数据库原理数据库恢复技术学习教案.pptx

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1、会计学1数据库原理数据库原理(yunl)数据库恢复技术数据库恢复技术第一页，共38页。第第10章章 数据库恢复数据库恢复(huf)技术技术n n第1节 事务的基本概念n n第2节 数据库恢复概述n n第3节 故障的种类n n第4节 恢复的实现技术n n第5节 恢复策略(cl)n n第6节 具有检查点的恢复技术n n第7节 数据库镜像第1页/共38页第二页，共38页。1 事务事务(shw)的概念的概念n n事务（事务（TransactionTransaction）n n概念概念(ginin)(ginin)n n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，是一个不用户定义的一个数据库

2、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。可分割的工作单位。n n在关系数据库中，一个事务可以是一条在关系数据库中，一个事务可以是一条sqlsql语句，一组语句，一组sqlsql语句或整个程序。语句或整个程序。n n通常，一个程序可以包括多个事务通常，一个程序可以包括多个事务n n事务的开始和结束事务的开始和结束n n一般可由用户显式控制，否则将由一般可由用户显式控制，否则将由DBMSDBMS按缺省方式自动划分。按缺省方式自动划分。n nSQLSQL语言中，定义事务的语句有：语言中，定义事务的语句有：n nbgein transactionbgein transactio

3、nn nCommitCommitn nRollbackRollback事务(shw)程序n1第2页/共38页第三页，共38页。Transaction示例示例(shl)n nBEGIN TRANSACTIONBEGIN TRANSACTIONn nn nINSERT into;INSERT into;n nn nDELETE from;DELETE from;n nn nif sqlca.sqlcode=SUCCESSif sqlca.sqlcode=SUCCESSn nCOMMIT;COMMIT;n nelseelsen nROLLBACK;ROLLBACK;第3页/共38页第四页，共38页。

4、事务事务(shw)的特性（的特性（ACID）n n原子(yunz)性（Atomicity）n n一致性（Consistency）n n隔离性（Isolation）n n持续性（Durability）第4页/共38页第五页，共38页。事务事务(shw)示例示例n n转账事务转账事务n n转账：从帐户转账：从帐户A A向帐户向帐户B B事务转￥事务转￥50 50，包括两个：从账号，包括两个：从账号A A中减去中减去5050元；向账号元；向账号B B加入加入5050元。定义一个事务。元。定义一个事务。n n事务特性事务特性n n一致性：要求帐户一致性：要求帐户A A，B B的金额总和在事务执行的金额

5、总和在事务执行(zhxng)(zhxng)后保持不变。后保持不变。n n原子性：要求这两个操作要么执行原子性：要求这两个操作要么执行(zhxng)(zhxng)，要么不执行，要么不执行(zhxng)(zhxng)。n n隔离性：要求隔离并发操作。隔离性：要求隔离并发操作。n n持续性：要求事务一旦提交，就是永久更改。持续性：要求事务一旦提交，就是永久更改。第5页/共38页第六页，共38页。影响影响(yngxing)ACID的因素的因素n n影响因素n n多个事务并发运行时，不同事务的操作交叉执行(zhxng)。n n事务在运行过程中被强行停止。n n数据库管理系统的重要任务（保证ACID）n

6、n并发控制n n恢复机制第6页/共38页第七页，共38页。2 数据库恢复数据库恢复(huf)概述概述硬件(yn jin)故障软件(run jin)故障操作失误恶意破坏事务中断数据库破坏部分/全部数据丢失第7页/共38页第八页，共38页。恢复恢复(huf)概念概念n n概念n n将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态（也称一致状态或完整状态）。n n恢复技术的地位n n恢复技术是数据库管理系统的重要组成部分；n n对系统的可靠性起决定作用(zuyng)；n n对系统的效率有很大影响；n n是衡量系统性能优劣的重要指标。第8页/共38页第九页，共38页。3 故障故障(gzhng)的种类的种类n

