数据库数据恢复技术和并发控制课件

第第8 8章章 数据库恢复和并发控制数据库恢复和并发控制第8章数据库恢复和并发控制1本章要点n n事务的基本概念事务的基本概念事务的基本概念事务的基本概念n n数据库恢复数据库恢复数据库恢复数据库恢复n n恢复的定义、原则和方法恢复的定义、原则和方法恢复的定义、原则和方法恢复的定义、原则和方法n n故障的种类及恢复方法故障的种类及恢复方法故障的种类及恢复方法故障的种类及恢复方法n n具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术n n数据库镜像数据库镜像数据库镜像数据库镜像n n并发控制并发控制并发控制并发控制n n并发操作带来的数据不一致性并发操作带来的数据不一致性并发操作带来的数据不一致性并发操作带来的数据不一致性n n封锁封锁封锁封锁n n活锁和死锁活锁和死锁活锁和死锁活锁和死锁n n并发调度的可串行性并发调度的可串行性并发调度的可串行性并发调度的可串行性n n两段锁协议两段锁协议两段锁协议两段锁协议n n封锁的粒度封锁的粒度封锁的粒度封锁的粒度本章要点事务的基本概念8.1 事务8.1事务38.1.1 事务的基本概念n n所谓事务是用户定义的一个数据库操作序列，这所谓事务是用户定义的一个数据库操作序列，这所谓事务是用户定义的一个数据库操作序列，这所谓事务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，是一个不可分割的些操作要么全做要么全不做，是一个不可分割的些操作要么全做要么全不做，是一个不可分割的些操作要么全做要么全不做，是一个不可分割的工作单位。工作单位。工作单位。工作单位。n n事务开始与结束可以由用户显式控制。如果没有事务开始与结束可以由用户显式控制。如果没有事务开始与结束可以由用户显式控制。如果没有事务开始与结束可以由用户显式控制。如果没有显式定义事务，则由显式定义事务，则由显式定义事务，则由显式定义事务，则由DBMSDBMS按缺省规定自动划分按缺省规定自动划分按缺省规定自动划分按缺省规定自动划分事务。事务。事务。事务。8.1.1事务的基本概念所谓事务是用户定义的一个数据库操n n在在在在SQLSQL中，定义事务的语句有三条：中，定义事务的语句有三条：中，定义事务的语句有三条：中，定义事务的语句有三条：n nBEGINTRANSACTIONBEGINTRANSACTIONn nCOMMITCOMMIT（提交将事务中所有对数据库的更（提交将事务中所有对数据库的更（提交将事务中所有对数据库的更（提交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。）新写回到磁盘上的物理数据库中。）新写回到磁盘上的物理数据库中。）新写回到磁盘上的物理数据库中。）n nROLLBACKROLLBACK（回滚，在事务运行的过程中发（回滚，在事务运行的过程中发（回滚，在事务运行的过程中发（回滚，在事务运行的过程中发生了某种故障，事务不能继续执行，系统将事生了某种故障，事务不能继续执行，系统将事生了某种故障，事务不能继续执行，系统将事生了某种故障，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消，务中对数据库的所有已完成的操作全部撤消，务中对数据库的所有已完成的操作全部撤消，务中对数据库的所有已完成的操作全部撤消，回滚到事务开始时的状态。）回滚到事务开始时的状态。）回滚到事务开始时的状态。）回滚到事务开始时的状态。）在SQL中，定义事务的语句有三条：示例n n银行转帐：从银行转帐：从银行转帐：从银行转帐：从A A帐户过户帐户过户帐户过户帐户过户10001000￥到￥到￥到￥到B B帐户帐户帐户帐户read(A);read(A);A:=A1000;A:=A1000;write(A);write(A);read(B);read(B);B:=B+1000;B:=B+1000;write(B);write(B);n nread(X)read(X)：从数据库传送数据项从数据库传送数据项从数据库传送数据项从数据库传送数据项X X到事务的工作区中到事务的工作区中到事务的工作区中到事务的工作区中n nwrite(X)write(X)：从事务的工作区中将数据项从事务的工作区中将数据项从事务的工作区中将数据项从事务的工作区中将数据项X X写回数据库写回数据库写回数据库写回数据库示例银行转帐：从A帐户过户1000￥到B帐户8.1.2 事务的性质n n原子性原子性原子性原子性(Atomicity)Atomicity)n n事务中包含的所有操作要么全做，要么全不做事务中包含的所有操作要么全做，要么全不做事务中包含的所有操作要么全做，要么全不做事务中包含的所有操作要么全做，要么全不做n n原子性由原子性由原子性由原子性由恢复机制恢复机制恢复机制恢复机制实现实现实现实现n n一致性一致性一致性一致性(Consistency)Consistency)n n事务开始前，数据库处于一致性的状态；事务开始前，数据库处于一致性的状态；事务开始前，数据库处于一致性的状态；事务开始前，数据库处于一致性的状态；n n事务结束后，数据库必须仍处于一致性状态事务结束后，数据库必须仍处于一致性状态事务结束后，数据库必须仍处于一致性状态事务结束后，数据库必须仍处于一致性状态n n事务的隔离执行必须保证数据库的一致性事务的隔离执行必须保证数据库的一致性事务的隔离执行必须保证数据库的一致性事务的隔离执行必须保证数据库的一致性8.1.2事务的性质原子性(Atomicity)n n隔离性隔离性隔离性隔离性(Isolation)Isolation)n n系统必须保证事务不受其它并发执行事务的影系统必须保证事务不受其它并发执行事务的影系统必须保证事务不受其它并发执行事务的影系统必须保证事务不受其它并发执行事务的影响响响响n