4 D CS 19 T1在在S中删除键中删除键为为S1的记录的记录S1 A CS 20 T1在在S中修改键中修改键为为S2的记录的记录S2 B CI 21S2 B CS 21REDO处理处理正向正向扫描扫描此时无数据修改此时无数据修改若数据库若数据库中的状

24、态是中的状态是:1/19/202324数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术S1 A CS 20S2 B CI 21S3 C MA 19S1 A CS 20S2 B CI 21S3 C MA 19S4 D CS 19S2 B CS 21S3 C MA 19S4 D CS 19S2 B CI 21S3 C MA 19S4 D CS 19日志日志事务事务T1开始开始 T1在在S中插入键中插入键为为S4的记录的记录S4 D CS 19 T1在在S中删除键中删除键为为S1的记录的记录S1 A CS 20 T1在在S中修改键中修改键为为S2的记录的记录S2 B CI 21S2 B CS 21UNDO

25、处理处理反向反向扫描扫描1/19/202325数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术1/19/202326数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术1/19/202327数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术1/19/202328数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术恢复方式总结恢复方式总结:当数据库被破坏时当数据库被破坏时,要重装后备副本要重装后备副本,然后利用日志然后利用日志 文件执行事务恢复，重建数据库文件执行事务恢复，重建数据库 转储转储(静态静态)运行事务运行事务发生故障发生故障登记日志文件登记日志文件重装后备副本重装后备副本重新运行事务重新运行事务利用日志恢复利用日志恢

26、复登记日志文件登记日志文件 数据库本身未被破坏，但有些内容可能不正确，则可数据库本身未被破坏，但有些内容可能不正确，则可 只利用日志文件恢复，使数据库回到某一正确状态只利用日志文件恢复，使数据库回到某一正确状态1/19/202329数据库系统第七章 事物管理-数据库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1/19/202330数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术 将内存中所有日志记录写入磁盘；将内存中所有日志记录写入磁盘；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

27、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。在检查点之前已提交的事务对数据库的修改在检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记入磁盘，只要数据库未查点之前或检查点建立时已记入磁盘，只要数据库未被破坏，不需要对这些事务执行重做（被破坏，不需要对这些事务执行重做（REDO）。）。1/19/202331数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术 根据重新开始文件中最后一个检查点记录的地址，根据重新开始文件中最后一个检查点记录的地址，在日志文件中找到最近的一个检查点记录；在日志文件中找到最近的一个检查点记录

28、；设置两个队列，将检查点中的所有事务放入设置两个队列，将检查点中的所有事务放入UNDO-LIST，并令，并令REDO-LIST暂为空集；暂为空集；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；从该检查点开始扫描日志文件到文件结束为止：从该检查点开始扫描日志文件到文件结束为止：凡遇有凡遇有begin_transaction的事务放入的事务放入UNDO-LIST；凡遇有凡遇有commit的事务的事务,将它从将它从UNDO-LIST移入移入REDO-LIST；对对UNDO-LIST中的事务执行中的事务执行U

29、NDO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1/19/202332数据库系统第七章 事物管理-数据库恢复技术日志日志T1开开始始T2提提交交T4开开始始T2开开始始T5开开始始T3开开始始T6开开始始T7开开始始T8开开始始T1提提交交T4提提交交T5提提交交T8提提交交T6提提交交T1T3T5T3T6检查点记录内容检查点记录内容最近一个检查点最近一个检查点UNDO-LIST:REDO-LIST:T3,T6 T3,T6,T7 T3,T7 T6 T3,T7,T8 T6 T3,T7T6,T8执行执行UNDO执行执行REDO1/19/202333数据库系统第七章 事

30、物管理-数据库恢复技术 1、数据库镜象：、数据库镜象：将整个数据库或其中的关键数据同时将整个数据库或其中的关键数据同时存放在两个分离的物理磁盘上。每当主数据库更新时，存放在两个分离的物理磁盘上。每当主数据库更新时，DBMS自动把更新后的数据复制到另一个磁盘上，从而自自动把更新后的数据复制到另一个磁盘上，从而自动保证主数据库与镜像数据库的一致性。动保证主数据库与镜像数据库的一致性。但镜象的内容可选，如只是事务日志，或服务器上但镜象的内容可选，如只是事务日志，或服务器上所有内容，等等。所有内容，等等。1/19/202334数据库系统第七章 事物管理-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。1/19/202335数据库系统