7、 n事务内部的故障(gzhng)n n系统故障(gzhng)n n介质故障(gzhng)n n计算机病毒第9页/共38页第十页，共38页。事务内部事务内部(nib)的故障的故障n n概述概述n n事务内部故障，有的可以通过事务程序本身发现事务内部故障，有的可以通过事务程序本身发现(fxin)(fxin)，有的是非预期的，不能有事务程序处理。，有的是非预期的，不能有事务程序处理。n n示例：银行转账示例：银行转账n nbegin transactionbegin transactionn n 读取帐户甲的余额读取帐户甲的余额balance;balance;n n balance=balance-

8、amount;balance=balance-amount;n n if(balance0)then if(balance0)then打印打印 金额不足，不能转帐金额不足，不能转帐;rollback;rollback;n n else else写回写回balance;balance;读取帐户乙的余额读取帐户乙的余额balancebalance；n n balance=balance+amount;balance=balance+amount;n n 写回帐户乙的余额写回帐户乙的余额balance;commit;balance;commit;n n 第10页/共38页第十一页，共38页。示例中事

9、务示例中事务(shw)内部故障内部故障n n可预料故障n n如：资金不足。n n不可预料n n运算溢出n n并发(bngf)事务死锁而被选中撤销n n违反了完整性约束等第11页/共38页第十二页，共38页。系统故障系统故障n n概念概念n n系统故障指造成系统停止系统故障指造成系统停止(tngzh(tngzh)运转的任何事件，使得系统要重新启动。运转的任何事件，使得系统要重新启动。n n例如：硬件错误，操作系统故障，例如：硬件错误，操作系统故障，dbmsdbms代码错误，突然停电等。代码错误，突然停电等。n n系统故障的影响系统故障的影响n n系统故障影响正在运行的事务，但是不破坏数据库。系统

10、故障影响正在运行的事务，但是不破坏数据库。n n主存内容，尤其是数据库缓冲区中的内容都被丢失，所有正运行的事务都非主存内容，尤其是数据库缓冲区中的内容都被丢失，所有正运行的事务都非正常终止。正常终止。n n一些事务未完成，但结果可能已经写进了数据库。而有些事务已完成，但结一些事务未完成，但结果可能已经写进了数据库。而有些事务已完成，但结果尚留在缓冲区中。果尚留在缓冲区中。n n恢复子系统的功能恢复子系统的功能n nundo:undo:所有未完成事务；所有未完成事务；redoredo：所有已提交事务：所有已提交事务第12页/共38页第十三页，共38页。介质介质(jizh)故障故障n n软硬故障n

11、 n系统故障常称为软故障（Soft Crash）。n n介质故障常称为硬故障（Hard Crash）。n n介质故障n n外存故障，如磁盘损坏，磁头碰撞，瞬时强磁场干扰等。n n影响：破坏部分数据库，影响正存取这些数据的事务。n n特点：发生(fshng)几率小，但破坏性最大。第13页/共38页第十四页，共38页。计算机病毒计算机病毒n n概念n n计算机病毒是一种人为的故障或破坏，是一些恶作剧者研制的一种计算机程序。n n计算机病毒种类多，繁殖快，已经成为计算机系统的主要(zhyo)威胁。第14页/共38页第十五页，共38页。恢复恢复(huf)原理原理n n冗余n n数据(shj)库中任何一

12、部分被破坏或不正确的数据(shj)可以根据存储在系统别处的冗余数据(shj)来重建。第15页/共38页第十六页，共38页。4 恢复的实现恢复的实现(shxin)技术技术n n恢复机制的关键问题n n第一，如何建立冗余数据；n n第二，如何利用冗余数据实施恢复。n n建立冗余的常用方法n n数据转储n n登录(dn l)日志文件通常同时(tngsh)使用第16页/共38页第十七页，共38页。数据数据(shj)转储转储n n基本概念基本概念n n数据转储是数据库恢复中的基本技术。数据转储是数据库恢复中的基本技术。n n转储就是转储就是DBADBA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