n一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发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事务是隔离的事务是隔离的事务是隔离的n n持续性持续性持续性持续性(Durability)Durability)n n一个事务一旦提交之后，它对数据库的影响必一个事务一旦提交之后，它对数据库的影响必一个事务一旦提交之后，它对数据库的影响必一个事务一旦提交之后，它对数据库的影响必须是永久的须是永久的须是永久的须是永久的n n系统发生故障不能改变事务的持久性系统发生故障不能改变事务的持久性系统发生故障不能改变事务的持久性系统发生故障不能改变事务的持久性隔离性(Isolation)ACID特性可能遭到破坏的因素n n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n n事务在运行过程中被强行停止事务在运行过程中被强行停止事务在运行过程中被强行停止事务在运行过程中被强行停止ACID特性可能遭到破坏的因素多个事务并行运行时，不同事务的8.2 数据库恢复技术8.2数据库恢复技术10n n故障是不可避免的故障是不可避免的故障是不可避免的故障是不可避免的n n计算机硬件故障计算机硬件故障计算机硬件故障计算机硬件故障n n系统软件和应用软件的错误系统软件和应用软件的错误系统软件和应用软件的错误系统软件和应用软件的错误n n操作员的失误操作员的失误操作员的失误操作员的失误n n恶意的破坏恶意的破坏恶意的破坏恶意的破坏n n故障的影响故障的影响故障的影响故障的影响n n运行事务非正常中断运行事务非正常中断运行事务非正常中断运行事务非正常中断n n破坏数据库破坏数据库破坏数据库破坏数据库故障是不可避免的数据库管理系统对故障的对策n nDBMSDBMS提供恢复子系统提供恢复子系统提供恢复子系统提供恢复子系统n n保证故障发生后，能把数据库中的数据从错误状保证故障发生后，能把数据库中的数据从错误状保证故障发生后，能把数据库中的数据从错误状保证故障发生后，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态恢复到某种逻辑一致的状态态恢复到某种逻辑一致的状态态恢复到某种逻辑一致的状态n n保证事务保证事务保证事务保证事务ACIDACIDn n恢复技术是衡量系统优劣的重要指标恢复技术是衡量系统优劣的重要指标恢复技术是衡量系统优劣的重要指标恢复技术是衡量系统优劣的重要指标数据库管理系统对故障的对策DBMS提供恢复子系统8.2.1 故障的种类8.2.1故障的种类131.事务故障 n n事务故障是某个事务在运行过程中由于种种原因事务故障是某个事务在运行过程中由于种种原因事务故障是某个事务在运行过程中由于种种原因事务故障是某个事务在运行过程中由于种种原因未运行至正常终点就终止了。未运行至正常终点就终止了。未运行至正常终点就终止了。未运行至正常终点就终止了。n n常见原因常见原因常见原因常见原因n n运算溢出、并发事务发生死锁、违反完整性限运算溢出、并发事务发生死锁、违反完整性限运算溢出、并发事务发生死锁、违反完整性限运算溢出、并发事务发生死锁、违反完整性限制制制制n n恢复方法恢复方法恢复方法恢复方法n nDBMSDBMS的恢复子系统要在不影响其他事务运行的恢复子系统要在不影响其他事务运行的恢复子系统要在不影响其他事务运行的恢复子系统要在不影响其他事务运行的情况下，强行回滚的情况下，强行回滚的情况下，强行回滚的情况下，强行回滚(ROLLBACK)(ROLLBACK)该事务。该事务。该事务。该事务。n n这类恢复操作称为事务撤消这类恢复操作称为事务撤消这类恢复操作称为事务撤消这类恢复操作称为事务撤消(UNDO)(UNDO)。1.事务故障事务故障是某个事务在运行过程中由于种种原因未2.系统故障n n指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。新启动。新启动。新启动。n n整个系统的正常运行突然被破坏整个系统的正常运行突然被破坏整个系统的正常运行突然被破坏整个系统的正常运行突然被破坏n n所有正在运行的事务都非正常终止所有正在运行的事务都非正常终止所有正在运行的事务都非正常终止所有正在运行的事务都非正常终止n n内存中数据库缓冲区的信息全部丢失内存中数据库缓冲区的信息全部丢失内存中数据库缓冲区的信息全部丢失内存中数据库缓冲区的信息全部丢失n n外部存储设备上的数据未受影响外部存储设备上的数据未受影响外部存储设备上的数据未受影响外部存储设备上的数据未受影响2.系统故障指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启系统故障的常见原因n n操作系统或操作系统或操作系统或操作系统或DBMSDBMS代码错误代码错误代码错误代码错误n n操作员操作失误操作员操作失误操作员操作失误操作员操作失误n n特定类型的硬件错误（如特定类型的硬件错误（如特定类型的硬件错误（如特定类型的硬件错误（如CPUCPU故障）故障）故障）故障）n n突然停电突然停电突然停电突然停电系统故障的常见原因操作系统或DBMS代码错误恢复方法：n n系统故障的恢复是由系统在重新启动时自动完成系统故障的恢复是由系统在重新启动时自动完成系统故障的恢复是由系统在重新启动时自动完成系统故障的恢复是由系统在重新启动时自动完成的，不需要用户干预。的，不需要用户干预。的，不需要用户干预。的，不需要用户干预。n n恢复子系统必须在系统重新启动时，让所有非正恢复子系统必须在系统重新启动时，让所有非正恢复子系统必须在系统重新启动时，让所有非正恢复子系统必须在系统重新启动时，让所有非正常终止的事务回滚，强行撤销所有未完成事务。常终止的事务回滚，强行撤销所有未完成事务。常终止的事务回滚，强行撤销所有未完成事务。常终止的事务回滚，强行撤销所有未完成事务。