第10章数据库恢复技术_第4版.

数据库系统概论AnIntroductiontoDatabaseSystem第十章数据库恢复技术主讲：Dr.张德珍大连海事大学信息科学技术学院电话：84728530Email：[e-mail]第十章数据库恢复技术10.1事务的基本概念10.2数据库恢复概述10.3故障的种类10.4恢复的实现技术10.5恢复策略10.6具有检查点的恢复技术10.7数据库镜像10.8小结10.1事务的基本概念一、事务定义二、事务的特性一、事务(Transaction)定义一个数据库操作序列一个不可分割的工作单位恢复和并发控制的基本单位事务和程序比较在关系数据库中，一个事务可以是一条或多条SQL语句,也可以包含一个或多个程序。一个程序通常包含多个事务定义事务显式定义方式BEGINTRANSACTIONSQL语句1SQL语句2。。。。。COMMITBEGINTRANSACTIONSQL语句1SQL语句2。。。。。ROLLBACK隐式方式当用户没有显式地定义事务时，DBMS按缺省规定自动划分事务定义事务（续）COMMIT表示提交，即提交事务的所有操作。将事务中所有对数据库的更新写回到磁盘上的物理数据库中去，事务正常结束。ROLLBACK表示回滚，即：在事务运行的过程中发生了某种故障，事务不能继续执行，系统将事务中对数据库的所有已完成的操作全部撤销，回滚到事务开始时的状态。这里的操作指对数据库的更新操作。二、事务的特性事务的ACID特性：原子性(Atomicity)一致性(Consistency)隔离性(Isolation)持续性(Durability)事务的特性（续）1．原子性事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做。2．一致性事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。一致性状态：数据库只包含成功事务提交的结果不一致的状态：如果数据库系统运行中发生故障，有些事务尚未完成就被迫中断，这些未完成事务对数据库所做的修改有一部分已写入物理数据库，这时数据库就处于一种“不正确的状态”。事务的特性（续）例如：某公司在银行中有A，B两个账号，现在公司想从账号A中取出一万元，存入账号B。那么就可以定义一个事务，该事务包括两个操作，第1个操作是从账号A中减去一万元，第2个操作是向账号B中加入一万元。这两个操作：全做或者全不做，数据库都处于一致性状态。如果只做一个操作则用户逻辑上就会发生错误，少了一万元，这时数据库就处于不一致性状态。可见一致性与原子性是密切相关的。事务的特性（续）3．隔离性一个事务的执行不能被其他事务干扰。4．持续性持续性也称永久性(Permanence)，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。接下来的其他操作或故障，不应该对其执行结果有任何影响。事务的特性（续）保证事务ACID特性是事务处理的重要任务。事务ACID特性可能遭到破坏的因素有：(1)多个事务并发运行时，不同事务的操作交叉执行；(2)事务在运行过程中被强行停止。其中：在第一种情况下，数据库管理系统必须保证多个事务的交叉运行不影响这些事务的原子性。在第二种情况下，数据库管理系统必须保证被强行终止的事务对数据库和其他事务没有任何影响。并发控制机制恢复机制第十章数据库恢复技术10.1事务的基本概念10.2数据库恢复概述10.3故障的种类10.4恢复的实现技术10.5恢复策略10.6具有检查点的恢复技术10.7数据库镜像10.8小结10.2数据库恢复概述故障是不可避免的系统故障：计算机软、硬件故障人为故障：操作员的失误、恶意的破坏等。数据库的恢复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)第十章数据库恢复技术10.1事务的基本概念10.2数据库恢复概述10.3故障的种类10.4恢复的实现技术10.5恢复策略10.6具有检查点的恢复技术10.7数据库镜像10.8小结10.3故障的种类事务内部的故障系统故障介质故障计算机病毒一、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(见下面转帐事务的例子)有的是非预期的是不能由应用程序处理的。运算溢出并发事务发生死锁而被选中撤销该事务违反了某些完整性限制等事务故障的恢复：撤消事务（UNDO）事务内部的故障（续）例如：银行转账事务，这个事务把一笔金额从一个账产甲转给另一个账户乙。BEGINTRANSACTION读账户甲的余额BALANCE；BALANCE=BALANCE-AMOUNT；(AMOUNT为转账金额)IF(BALANCE0)THEN{打印'金额不足，不能转账'；ROLLBACK；(撤销该事务)}ELSE{写回BALANCE；读账户乙的余额BALANCE1；BALANCE1=BALANCE1+AMOUNT；写回BALANCE1；COMMIT；}二、系统故障系统故障称为软故障，是指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。整个系统的正常运行突然被破坏所有正在运行的事务都非正常终止不破坏数据库内存中数据库缓冲区的信息全部丢失系统故障的常见原因特定类型的硬件错误（如CPU故障）操作系统故障DBMS代码错误系统断电系统故障的恢复发生系统故障时，事务未提交恢复策略：强行撤消（UNDO）所有未完成事务发生系统故障时，事务已提交，但缓冲区中的信息尚未完全写回到磁盘上。恢复策略：重做（REDO）所有已提交的事务三、介质故障介质故障称为硬故障，指外存故障磁盘损坏磁头碰撞操作系统的某种潜在错误瞬时强磁场干扰介质故障的恢复装入数据库发生介质故障前某个时刻的数据副本重做自此时始的所有成功事务，将这些事务已提交的结果重新记入数据库四、计算机病毒计算机病毒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可以繁殖和传播危害破坏、盗窃系统中的数据破坏系统文件故障小结各类故障，对数据库的影响有两种可能性一是数据库本身被破坏二是数据库没有被破坏，但数据可能不正确，这是由于事务的运行被非正常终止造成的。