13、程。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。n n备用备用(biyng)(biyng)的数据文件称为后备副本或后援副本。的数据文件称为后备副本或后援副本。n n分类分类n n按状态分按状态分n n静态转储：在系统中无事务运行时进行转储。静态转储：在系统中无事务运行时进行转储。n n动态转储：指转储期间允许对数据库进行存取或修改。转储和事务并发执行。（后备副本动态转储：指转储期间允许对数据库进行存取或修改。转储和事务并发执行。（后备副本+日志文日志文件）件）n n按方式分按方式分n n海量转储：每次转储全部数据。海量转储：每次转储全部数据。n n增量转储：每次转储上次转储后更新过

14、的数据。增量转储：每次转储上次转储后更新过的数据。第17页/共38页第十八页，共38页。转储和恢复转储和恢复(huf)示意示意n n转储与恢复(huf)的过程（静态转储）TaTbTf转储运行事务故障发生点正常运行重装后备副本重新运行事务恢复第18页/共38页第十九页，共38页。登记登记(dngj)日志文件日志文件（logging）n n日志文件的内容n n记录(jl)事务对数据库的更新操作。n n分类n n以记录(jl)为单位n n以数据块为单位第19页/共38页第二十页，共38页。记录为单位记录为单位(dnwi)的日志的日志n n日志文件内容日志文件内容n n各个事务的开始各个事务的开始(k

15、ish(kish)标志（标志（begin transactionbegin transaction）n n各个事务的结束标志（各个事务的结束标志（commit,rollbackcommit,rollback）n n各个事务的所有更新操作各个事务的所有更新操作n n以上以上3 3种标记或操作在日志文件中以日志记录（种标记或操作在日志文件中以日志记录（log recordlog record）形式存在。）形式存在。n n日志记录（日志记录（log recordlog record）内容）内容n n事务标志（标明是哪个事务）事务标志（标明是哪个事务）n n操作的类型（插入、删除、修改）操作的类型（插

16、入、删除、修改）n n操作对象（记录内部标识）操作对象（记录内部标识）n n更新前数据的旧值（插入操作为空）更新前数据的旧值（插入操作为空）n n更新后数据的新值（删除操作为空）更新后数据的新值（删除操作为空）第20页/共38页第二十一页，共38页。数据块为单位日志数据块为单位日志(rzh)文件文件内容内容n n内容n n事务标志n n被更新数据块n n操作(cozu)类型操作(cozu)对象信息？n n不必放入第21页/共38页第二十二页，共38页。日志日志(rzh)文件的作用文件的作用n n作用作用n n事务故障恢复事务故障恢复n n系统故障恢复系统故障恢复n n协助后备副本进行介质故障恢

17、复协助后备副本进行介质故障恢复n n具体说明具体说明n n事务故障、系统故障的恢复必须用日志文件。事务故障、系统故障的恢复必须用日志文件。n n动态转储方式中必须建立日志文件，后援副本和日志文件的综合，才能有效的恢复数动态转储方式中必须建立日志文件，后援副本和日志文件的综合，才能有效的恢复数据库。据库。n n静态转储中也可以静态转储中也可以(ky(ky)建立日志文件。使得恢复时不必重新运行事务程序就可以建立日志文件。使得恢复时不必重新运行事务程序就可以(ky(ky)恢复到故障前一刻的正确性状态。恢复到故障前一刻的正确性状态。第22页/共38页第二十三页，共38页。利用利用(lyng)日志恢复示

18、意日志恢复示意n n静态(jngti)转储中利用日志进行恢复TaTbTf静态转储运行事务故障发生点正常运行重装后备副本利用日志恢复事务介质故障恢复继续运行登记日志文件登记日志文件第23页/共38页第二十四页，共38页。登记登记(dngj)日志文件日志文件n n登记日志文件的原则登记日志文件的原则n n登记的次序严格按并发事务执行的时间次序登记的次序严格按并发事务执行的时间次序n n必须先写日志文件，后写数据库必须先写日志文件，后写数据库n n先写日志的原因先写日志的原因(yunyn)(yunyn)n n写数据库和日志文件是两个不同的操作，有可能只完成一个。如果先写数据库，写数据库和日志文件是两

