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数据库系统概论AnIntroductiontoDatabaseSystem第七章数据库恢复技术第三篇系统篇数据库系统中的数据是由DBMS统一管理和控制的，为了适应数据共享的环境，DBMS必须提供数据保护能力，以保证数据库中数据的安全可靠和正确有效。数据保护安全性完整性并发控制数据库恢复第三篇系统篇第七章数据库恢复技术第八章并发控制第九章数据库安全性第十章数据库完整性第七章数据库恢复技术7.1事务的基本概念7.2数据库恢复概述7.3故障的种类7.4恢复的实现技术7.5恢复策略7.6具有检查点的恢复技术7.7数据库镜像7.8Oracle的恢复技术7.9小结7.1事务的基本概念一、什么是事务二、如何定义事务三、事务的特性一、什么是事务事务(Transaction)是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，是一个不可分割的工作单位事务和程序是两个概念在关系数据库中，一个事务可以是一条SQL语句，一组SQL语句或整个程序一个应用程序通常包含多个事务事务是恢复和并发控制的基本单位二、如何定义事务显式定义方式BEGINTRANSACTIONBEGINTRANSACTIONSQL语句1SQL语句1SQL语句2SQL语句2。。。。。。。。。。COMMITROLLBACK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事务结束COMMIT事务正常结束提交事务的所有操作（读+更新）事务中所有对数据库的更新永久生效ROLLBACK事务异常终止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更新操作事务滚回到开始时的状态三、事务的特性(ACID特性)事务的ACID特性：原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔离性（Isolation）持续性（Durability）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：数据库中只包含成功事务提交的结果不一致状态：数据库中包含失败事务的结果一致性与原子性银行转帐：从帐号A中取出一万元，存入帐号B。定义一个事务，该事务包括两个操作这两个操作要么全做，要么全不做全做或者全不做，数据库都处于一致性状态。如果只做一个操作，数据库就处于不一致性状态。B=B+1A=A-1BA3.隔离性对并发执行而言一个事务的执行不能被其他事务干扰一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是隔离的并发执行的各个事务之间不能互相干扰T1的修改被T2覆盖了！读A=16A←A-3写回A=13①读A=16②③A←A-1写回A=15④T2T14.持续性持续性也称永久性（Permanence）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。事务的特性保证事务ACID特性是事务处理的任务破坏事务ACID特性的因素多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行事务在运行过程中被强行停止第七章数据库恢复技术7.1事务的基本概念7.2数据库恢复概述7.3故障的种类7.4恢复的实现技术7.5恢复策略7.6具有检查点的恢复技术7.7数据库镜像7.8Oracle的恢复技术7.9小结7.2数据库恢复概述故障是不可避免的计算机硬件故障系统软件和应用软件的错误操作员的失误恶意的破坏故障的影响运行事务非正常中断破坏数据库数据库恢复概述（续）数据库管理系统对故障的对策DBMS提供恢复子系统保证故障发生后，能把数据库中的数据从错误状态恢复到某种逻辑一致的状态保证事务ACID恢复技术是衡量系统优劣的重要指标第七章数据库恢复技术7.1事务的基本概念7.2数据库恢复概述7.3故障的种类7.4恢复的实现技术7.5恢复策略7.6具有检查点的恢复技术7.7数据库镜像7.8Oracle的恢复技术7.9小结一、事务故障什么是事务故障某个事务在运行过程中由于种种原因未运行至正常终止点就夭折了事务故障的常见原因输入数据有误运算溢出违反了某些完整性限制某些应用程序出错并行事务发生死锁。。。。事务故障的恢复发生事务故障时，夭折的事务可能已把对数据库的部分修改写回磁盘事务故障的恢复：撤消事务（UNDO）强行回滚（ROLLBACK）该事务清除该事务对数据库的所有修改，使得这个事务象根本没有启动过一样二、系统故障什么是系统故障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内存中数据库缓冲区的信息全部丢失外部存储设备上的数据未受影响系统故障的常见原因操作系统或DBMS代码错误操作员操作失误特定类型的硬件错误（如CPU故障）突然停电系统故障的恢复清除尚未完成的事务对数据库的所有修改系统重新启动时，恢复程序要强行撤消（UNDO）所有未完成事务将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库系统重新启动时，恢复程序需要重做（REDO）所有已提交的事务7.3故障的种类事务故障系统故障介质故障三、介质故障硬件故障使存储在外存中的数据部分丢失或全部丢失介质故障比前两类故障的可能性小得多，但破坏性大得多介质故障的常见原因硬件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