（undoundo）n n对已完成的事务可能有一部分甚至全部留在缓冲对已完成的事务可能有一部分甚至全部留在缓冲对已完成的事务可能有一部分甚至全部留在缓冲对已完成的事务可能有一部分甚至全部留在缓冲区，尚未写回到磁盘上的物理数据库中，应将这区，尚未写回到磁盘上的物理数据库中，应将这区，尚未写回到磁盘上的物理数据库中，应将这区，尚未写回到磁盘上的物理数据库中，应将这些已提交的结果重新写到数据库。恢复子系统除些已提交的结果重新写到数据库。恢复子系统除些已提交的结果重新写到数据库。恢复子系统除些已提交的结果重新写到数据库。恢复子系统除需要撤消所有未完成事务外，还需需要撤消所有未完成事务外，还需需要撤消所有未完成事务外，还需需要撤消所有未完成事务外，还需重做（重做（重做（重做（redoredo）所有已提交的事务所有已提交的事务所有已提交的事务所有已提交的事务恢复方法：系统故障的恢复是由系统在重新启动时自动完成的，不需3.介质故障n n硬件故障使存储在外存中的数据部分丢失或全部硬件故障使存储在外存中的数据部分丢失或全部硬件故障使存储在外存中的数据部分丢失或全部硬件故障使存储在外存中的数据部分丢失或全部丢失丢失丢失丢失n n介质故障比前两类故障的可能性小得多，但破坏介质故障比前两类故障的可能性小得多，但破坏介质故障比前两类故障的可能性小得多，但破坏介质故障比前两类故障的可能性小得多，但破坏性大得多性大得多性大得多性大得多3.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的常见原因n n硬件故障硬件故障硬件故障硬件故障n n磁盘损坏磁盘损坏磁盘损坏磁盘损坏n n磁头碰撞磁头碰撞磁头碰撞磁头碰撞n n操作系统的某种潜在错误操作系统的某种潜在错误操作系统的某种潜在错误操作系统的某种潜在错误n n瞬时强磁场干扰瞬时强磁场干扰瞬时强磁场干扰瞬时强磁场干扰介质故障的常见原因硬件故障介质故障的恢复n n装入装入装入装入数据库发生介质故障前某个时刻的数据数据库发生介质故障前某个时刻的数据数据库发生介质故障前某个时刻的数据数据库发生介质故障前某个时刻的数据副本副本副本副本n n装入相应的日志文件副本，重做自此时始的所有装入相应的日志文件副本，重做自此时始的所有装入相应的日志文件副本，重做自此时始的所有装入相应的日志文件副本，重做自此时始的所有成功事务成功事务成功事务成功事务，将这些事务已提交的结果重新记入数，将这些事务已提交的结果重新记入数，将这些事务已提交的结果重新记入数，将这些事务已提交的结果重新记入数据库据库据库据库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4.计算机病毒和人为破坏n n计算机病毒是一种人为的故障或破坏。计算机病毒是一种人为的故障或破坏。计算机病毒是一种人为的故障或破坏。计算机病毒是一种人为的故障或破坏。n n由于用户有意或无意的操作也可能删除数据库中由于用户有意或无意的操作也可能删除数据库中由于用户有意或无意的操作也可能删除数据库中由于用户有意或无意的操作也可能删除数据库中的有用的数据或加入错误的数据，这同样会造成的有用的数据或加入错误的数据，这同样会造成的有用的数据或加入错误的数据，这同样会造成的有用的数据或加入错误的数据，这同样会造成一些潜在的故障。一些潜在的故障。一些潜在的故障。一些潜在的故障。4.计算机病毒和人为破坏计算机病毒是一种人为的故障或破坏。8.2.2 恢复的实现技术8.2.2恢复的实现技术22故障对数据库的影响n n数据本身被破坏；数据本身被破坏；数据本身被破坏；数据本身被破坏；n n数据库没有被破坏，但数据可能不正确，这是由数据库没有被破坏，但数据可能不正确，这是由数据库没有被破坏，但数据可能不正确，这是由数据库没有被破坏，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。于事务的运行被非正常终止造成的。于事务的运行被非正常终止造成的。于事务的运行被非正常终止造成的。故障对数据库的影响数据本身被破坏；恢复操作的基本原理n n恢复操作的基本原理：恢复操作的基本原理：恢复操作的基本原理：恢复操作的基本原理：冗余冗余冗余冗余n n利用存储在系统其它地方的利用存储在系统其它地方的利用存储在系统其它地方的利用存储在系统其它地方的冗余数据冗余数据冗余数据冗余数据来来来来重建重建重建重建数数数数据库中已被破坏或不正确的那部分数据据库中已被破坏或不正确的那部分数据据库中已被破坏或不正确的那部分数据据库中已被破坏或不正确的那部分数据n n恢复的实现技术复杂恢复的实现技术复杂恢复的实现技术复杂恢复的实现技术复杂n n一个大型数据库产品，恢复子系统的代码要占一个大型数据库产品，恢复子系统的代码要占一个大型数据库产品，恢复子系统的代码要占一个大型数据库产品，恢复子系统的代码要占全部代码的全部代码的全部代码的全部代码的10%10%以上以上以上以上恢复操作的基本原理恢复操作的基本原理：冗余恢复机制涉及的关键问题n n如何建立冗余数据如何建立冗余数据如何建立冗余数据如何建立冗余数据n n数据转储（数据转储（数据转储（数据转储（backupbackup）n n登录日志文件（登录日志文件（登录日志文件（登录日志文件（logginglogging）n n如何利用这些冗余数据实施数据库恢复如何利用这些冗余数据实施数据库恢复如何利用这些冗余数据实施数据库恢复如何利用这些冗余数据实施数据库恢复恢复机制涉及的关键问题如何建立冗余数据l l分类分类分类分类l l定定定定义义义义：所所所所谓谓谓谓转转转转储储储储 即即即即DBADBA周周周周期期期期性性性性地地地地将将将将整整整整个个个个数数数数据据据据库库库库复复复复制制制制到到到到另另另另一一一一个个个个介介介介质质质质上上上上保保保保存存存存起起起起来来来来的的的的过过过过程程程程。这这这这些些些些备备备备用用用用的的的的数数数数据据据据文文文文本称为后备副本或后援副本。本称为后备副本或后援副本。本称为后备副本或后援副本。本称为后备副本或后援副本。按按按按数据库状态数据库状态数据库状态数据库状态 按按按按数据量数据量数据量数据量静态转储静态转储静态转储静态转储 动态转储动态转储动态转储动态转储 海量转储海量转储海量转储海量转储 增量转储增量转储增量转储增量转储 1.