数据库恢复技术课件

数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database System第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术数据库恢复技术课件概述概述v第十章（数据恢复技术）和第十一章（并发控制）主要讨第十章（数据恢复技术）和第十一章（并发控制）主要讨论事务处理技术，即如何通过对事务的处理来恢复数据库，论事务处理技术，即如何通过对事务的处理来恢复数据库，以及多个事务并发执行时为保证数据的正确有效而采取的以及多个事务并发执行时为保证数据的正确有效而采取的控制措施。控制措施。v数据恢复技术和并发控制技术是数据恢复技术和并发控制技术是DBMS的重要组成部分。的重要组成部分。概述第十章（数据恢复技术）和第十一章（并发控制）主要讨论事务10.1.1 10.1.1 事务事务(Transaction)(Transaction)的定义的定义v事务的定义：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。比如，一个事务可以包含一个或多个SQL语句。v事务的显式定义方式 BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACTION SQL 语句语句1 SQL 语句语句1 SQL 语句语句2 SQL 语句语句2 COMMIT ROLLBACK说明：COMMIT：提交，表示事务顺利完成，即对数据库的更新可以写回数据库；ROLLBACK：回滚，表示事务因故没有完成，取消事务中已经完成的操作，使数据库回复到事务执行前的状态。v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10.1.1 事务(Transaction)的定义事务的定义10.1.2 10.1.2 一个事务的例子一个事务的例子v例如：有一事务，要完成的操作是从账户例如：有一事务，要完成的操作是从账户A转出转出10000元，转入元，转入B账户账户vBEGIN TRANSACTION R(A);A=A-10000;W(A);IF(A0)ROOOBACK;ELSE R(B);B=B+10000;W(B)COMMIT;数据库数据库内存缓冲区内存缓冲区CPUW(A)R(A)10.1.2 一个事务的例子例如：有一事务，要完成的操作是从10.1.3 10.1.3 事务的特性事务的特性事务的ACID特性：v原子性（Atomicity）一个事务中所包含的操作要么全做要么全不做。保证原子性是由DBMS的事务管理子系统来实现v一致性（Consistency）事务的执行应保证数据的一致性。保证一致性是事务编写人员的职责，但由DBMS的完整性子系统进行测试10.1.3 事务的特性事务的ACID特性：10.1.3 10.1.3 事务的特性事务的特性事务的ACID特性：v隔离性（Isolation）事务之间不能相互干扰，主要体现在一个事务正在访问的数据其他事务不能访问。保证隔离性由DBMS的并发控制子系统来实现。v持续性（Durability）事务一旦提交，它对数据库的改变是有效的，即使发生故障改变也不会改变。持续性由DBMS的数据恢复子系统实现。10.1.3 事务的特性事务的ACID特性：10.2 10.2 数据库恢复概述数据库恢复概述v故障是不可避免的v故障的种类：事务故障，系统故障（非正常重启），介质故障，病毒v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)v恢复数据库的技术保证：1.适时做好数据库的转储。2.登记日志文件10.2 数据库恢复概述故障是不可避免的10.3.1 10.3.1 日志文件的格式和内容日志文件的格式和内容v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v日志文件中存储的一条条日志记录，每个记录包含以下内容：事务标识（标明是哪个事务）事务的开始、结束标志操作类型（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）10.3.1 日志文件的格式和内容什么是日志文件10.3.2 10.3.2 登记日志文件的原则登记日志文件的原则登记的次序严格按照并行事务执行的时间次序登记的次序严格按照并行事务执行的时间次序必须先写日志文件，后写数据库必须先写日志文件，后写数据库写日志文件操作：把表示这个修改的日志记录写日志文件操作：把表示这个修改的日志记录 写到日志文件写到日志文件写数据库操作：把对数据的修改写到数据库中写数据库操作：把对数据的修改写到数据库中10.3.2 登记日志文件的原则登记的次序严格按照并行事务执10.3.2 10.3.2 登记日志文件的原则登记日志文件的原则v为什么要先写日志文件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只不过是多执行一次不必要的UNDO操作，并不会影响操作，并不会影响数据库的正确性数据库的正确性10.3.2 登记日志文件的原则为什么要先写日志文件10.4.1 10.4.1 事务故障的恢复策略事务故障的恢复策略v事务故障：事务在运行至正常终止点前被终止事务故障：事务在运行至正常终止点前被终止v恢复方法恢复方法由恢复子系统利用日志文件撤消（由恢复子系统利用日志文件撤消（UNDO）此事务已对数据）此事务已对数据库进行的修改库进行的修改v事务故障的恢复由系统自动完成，对用户是透明的，不需事务故障的恢复由系统自动完成，对用户是透明的，不需要用户干预要用户干预10.4.1 事务故障的恢复策略事务故障：事务在运行至正常10.4.2 10.4.2 系统故障的恢复策略系统故障的恢复策略v系统故障造成数据库不一致状态的原因未完成事务对数据库的更新已写入数据库已提交事务对数据库的更新还留在缓冲区没来得及写入数据库v恢复方法1.Undo 故障发生时未完成的事务2.Redo 已完成的事务v系统故障的恢复由系统在重新启动时自动完成，不需要用户干预10.4.2 系统故障的恢复策略系统故障造成数据库不一致状10.4.3 10.4.3 介质故障的恢复策略介质故障的恢复策略1.