恢复操作的基本原理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的实现技术：复杂一个大型数据库产品，恢复子系统的代码要占全部代码的10%以上第七章数据库恢复技术7.1事务的基本概念7.2数据库恢复概述7.3故障的种类7.4恢复的实现技术7.5恢复策略7.6具有检查点的恢复技术7.7数据库镜像7.8Oracle的恢复技术7.9小结7.4恢复的实现技术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7.4.1数据转储一、什么是转储二、转储的用途三、转储方法一、什么是转储转储是指DBA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。转储故障发生点转储运行事务↓正常运行─┼───────┼─────────────TaTbTf重装后备副本重新运行事务恢复─┼───────┴－－－－－－－－－－－－→三、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1．静态转储在系统中无运行事务时进行转储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、修改活动优点：实现简单缺点：降低了数据库的可用性转储必须等用户事务结束新的事务必须等转储结束利用静态转储副本进行恢复故障发生点静态转储运行事务↓正常运行─┼───────┼─────────────TaTbTf重装后备副本恢复─┼───────┥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利用动态转储副本进行恢复运行事务故障发生点动态转储运行事务↓正常运行─┼───────┼─────────────TaTbTf重装后备副本利用日志文件恢复恢复━━━━━━╋━━━┥利用动态转储副本进行恢复TaTbTf动态转储运行事务故障发生点正常运行─┼───────┼─────────────登记日志文件登记新日志文件─────────┼─────────────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恢复到一━━━━━━┥致性状态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转储策略应定期进行数据转储，制作后备副本。但转储又是十分耗费时间和资源的，不能频繁进行。DBA应该根据数据库使用情况确定适当的转储周期和转储方法。例：每天晚上进行动态增量转储每周进行一次动态海量转储每月进行一次静态海量转储7.4恢复的实现技术7.4.1数据转储7.4.2登记日志文件7.4.2登记日志文件一、日志文件的内容二、日志文件的用途三、登记日志文件的原则一、日志文件的内容1.什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2.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内容（续）3.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与事务有关的内部更新操作日志文件中的一个日志记录(logrecord)4.基于记录的日志文件每条日志记录的内容事务标识操作类型（插入、删除或修改）操作对象（记录ID、BlockNO.）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）5.基于数据块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）操作对象（记录ID、BlockNO.）更新前数据所在的整个数据块的值（对插入操作而言，此项为空值）更新后整个数据块的值（对删除操作而言,此项为空值）二、日志文件的用途1．用途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日志文件的用途（续）2．与静态转储后备副本配合进行介质故障恢复静态转储的数据已是一致性的数据如果静态转储完成后，仍能定期转储日志文件，则在出现介质故障重装数据副本后，可以利用这些日志文件副本对已完成的事务进行重做处理这样不必重新运行那些已完成的事务程序就可把数据库恢复到故障前某一时刻的正确状态日志文件的用途（续）故障发生点静态转储运行事务↓正常运行─┼──────┼──────────┼──TaTbTf登记日志文件└───────────┴──重装后备副本利用日志文件恢复事务继续运行介质故障恢复─────────┴－－－－－─－－－－－－－┴──────登记日志文件└──────日志文件的用途（续）3．介质故障恢复：LOGFILE+动态转储后备副本动态转储数据库：同时转储同一时点的日志文件后备副本与该日志文件结合起来才能将数据库恢复到一致性状态。利用这些日志文件副本进一步恢复事务，避免重新运行事务程序。三、登记日志文件的原则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的原则（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七章数据库恢复技术7.1事务的基本概念7.2数据库恢复概述7.3故障的种类7.4恢复的实现技术7.5恢复策略7.6具有检查点的恢复技术7.7数据库镜像7.8Oracle的恢复技术7.9小结7.5恢复策略7.5.1事务故