数据转储分类定义：所谓转储即DBA周期性地将整个数据库复制到另一个静态转储 n n在系统中无运行事务时进行的转储操作。即转储操作开始在系统中无运行事务时进行的转储操作。即转储操作开始在系统中无运行事务时进行的转储操作。即转储操作开始在系统中无运行事务时进行的转储操作。即转储操作开始的时刻，数据库处于一致性状态，而转储期间不允许（或的时刻，数据库处于一致性状态，而转储期间不允许（或的时刻，数据库处于一致性状态，而转储期间不允许（或的时刻，数据库处于一致性状态，而转储期间不允许（或不存在）对数据库的任何存取、修改活动。不存在）对数据库的任何存取、修改活动。不存在）对数据库的任何存取、修改活动。不存在）对数据库的任何存取、修改活动。故障发生点故障发生点故障发生点故障发生点正常运行正常运行正常运行正常运行 静态转储静态转储静态转储静态转储运运运运 行行行行 事事事事 务务务务T Ta aT Tb bT Tf f重装后备副本重装后备副本重装后备副本重装后备副本重新运行事务重新运行事务重新运行事务重新运行事务恢恢恢恢 复复复复静态转储在系统中无运行事务时进行的转储操作。即转储操作开始动态转储n n是指转储期间允许对数据库进行存取或修改。即转储和用是指转储期间允许对数据库进行存取或修改。即转储和用是指转储期间允许对数据库进行存取或修改。即转储和用是指转储期间允许对数据库进行存取或修改。即转储和用户事务可以并发执行。户事务可以并发执行。户事务可以并发执行。户事务可以并发执行。故障发生点故障发生点故障发生点故障发生点正常运行正常运行正常运行正常运行运运运运 行行行行 事事事事 务务务务T Ta aT Tb bT Tf f 动态转储动态转储动态转储动态转储运运运运 行行行行 事事事事 务务务务T Ta aT Tb bT Tf fT T1 1T1T1开始开始开始开始T1T1结束结束结束结束重装后备副本重装后备副本重装后备副本重装后备副本重新运行重新运行重新运行重新运行T Ta a以后开始的事务以后开始的事务以后开始的事务以后开始的事务 恢恢恢恢复复复复动态转储是指转储期间允许对数据库进行存取或修改。即转储和用户海量转储与增量转储n n海量转储海量转储海量转储海量转储:每次转储全部数据库每次转储全部数据库每次转储全部数据库每次转储全部数据库n n增量转储增量转储增量转储增量转储: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 转储状态转储状态转储状态转储状态动态转储动态转储动态转储动态转储静态转储静态转储静态转储静态转储转储转储转储转储方式方式方式方式海量转储海量转储海量转储海量转储动态海量转储动态海量转储动态海量转储动态海量转储静态海量转储静态海量转储静态海量转储静态海量转储增量转储增量转储增量转储增量转储动态增量转储动态增量转储动态增量转储动态增量转储静态增量转储静态增量转储静态增量转储静态增量转储转储方法分类转储方法分类转储方法分类转储方法分类海量转储与增量转储海量转储:每次转储全部数据库转储状态动2.登记日志文件一、日志文件的内容一、日志文件的内容一、日志文件的内容一、日志文件的内容二、日志文件的作用二、日志文件的作用二、日志文件的作用二、日志文件的作用三、登记日志文件的原则三、登记日志文件的原则三、登记日志文件的原则三、登记日志文件的原则2.登记日志文件一、日志文件的内容日志文件的内容n n日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。文件。文件。文件。n n格式格式格式格式n n以记录为单位以记录为单位以记录为单位以记录为单位n n以数据块为单位以数据块为单位以数据块为单位以数据块为单位日志文件的内容日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的文件日志文件的作用n n进行事务故障和系统故障恢复进行事务故障和系统故障恢复进行事务故障和系统故障恢复进行事务故障和系统故障恢复n n动态转储方式中的数据库恢复动态转储方式中的数据库恢复动态转储方式中的数据库恢复动态转储方式中的数据库恢复n n静态转储方式中，协助后备副本进行故障恢复静态转储方式中，协助后备副本进行故障恢复静态转储方式中，协助后备副本进行故障恢复静态转储方式中，协助后备副本进行故障恢复日志文件的作用进行事务故障和系统故障恢复登记日志文件的原则n n登记的次序严格按并行事务执行的时间次序登记的次序严格按并行事务执行的时间次序登记的次序严格按并行事务执行的时间次序登记的次序严格按并行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到日志文件写到日志文件n n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登记日志文件的原则登记的次序严格按并行事务执行的时间次序8.2.3 故障恢复的策略8.2.3故障恢复的策略341 事务故障的恢复(1)(1)反向扫描文件日志，即从最后向前扫描日志文件，查找该事反向扫描文件日志，即从最后向前扫描日志文件，查找该事反向扫描文件日志，即从最后向前扫描日志文件，查找该事反向扫描文件日志，即从最后向前扫描日志文件，查找该事务的更新操作。务的更新操作。务的更新操作。务的更新操作。(2)(2)对该事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录中对该事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录中对该事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录中对该事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录中“更新前更新前更新前更新前的值的值的值的值”写入数据库。