第十章数据库恢复技术10.1事务的基本概念10.2数据库恢复概述10.3故障的种类10.4恢复的实现技术10.5恢复策略10.6具有检查点的恢复技术10.7数据库镜像10.8小结10.4恢复的实现技术恢复操作的基本原理：冗余利用存储在系统其它地方的冗余数据来重建数据库中已被破坏或不正确的那部分数据恢复机制涉及的关键问题1.如何建立冗余数据数据转储（backup）登录日志文件（logging）2.如何利用这些冗余数据实施数据库恢复10.4恢复的实现技术10.4.1数据转储10.4.2登记日志文件10.4.1数据转储一、什么是数据转储二、转储方法一、什么是数据转储转储是指DBA定期地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。这些备用的数据文本称为后备副本或后援副本。如何使用数据库遭到破坏后可以将后备副本重新装入重装后备副本只能将数据库恢复到转储时的状态二、转储方法1．静态转储与动态转储2．海量转储与增量转储3．转储方法小结静态转储在系统中无运行事务时进行的转储操作转储开始时数据库处于一致性状态转储期间不允许对数据库的任何存取、修改活动得到的一定是一个数据一致性的副本优点：实现简单缺点：降低了数据库的可用性转储必须等待正运行的用户事务结束新的事务必须等转储结束动态转储转储操作与用户事务并发进行转储期间允许对数据库进行存取或修改优点不用等待正在运行的用户事务结束不会影响新事务的运行动态转储的缺点不能保证副本中的数据正确有效[例]在转储期间的某个时刻Tc，系统把数据A=100转储到磁带上，而在下一时刻Td，某一事务将A改为200。转储结束后，后备副本上的A已是过时的数据了动态转储利用动态转储得到的副本进行故障恢复需要把动态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后备副本加上日志文件才能把数据库恢复到某一时刻的正确状态2．海量转储与增量转储海量转储:每次转储全部数据库增量转储:只转储上次转储后更新过的数据海量转储与增量转储比较从恢复角度看，使用海量转储得到的后备副本进行恢复往往更方便但如果数据库很大，事务处理又十分频繁，则增量转储方式更实用更有效3．转储方法小结转储方法分类转储状态动态转储静态转储转储方式海量转储动态海量转储静态海量转储增量转储动态增量转储静态增量转储10.4恢复的实现技术10.4.1数据转储10.4.2登记日志文件10.4.2登记日志文件(Logging)一、日志文件的格式和内容二、日志文件的作用三、登记日志文件(Logging)一、日志文件的格式和内容什么是日志文件日志文件(log)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以数据块为单位的日志文件日志文件的格式和内容（续）以记录为单位的日志文件内容各个事务的开始标记(BEGINTRANSACTION)各个事务的结束标记(COMMIT或ROLLBACK)各个事务的所有更新操作以上均作为日志文件中的一个日志记录(logrecord)日志文件的格式和内容（续）以记录为单位的日志文件，每条日志记录的内容事务标识（标明是哪个事务）操作类型（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）日志文件的格式和内容（续）以数据块为单位的日志文件，每条日志记录的内容事务标识（标明是那个事务）被更新的数据块二、日志文件的作用进行事务故障恢复进行系统故障恢复协助后备副本进行介质故障恢复利用静态转储副本和日志文件进行恢复静态转储运行事务正常运行─┼───────┼─────────────TaTbTf└────────────重装后备副本利用日志文件恢复继续运行恢复─┼───────┼┈┈┈┈┈┈┈┈┼────登记日志文件↓利用静态转储副本和日志文件进行恢复（续）上图中：系统在Ta时刻停止运行事务，进行数据库转储在Tb时刻转储完毕，得到Tb时刻的数据库一致性副本系统运行到Tf时刻发生故障为恢复数据库，首先由DBA重装数据库后备副本，将数据库恢复至Tb时刻的状态重新运行自Tb～Tf时刻的所有更新事务，把数据库恢复到故障发生前的一致状态三、登记日志文件基本原则登记的次序严格按并行事务执行的时间次序必须先写日志文件，后写数据库写日志文件操作：把表示这个修改的日志记录写到日志文件写数据库操作：把对数据的修改写到数据库中登记日志文件（续）为什么要先写日志文件写数据库和写日志文件是两个不同的操作在这两个操作之间可能发生故障如果先写了数据库修改，而在日志文件中没有登记下这个修改，则以后就无法恢复这个修改了如果先写日志，但没有修改数据库，按日志文件恢复时只不过是多执行一次不必要的UNDO操作，并不会影响数据库的正确性第十章数据库恢复技术10.1事务的基本概念10.2数据库恢复概述10.3故障的种类10.4恢复的实现技术10.5恢复策略10.6具有检查点的恢复技术10.7数据库镜像10.8小结10.5恢复策略10.5.1事务故障的恢复10.5.2系统故障的恢复10.5.3介质故障的恢复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恢复方法由恢复子系统应利用日志文件撤消（UNDO）此事务已对数据库进行的修改事务故障的恢复由系统自动完成，对用户是透明的，不需要用户干预事务故障的恢复步骤1.反向扫描文件日志（即从最后向前扫描日志文件），查找该事务的更新操作。2.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若是修改操作，则相当于用修改前值代替修