装入最新的后备数据库副本2.装入有关的日志文件副本(转储结束时刻的日志文件副本)，重做已完成的事务。转储转储 运行事务运行事务 故障故障正常运行正常运行|Ta Ta 停止所有事务停止所有事务 Tb Tb Tf Tf 重装后备副本重装后备副本 利用日志文件恢复利用日志文件恢复 继续运行继续运行恢复恢复 10.4.3 介质故障的恢复策略装入最新的后备数据库副本 第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术10.1 事务的基本概念事务的基本概念10.2 数据库恢复概述数据库恢复概述10.3 故障的种类故障的种类10.4 恢复的实现技术恢复的实现技术10.5 恢复策略恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像数据库镜像10.8 小结小结第十章 数据库恢复技术10.1 事务的基本概念10.5.1 10.5.1 具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术一、问题的提出 一旦发生故障，那些事务REDO,那些事务UNDO?二、检查点技术在DBS运行时，DBMS定时设置检查点，只有在检查点时刻才真正把对数据库的修改写到磁盘，并在日志文件中写入一条检查点记录。当恢复数据库时，只有那些在最近的检查点没有完成写 操作的事务需要处理。10.5.1 具有检查点的恢复技术一、问题的提出10.5.2 10.5.2 利用检查点的恢复策略利用检查点的恢复策略系统出现故障时，恢复子系统将根据事务的不同状态采取不同的恢复策略 T1：不用管T2：REDUT3：UNDOT4:：REDOT5：UNDO10.5.2 利用检查点的恢复策略系统出现故障时，恢复子系统10.5.2 10.5.2 利用检查点的恢复策略利用检查点的恢复策略nT1：在检查点之前提交nT2：在检查点之前开始执行，在检查点之后故障点之前提交nT3：在检查点之前开始执行，在故障点时还未完成nT4：在检查点之后开始执行，在故障点之前提交nT5：在检查点之后开始执行，在故障点时还未完成恢复策略：nT3和T5在故障发生时还未完成，所以予以撤销nT2和T4在检查点之后才提交，它们对数据库所做的修改在故障发生时可能还在缓冲区中，尚未写入数据库，所以要REDOnT1在检查点之前已提交，所以不必执行REDO操作10.5.2 利用检查点的恢复策略T1：在检查点之前提交10.6 10.6 数据库镜像数据库镜像v介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严重影响数据库的可用性介质故障恢复比较费时为预防介质故障，DBA必须周期性地转储数据库v提高数据库可用性的解决方案数据库镜像（Mirror）10.6 数据库镜像介质故障是对系统影响最为严重的一种故障10.6 10.6 数据库镜像（续）数据库镜像（续）v数据库镜像DBMS自动把整个数据库或其中的关键数据复制到另一个磁盘上DBMS自动保证镜像数据与主数据库的一致性 每当主数据库更新时，DBMS自动把更新后的数据复制过去（如下图所示）10.6 数据库镜像（续）数据库镜像数据库镜像（续）数据库镜像（续）数据库镜像（续）数据库镜像的用途数据库镜像的用途v出现介质故障时可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的恢复不需要关闭系统和重装数据库副本(如下图所示)数据库镜像的用途出现介质故障时数据库镜像（续）数据库镜像（续）v没有出现故障时n可用于并发操作n一个用户对数据加排他锁修改数据，其他用户可以读镜像数据库上的数据，而不必等待该用户释放锁 数据库镜像（续）没有出现故障时10.7 10.7 小结小结v如果数据库只包含成功事务提交的结果，就说数据库处于一致性状态。保证数据一致性是对数据库的最基本的要求。v事务是数据库的逻辑工作单位DBMS保证系统中一切事务的原子性、一致性、隔离性和持续性10.7 小结如果数据库只包含成功事务提交的结果，就说数据库小结（续）小结（续）vDBMS必须对事务故障、系统故障和介质故障进行恢复v恢复中最经常使用的技术：数据库转储和登记日志文件v恢复的基本原理：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小结（续）DBMS必须对事务故障、系统故障和介质故障进行恢复小结（续）小结（续）v常用恢复技术事务故障的恢复UNDO系统故障的恢复UNDO+REDO介质故障的恢复重装备份并恢复到一致性状态+REDO小结（续）常用恢复技术小结（续）小结（续）v提高恢复效率的技术检查点技术可以提高系统故障的恢复效率可以在一定程度上提高利用动态转储备份进行介质故障恢复的效率镜像技术镜像技术可以改善介质故障的恢复效率小结（续）提高恢复效率的技术