对于插入操作，由于写入数据库。对于插入操作，由于写入数据库。对于插入操作，由于写入数据库。对于插入操作，由于“更新前的值更新前的值更新前的值更新前的值”为为为为空，则相当于做删除操作；对于删除操作，由于空，则相当于做删除操作；对于删除操作，由于空，则相当于做删除操作；对于删除操作，由于空，则相当于做删除操作；对于删除操作，由于“更新后的更新后的更新后的更新后的值值值值”为空，则相当于做插入操作；若是修改操作，则用为空，则相当于做插入操作；若是修改操作，则用为空，则相当于做插入操作；若是修改操作，则用为空，则相当于做插入操作；若是修改操作，则用“更更更更新前的值新前的值新前的值新前的值”代替代替代替代替“更新后的值更新后的值更新后的值更新后的值”。(3)(3)继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做同样处理。同样处理。同样处理。同样处理。(4)(4)依次类推，直至读到此事务的开始标记，事务故障恢复就完依次类推，直至读到此事务的开始标记，事务故障恢复就完依次类推，直至读到此事务的开始标记，事务故障恢复就完依次类推，直至读到此事务的开始标记，事务故障恢复就完成了。成了。成了。成了。1事务故障的恢复(1)反向扫描文件日志，即从最后向前扫描2 系统故障的恢复n n系统故障造成数据库不一致状态的原因系统故障造成数据库不一致状态的原因系统故障造成数据库不一致状态的原因系统故障造成数据库不一致状态的原因n n一些未完成事务对数据库的更新已写入数据库一些未完成事务对数据库的更新已写入数据库一些未完成事务对数据库的更新已写入数据库一些未完成事务对数据库的更新已写入数据库n n一些已提交事务对数据库的更新还留在缓冲区一些已提交事务对数据库的更新还留在缓冲区一些已提交事务对数据库的更新还留在缓冲区一些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没来得及写入数据库没来得及写入数据库没来得及写入数据库n n恢复方法恢复方法恢复方法恢复方法n nUndoUndo故障发生时未完成的事务故障发生时未完成的事务故障发生时未完成的事务故障发生时未完成的事务n nRedoRedo已完成的事务已完成的事务已完成的事务已完成的事务n n系统故障的恢复由系统在重新启动时自动完成，系统故障的恢复由系统在重新启动时自动完成，系统故障的恢复由系统在重新启动时自动完成，系统故障的恢复由系统在重新启动时自动完成，不需要用户干预不需要用户干预不需要用户干预不需要用户干预2系统故障的恢复系统故障造成数据库不一致状态的原因系统的恢复步骤(1)(1)正向扫描日志文件，即从头扫描日志文件。找出故障发正向扫描日志文件，即从头扫描日志文件。找出故障发正向扫描日志文件，即从头扫描日志文件。找出故障发正向扫描日志文件，即从头扫描日志文件。找出故障发生前已经提交的事务，这些事务既有生前已经提交的事务，这些事务既有生前已经提交的事务，这些事务既有生前已经提交的事务，这些事务既有BEGINBEGINTRANSACTIONTRANSACTION记录，也有记录，也有记录，也有记录，也有COMMITCOMMIT记录，将其事务标记录，将其事务标记录，将其事务标记录，将其事务标识记入识记入识记入识记入REDOREDO队列。同时找出故障发生时尚未完成的事务，队列。同时找出故障发生时尚未完成的事务，队列。同时找出故障发生时尚未完成的事务，队列。同时找出故障发生时尚未完成的事务，这些事务只有这些事务只有这些事务只有这些事务只有BEGINTRANSACTIONBEGINTRANSACTION记录，无相应的记录，无相应的记录，无相应的记录，无相应的COMMITCOMMIT记录，将其事务标识记入记录，将其事务标识记入记录，将其事务标识记入记录，将其事务标识记入UNDOUNDO队列。队列。队列。队列。(2)(2)反向扫描日志文件，对反向扫描日志文件，对反向扫描日志文件，对反向扫描日志文件，对UNDOUNDO队列事务进行撤销处理。队列事务进行撤销处理。队列事务进行撤销处理。队列事务进行撤销处理。对每个对每个对每个对每个UNDOUNDO事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录中中中中“更新前的值更新前的值更新前的值更新前的值”写入数据库。写入数据库。写入数据库。写入数据库。(3)(3)正向扫描日志文件，对正向扫描日志文件，对正向扫描日志文件，对正向扫描日志文件，对REDOREDO队列事务进行重做处理。队列事务进行重做处理。队列事务进行重做处理。队列事务进行重做处理。对每个对每个对每个对每个REDOREDO事务重新执行日志文件登记的操作，即将日事务重新执行日志文件登记的操作，即将日事务重新执行日志文件登记的操作，即将日事务重新执行日志文件登记的操作，即将日志记录中志记录中志记录中志记录中“更新后的值更新后的值更新后的值更新后的值”写入数据库。写入数据库。写入数据库。写入数据库。系统的恢复步骤(1)正向扫描日志文件，即从头扫描日志文件。3 介质故障的恢复（1 1）装入最新的后备数据库副本，使数据库恢复装入最新的后备数据库副本，使数据库恢复装入最新的后备数据库副本，使数据库恢复装入最新的后备数据库副本，使数据库恢复到最近一次转储时的一致性状态。到最近一次转储时的一致性状态。到最近一次转储时的一致性状态。到最近一次转储时的一致性状态。n n对于静态转储的数据库副本，装入后数据库即对于静态转储的数据库副本，装入后数据库即对于静态转储的数据库副本，装入后数据库即对于静态转储的数据库副本，装入后数据库即处于一致性状态处于一致性状态处于一致性状态处于一致性状态n n对于动态转储的数据库副本，还须同时装入转对于动态转储的数据库副本，还须同时装入转对于动态转储的数据库副本，还须同时装入转对于动态转储的数据库副本，还须同时装入转储时刻的日志文件副本，利用与恢复系统故障储时刻的日志文件副本，利用与恢复系统故障储时刻的日志文件副本，利用与恢复系统故障储时刻的日志文件副本，利用与恢复系统故障相同的方法（即相同的方法（即相同的方法（即相同的方法（即REDO+UNDOREDO+UNDO），），），），才能将数才能将数才能将数才能将数据库恢复到一致性状态。