19、个不同的操作，有可能只完成一个。如果先写数据库，后写日志，则数据库中已经写入而日志中没有记录的操作，以后将不能恢复；如后写日志，则数据库中已经写入而日志中没有记录的操作，以后将不能恢复；如果先写日志但没有改变数据库，则按日志恢复时顶多多执行一次不必要的果先写日志但没有改变数据库，则按日志恢复时顶多多执行一次不必要的undoundo操操作，并不会影响数据库的正确性。作，并不会影响数据库的正确性。第24页/共38页第二十五页，共38页。5 恢复恢复(huf)策略策略n n事务故障恢复(huf)n n系统故障恢复(huf)n n介质故障恢复(huf)第25页/共38页第二十六页，共38页。事务故障的

20、恢复事务故障的恢复事务故障的恢复事务故障的恢复(huf)(huf)步骤步骤步骤步骤n n反向扫描日志文件，查找该事务的更新操作n n对事务的更新操作作逆操作。即将“更新前的值”写入数据库n n继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并同样处理。n n如此处理下去，直到(zhdo)读到该事务的开始标记，事务故障恢复就完成了。第26页/共38页第二十七页，共38页。系统故障的恢复系统故障的恢复(huf)n n任务任务n n撤销故障发生时未完成的事务撤销故障发生时未完成的事务n n重做已完成的事务。重做已完成的事务。n n步骤步骤n n正向扫描日志文件，找出故障发生前已经提交的事务（既有正向

21、扫描日志文件，找出故障发生前已经提交的事务（既有begin transaction,begin transaction,又又有有commitcommit），将其事务标识记入重做（），将其事务标识记入重做（redoredo）队列；同时找出故障发生时尚未）队列；同时找出故障发生时尚未完成的事务，将其事务标识记入撤消（完成的事务，将其事务标识记入撤消（undoundo）队列。）队列。n n对撤消队列中的各个事务进行撤消处理（对撤消队列中的各个事务进行撤消处理（UNDOUNDO）。）。UNDOUNDO方法，反向扫描方法，反向扫描日志，将位于日志，将位于UNDOUNDO队列中的事务进行撤销。队列中的事务

22、进行撤销。n n对重做队列中的各个事务进行重做处理（对重做队列中的各个事务进行重做处理（REDOREDO）。）。REDOREDO方法是，正向扫描方法是，正向扫描日志文件，对在日志文件，对在REDOREDO队列中的事务重新执行队列中的事务重新执行(zhxng)(zhxng)日志文件登记的操作。日志文件登记的操作。第27页/共38页第二十八页，共38页。介质故障介质故障(gzhng)的恢复步骤的恢复步骤n n装入最新的数据库副本，使数据库恢复到最近一次转储时的一致性状态。对于动装入最新的数据库副本，使数据库恢复到最近一次转储时的一致性状态。对于动态转储的数据库副本，还应该装入转储开始时刻的日志文件

23、副本，利用系统故障态转储的数据库副本，还应该装入转储开始时刻的日志文件副本，利用系统故障恢复的方法恢复的方法(fngf(fngf)（REDO+UNDOREDO+UNDO）才能恢复到一致性状态。）才能恢复到一致性状态。n n装入相应的日志文件副本（转储结束时刻的日志文件副本），重做已完成的事务。装入相应的日志文件副本（转储结束时刻的日志文件副本），重做已完成的事务。具体方法具体方法(fngf(fngf)是先扫描日志文件，生成重做队列，然后正向扫描日志文件，是先扫描日志文件，生成重做队列，然后正向扫描日志文件，对重做队列中的所有事务重做。对重做队列中的所有事务重做。第28页/共38页第二十九页，共

24、38页。是否是否是否是否(sh f(sh f u)u)需要需要需要需要DBADBA介入？介入？介入？介入？n n事务故障和系统故障，不需要DBA介入，系统自动完成。n n介质故障需要DBA介入。DBA需要装入数据库副本和相应的各日志文件副本，然后执行系统恢复命令才可以(ky)由DBMS完成恢复操作。第29页/共38页第三十页，共38页。6 具有具有(jyu)检查点的恢复技术检查点的恢复技术n n原因原因n n搜索整个日志将耗费大量的时间。搜索整个日志将耗费大量的时间。n n很多需要很多需要REDOREDO处理的事务实际上已经将他们的更新操作写到了数据库中，如果处理的事务实际上已经将他们的更新操