据库恢复到一致性状态。据库恢复到一致性状态。据库恢复到一致性状态。3介质故障的恢复（1）装入最新的后备数据库副本，使数据库（2 2）装入有关的日志文件副本，重做已完成的事装入有关的日志文件副本，重做已完成的事装入有关的日志文件副本，重做已完成的事装入有关的日志文件副本，重做已完成的事务。务。务。务。n n首先扫描日志文件，找出故障发生时已提交的首先扫描日志文件，找出故障发生时已提交的首先扫描日志文件，找出故障发生时已提交的首先扫描日志文件，找出故障发生时已提交的事务的标识，将其记入重做队列。事务的标识，将其记入重做队列。事务的标识，将其记入重做队列。事务的标识，将其记入重做队列。n n然后正向扫描日志文件，对重做队列中的所有然后正向扫描日志文件，对重做队列中的所有然后正向扫描日志文件，对重做队列中的所有然后正向扫描日志文件，对重做队列中的所有事务进行重做处理。即将日志记录中事务进行重做处理。即将日志记录中事务进行重做处理。即将日志记录中事务进行重做处理。即将日志记录中“更新后更新后更新后更新后的值的值的值的值”写入数据库。写入数据库。写入数据库。写入数据库。（2）装入有关的日志文件副本，重做已完成的事务。4.具有检查点的恢复技术n n恢复时的问题：恢复时的问题：恢复时的问题：恢复时的问题：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很多需要很多需要很多需要很多需要REDOREDO处理的事务实际上已经将它们处理的事务实际上已经将它们处理的事务实际上已经将它们处理的事务实际上已经将它们的更新操作结果写到数据库中了，然而恢复子的更新操作结果写到数据库中了，然而恢复子的更新操作结果写到数据库中了，然而恢复子的更新操作结果写到数据库中了，然而恢复子系统又重新执行了这些操作，浪费了大量时间系统又重新执行了这些操作，浪费了大量时间系统又重新执行了这些操作，浪费了大量时间系统又重新执行了这些操作，浪费了大量时间n n解决办法：解决办法：解决办法：解决办法：n nDBMSDBMS定时设置检查点定时设置检查点定时设置检查点定时设置检查点n n在检查点时刻才真正做到把对在检查点时刻才真正做到把对在检查点时刻才真正做到把对在检查点时刻才真正做到把对DBDB的修改写到的修改写到的修改写到的修改写到磁盘。当磁盘。当磁盘。当磁盘。当DBDB需要恢复时，只有检查点后面的需要恢复时，只有检查点后面的需要恢复时，只有检查点后面的需要恢复时，只有检查点后面的事务需要恢复。事务需要恢复。事务需要恢复。事务需要恢复。4.具有检查点的恢复技术恢复时的问题：具有检查点的恢复技术的实现n n在日志文件中增加一类新的记录在日志文件中增加一类新的记录在日志文件中增加一类新的记录在日志文件中增加一类新的记录 检查点记检查点记检查点记检查点记录，内容包括：录，内容包括：录，内容包括：录，内容包括：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。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。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。n n增加一个重新开始文件增加一个重新开始文件增加一个重新开始文件增加一个重新开始文件n n内容：记录各个检查点记录在日志文件中的地内容：记录各个检查点记录在日志文件中的地内容：记录各个检查点记录在日志文件中的地内容：记录各个检查点记录在日志文件中的地址址址址 具有检查点的恢复技术的实现在日志文件中增加一类新的记录数据库数据恢复技术和并发控制课件n n让恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护日让恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护日让恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护日让恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护日志志志志n n具体步骤是：具体步骤是：具体步骤是：具体步骤是：将当前日志缓冲中的所有日志记录写入磁盘的将当前日志缓冲中的所有日志记录写入磁盘的将当前日志缓冲中的所有日志记录写入磁盘的将当前日志缓冲中的所有日志记录写入磁盘的日志文件上；日志文件上；日志文件上；日志文件上；在日志文件中写入一个检查点记录；在日志文件中写入一个检查点记录；在日志文件中写入一个检查点记录；在日志文件中写入一个检查点记录；将当前数据缓冲的所有数据记录写入磁盘的数将当前数据缓冲的所有数据记录写入磁盘的数将当前数据缓冲的所有数据记录写入磁盘的数将当前数据缓冲的所有数据记录写入磁盘的数据库中；据库中；据库中；据库中；把检查点记录在日志文件中的地址写入一个重把检查点记录在日志文件中的地址写入一个重把检查点记录在日志文件中的地址写入一个重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。新开始文件。新开始文件。新开始文件。让恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护日志不要不要不要不要REDOREDOTc(检查点检查点)Tf(系统故障系统故障)1 12 23 34 45 5REDOREDO撤消撤消撤消撤消REDOREDO撤消撤消撤消撤消恢复策略不要REDOTc(检查点)Tf(系统故障)12345REDO检查点方法的恢复算法(1)(1)从重新开始文件找到最后一个检查点记录在日志文件中从重新开始文件找到最后一个检查点记录在日志文件中从重新开始文件找到最后一个检查点记录在日志文件中从重新开始文件找到最后一个检查点记录在日志文件中的地址，由此找到日志文件中最后一个检查点记录。的地址，由此找到日志文件中最后一个检查点记录。的地址，由此找到日志文件中最后一个检查点记录。的地址，由此找到日志文件中最后一个检查点记录。(2)(2)由该检查点记录得到所有在检查点建立时正在执行的事由该检查点记录得到所有在检查点建立时正在执行的事由该检查点记录得到所有在检查点建立时正在执行的事由该检查点记录得到所有在检查点建立时正在执行的事务清单，将这些事务暂时放入务清单，将这些事务暂时放入务清单，将这些事务暂时放入务清单，将这些事务暂时放入UNDOUNDO队列。新建队列。新建队列。新建队列。新建REDOREDO队队队队列并使其暂为空。列并使其暂为空。列并使其暂为空。列并使其暂为空。(3)(3)从检查点开始正向扫描日志文件，如有新开始的事务从检查点开始正向扫描日志文件，如有新开始的事务从检查点开始正向扫描日志文件，如有新开始的事务从检查点开始正向扫描日志文件，如有新开始的事务T Ti i，把，把，把，把T Ti i暂时放入暂时放入暂时放入暂时放入UNDOUNDO队列；如有提交的事务队列；如有提交的事务队列；如有提交的事务队列；如有提交的事务T Tj j，把，把，把，把T Tj j从从从从UNDOUNDO队列移到队列移到队列移到队列移到REDOREDO队列；直到日志文件结束。队列；直到日志文件结束。队列；直到日志文件结束。队列；直到日志文件结束。(4)(4)对对对对UNDOUNDO队列中的每个事务执行队列中的每个事务执行队列中的每个事务执行队列中的每个事务执行UNDOUNDO操作，对操作，对操作，对操作，对REDOREDO队列中的每个事务执行队列中的每个事务执行队列中的每个事务执行队列中的每个事务执行REDOREDO操作。操作。操作。操作。检查点方法的恢复算法(1)从重新开始文件找到最后一个检查点5.数据库镜像n n介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严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重影响数据库的可用性重影响数据库的可用性重影响数据库的可用性n n介质故障恢复比较费时介质故障恢复比较费时介质故障恢复比较费时介质故障恢复比较费时n n为预防介质故障，为预防介质故障，为预防介质故障，为预防介质故障，DBADBA必须周期性地转储数据必须周期性地转储数据必须周期性地转储数据必须周期性地转储数据库库库库n n提高数据库可用性的解决方案提高数据库可用性的解决方案提高数据库可用性的解决方案提高数据库可用性的解决方案n n数据库镜像（数据库镜像（数据库镜像（数据库镜像（MirrorMirror）5.数据库镜像介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严重n nDBMSDBMS自动把整个数据库或其中的关键数据复制自动把整个数据库或其中的关键数据复制自动把整个数据库或其中的关键数据复制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到另一个磁盘上到另一个磁盘上到另一个磁盘上n nDBMSDBMS自动保证镜像数据与主数据的一致性自动保证镜像数据与主数据的一致性自动保证镜像数据与主数据的一致性自动保证镜像数据与主数据的一致性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数据库镜像的用途n n没有出现故障时没有出现故障时没有出现故障时没有出现故障时n n可用于并发操作可用于并发操作可用于并发操作可用于并发操作n n一个用户对数据加排他锁修改数据时，其他用一个用户对数据加排他锁修改数据时，其他用一个用户对数据加排他锁修改数据时，其他用一个用户对数据加排他锁修改数据时，其他用户可以读镜像数据库上的数据户可以读镜像数据库上的数据户可以读镜像数据库上的数据户可以读镜像数据库上的数据n n出现介质故障时出现介质故障时出现介质故障时出现介质故障时n nDBMSDBMS自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢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复，不需要关闭系统和重装数据库副本复，不需要关闭系统和重装数据库副本复，不需要关闭系统和重装数据库副本数据库镜像的用途没有出现故障时updateupdateupdateupdateupdateupdatereadreadreadreadreadread没有出现故障时updateupdateupdatereadreadreadupdateupdateupdateupdateupdateupdatereadreadreadreadreadread恢复恢复出现介质故障时updateupdateupdatereadreadread8.2.4 SQL Server8.2.4 SQL Server的数的数据库恢复技术据库恢复技术8.2.4SQLServer的数据库恢复技术511.数据转储策略n n只备份数据库只备份数据库只备份数据库只备份数据库n n同时备份数据库和事务日志同时备份数据库和事务日志同时备份数据库和事务日志同时备份数据库和事务日志 1.数据转储策略只备份数据库2.数据转储和恢复的SQL语句n n数据转储数据转储数据转储数据转储BACKUPDATABASE|LOGdatabase_nameBACKUPDATABASE|LOGdatabase_name|database_name_var|database_name_varTOTO，.n.nWITHDIFFERENTIANWITHDIFFERENTIAN2.