25、作写到了数据库中，如果重做会浪费很多时间。重做会浪费很多时间。n n检查点恢复检查点恢复n n在日志文件中增加一类新的记录（检查点记录）。在日志文件中增加一类新的记录（检查点记录）。n n增加一个重新开始文件，并让恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护增加一个重新开始文件，并让恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护(wih)(wih)日志。日志。n n检查点记录的内容检查点记录的内容n n建立检查点时刻所有正在执行的事务清单建立检查点时刻所有正在执行的事务清单n n这些事务最近一个日志记录的地址这些事务最近一个日志记录的地址第30页/共38页第三十一页，共38页。检查点日志文件检查点日志文件检

26、查点日志文件检查点日志文件(wnjin)(wnjin)和重新开始文件和重新开始文件和重新开始文件和重新开始文件(wnjin)(wnjin)Ci检查点记录(jl)地址T1D1T2D2检查点记录(jl)日志记录检查点Ci的重新开始记录重新开始文件日志文件第31页/共38页第三十二页，共38页。动态动态(dngti)维护日志文件的维护日志文件的方法方法n n将当前日志缓冲中的所有日志记录写入磁盘的日志文件n n在日志文件中写入一个(y)检查点记录n n把当前数据缓冲的所有数据记录写入磁盘的数据库n n把检查点记录在日志文件中的地址写入一个(y)重新开始文件第32页/共38页第三十三页，共38页。事务

27、事务(shw)的状态的状态Tc(检查点)T1T2T3T4T5不用(byng)REDOREDOUNDOREDOUNDOTf(系统故障点)第33页/共38页第三十四页，共38页。恢复恢复(huf)步骤步骤n n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志文件中找到最后一个检查点记录n n由检查点记录得到检查点建立时所有正在执行的事务清单由检查点记录得到检查点建立时所有正在执行的事务清单(qngdn)(qngdn)，建立两个事，建立两个事务队列：务队列：UNDO-LISTU

28、NDO-LIST和和REDO-LISTREDO-LIST。所有正执行的事务放入。所有正执行的事务放入UNDO-LISTUNDO-LIST。n n从检查点开始正向扫描日志文件。从检查点开始正向扫描日志文件。n n如有新开始的事务如有新开始的事务TiTi，把，把TiTi暂时放到暂时放到UNDO-LIST;UNDO-LIST;n n如有提交的事务如有提交的事务TjTj，把，把TjTj从从UNDO-LISTUNDO-LIST队列移到队列移到REDO-LISTREDO-LIST，直到日志文件结束。，直到日志文件结束。n n对对UNDO-LISTUNDO-LIST、REDO-LIST REDO-LIST队

29、列中的每个事务分别做队列中的每个事务分别做UNDOUNDO或或REDOREDO操作。操作。第34页/共38页第三十五页，共38页。7 数据库镜象数据库镜象(jn xin)n n数据库镜像（Mirror）n n根据DBA的要求，自动把整个数据库或其中的关键(gunjin)数据复制到另一个磁盘上。n n主数据库更新时，DBMS自动地把更新后的数据复制过去，由DBMS自动保证镜像数据与主数据的一致性。n n出现介质故障时，由镜像磁盘继续提供使用，同时，DBMS自动利用镜像磁盘数据进行数据库恢复，不需要关闭系统和重装数据库副本。n n实际应用第35页/共38页第三十六页，共38页。数据库镜像示意图数据

30、库镜像示意图n n由于数据库镜像是通过复制数据实现由于数据库镜像是通过复制数据实现(shxin)(shxin)的，频繁进行复制会降低系统运行效率，因此的，频繁进行复制会降低系统运行效率，因此往往只选择对关键数据和日志文件镜像，而不是对整个数据库进行镜像。往往只选择对关键数据和日志文件镜像，而不是对整个数据库进行镜像。ReadReadRead应用(yngyng)1镜像应用2应用3应用4update复制(fzh)镜像应用2应用3应用4ReadReadRead应用1update恢复第36页/共38页第三十七页，共38页。作业作业(zuy)n n第4版n nP289：1-13第37页/共38页第三十八页，共38页。