数据转储和恢复的SQL语句数据转储n n数据恢复数据恢复数据恢复数据恢复RESTOREDATABASERESTOREDATABASEdatabase_namedatabase_name|database_name_var database_name_var FROM,.nFROM,.nWITHREPLACEWITHREPLACE数据恢复3.SQL Server的检查点n nSQLServerSQLServer支持具有检查点的恢复技术。支持具有检查点的恢复技术。支持具有检查点的恢复技术。支持具有检查点的恢复技术。n nSQLServerSQLServer提供有两种方法建立检查点：提供有两种方法建立检查点：提供有两种方法建立检查点：提供有两种方法建立检查点：n n由由由由SQLServerSQLServer自动执行的检查点自动执行的检查点自动执行的检查点自动执行的检查点n n由由由由数数数数据据据据库库库库所所所所有有有有者者者者或或或或DBADBA调调调调用用用用CHECKPOINTCHECKPOINT命命命命令强制执行的检查点。令强制执行的检查点。令强制执行的检查点。令强制执行的检查点。3.SQLServer的检查点SQLServer支持8.3 并发控制8.3并发控制56多事务执行方式(1)(1)事务串行执行（事务串行执行（事务串行执行（事务串行执行（serialaccessserialaccess）n n每每每每个个个个时时时时刻刻刻刻只只只只有有有有一一一一个个个个事事事事务务务务运运运运行行行行，其其其其他他他他事事事事务务务务必必必必须须须须等等等等到这个事务结束以后方能运行到这个事务结束以后方能运行到这个事务结束以后方能运行到这个事务结束以后方能运行n n不不不不能能能能充充充充分分分分利利利利用用用用系系系系统统统统资资资资源源源源，发发发发挥挥挥挥数数数数据据据据库库库库共共共共享享享享资资资资源源源源的特点的特点的特点的特点t1 t2 t3 t4T1 T2 T3多事务执行方式(1)事务串行执行（serialaccess(2)(2)交叉并发方式（交叉并发方式（交叉并发方式（交叉并发方式（interleavedconcurrencyinterleavedconcurrency）n n事事事事务务务务的的的的并并并并行行行行执执执执行行行行是是是是这这这这些些些些并并并并行行行行事事事事务务务务的的的的并并并并行行行行操操操操作作作作轮轮轮轮流交叉运行流交叉运行流交叉运行流交叉运行n n是是是是单单单单处处处处理理理理机机机机系系系系统统统统中中中中的的的的并并并并发发发发方方方方式式式式，能能能能够够够够减减减减少少少少处处处处理理理理机的空闲时间，提高系统的效率机的空闲时间，提高系统的效率机的空闲时间，提高系统的效率机的空闲时间，提高系统的效率t1 t2 t3 t4T1 T2 T3t1 t2 t3 t4T1 T2 T3(2)交叉并发方式（interleavedconcurre(3)(3)同时并发方式（同时并发方式（同时并发方式（同时并发方式（simultaneousconcurrencysimultaneousconcurrency）n n多多多多处处处处理理理理机机机机系系系系统统统统中中中中，每每每每个个个个处处处处理理理理机机机机可可可可以以以以运运运运行行行行一一一一个个个个事事事事务务务务，多多多多个个个个处处处处理理理理机机机机可可可可以以以以同同同同时时时时运运运运行行行行多多多多个个个个事事事事务务务务，实实实实现现现现多个事务真正的并行运行多个事务真正的并行运行多个事务真正的并行运行多个事务真正的并行运行n n最理想的并发方式，但受制于硬件环境最理想的并发方式，但受制于硬件环境最理想的并发方式，但受制于硬件环境最理想的并发方式，但受制于硬件环境t1 t2 t3 t4T1 T2 T3(3)同时并发方式（simultaneousconcur8.3.1 并发操作带来的问题n n可能会存取和存储不正确的数据，破坏事务的隔可能会存取和存储不正确的数据，破坏事务的隔可能会存取和存储不正确的数据，破坏事务的隔可能会存取和存储不正确的数据，破坏事务的隔离性和数据库的一致性离性和数据库的一致性离性和数据库的一致性离性和数据库的一致性n n并发控制机制的任务并发控制机制的任务并发控制机制的任务并发控制机制的任务n n对并发操作进行正确调度对并发操作进行正确调度对并发操作进行正确调度对并发操作进行正确调度n n保证事务的隔离性和一致性保证事务的隔离性和一致性保证事务的隔离性和一致性保证事务的隔离性和一致性n n保证数据库的一致性保证数据库的一致性保证数据库的一致性保证数据库的一致性8.3.1并发操作带来的问题可能会存取和存储不正确的数据并发操作带来的数据不一致性n n丢失修改（丢失修改（丢失修改（丢失修改（lostupdatelostupdate）n n不可重复读（不可重复读（不可重复读（不可重复读（non-repeatablereadnon-repeatableread）n n读读读读“脏脏脏脏”数据（数据（数据（数据（dirtyreaddirtyread）并发操作带来的数据不一致性丢失修改（lostupdate）1.丢失修改T T1 1T T2 2R(x)=20R(x)=20：R(x)=20R(x)=20 X20X20 5 5W(x)=15W(x)=15：X20X203 3W(x)=17W(x)=171.丢失修改T1T2R(x)=20：R(x)=20X22.不可重复读T T1 1T T2 2R(x)=20R(x)=20：R(x)=20R(x)=20：X20X203 3W(x)=17W(x)=17R(x)=17R(x)=17(同一数据前后不一致同一数据前后不一致同一数据前后不一致同一数据前后不一致)2.不可重复读T1T2R(x)=20：R(x)=20：X三类不可重复读事务事务事务事务1 1读取某一数据后：读取某一数据后：读取某一数据后：读取某一数据后：1.1.事务事务事务事务2 2对其做了修改，对其做了修改，对其做了修改，对其做了修改，当事务当事务当事务当事务1 1再次读该数据时，得到再次读该数据时，得到再次读该数据时，得到再次读该数