哈爾濱工業(yè)大學(xué)2010年考博專業(yè)課試題《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)2010年春博士入學(xué)考試數(shù)據(jù)庫(kù)原理試卷一、名詞解釋（15分，每小題3分） （1）無(wú)損聯(lián)接（P122）稱這個(gè)分解是滿足函數(shù)依賴集的無(wú)損連接（2）函數(shù)的邏輯蘊(yùn)含（3）多值依賴（4）函數(shù)依賴集F的閉包F+設(shè)R是一個(gè)具有屬性集合U的關(guān)系模式，F(xiàn)是給定的函數(shù)依賴集合，由F推導(dǎo)出的所有函數(shù)依賴的集合，稱為F的閉包，記作F+。（5）簡(jiǎn)要分析關(guān)系規(guī)范化的利弊關(guān)系模式規(guī)范化：把一個(gè)給定關(guān)系模式轉(zhuǎn)化為某種范式的過(guò)程稱為關(guān)系模式的規(guī)范化過(guò)程，簡(jiǎn)稱規(guī)范化。關(guān)系模式規(guī)范化的主要方法是關(guān)系模式的分解，即把一個(gè)低一級(jí)范式的關(guān)系模式分解為若干個(gè)高一級(jí)范式的子關(guān)系模式，使這些子模式具有指定的某種范式。關(guān)系規(guī)范化的

2、目的是解決關(guān)系模式中存在的數(shù)據(jù)冗余、插入和刪除異常、更新不一致等問(wèn)題。規(guī)范化的程度越高，數(shù)據(jù)的冗余和更新異常相對(duì)減少，但由于聯(lián)接運(yùn)算費(fèi)時(shí)，查詢時(shí)所花的時(shí)間也就越多。因此，規(guī)范化的程度不是越高越好，而取決于關(guān)系運(yùn)算的實(shí)際需求。在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)具體情況權(quán)衡利弊，適可而止。一般來(lái)說(shuō)，靜態(tài)關(guān)系模式（數(shù)據(jù)加載之后，用戶在這個(gè)關(guān)系上僅運(yùn)行查詢操作，不再進(jìn)行更新、插入和刪除等操作）只需具有第一范式形式，動(dòng)態(tài)關(guān)系模式（用戶經(jīng)常在這個(gè)關(guān)系上進(jìn)行更新、插入和刪除等操作）至少具有第三范式形式。二、已知關(guān)系模式R的屬性集合U=A，B，C，D，E，函數(shù)依賴集合F=AC，BC，CD，DEC，CEA，分解=R1(A，D

3、)，R2(A，B)，R3(B，E)，R4(C，D，E)，R5(A，E)，請(qǐng)驗(yàn)試是否具有無(wú)損聯(lián)接性（15分）解：的無(wú)損聯(lián)接性判斷表結(jié)果如下表示RiABCDEADa1b12b31a4b15ABa1a2b31a4b25BEa1a2a3a4a5CDEa1b42a3a4a5AEa1b52a3a4a5由于表中不存在值為a1，a2，a3，a4，a5的行，所以分解具有無(wú)損聯(lián)接性。三、什么是故障點(diǎn)、檢查點(diǎn)、轉(zhuǎn)儲(chǔ)點(diǎn)？請(qǐng)按某次完整的故障恢復(fù)過(guò)程，描述這三者在故障恢復(fù)過(guò)程中的使用（10分）1. 數(shù)據(jù)庫(kù)故障的種類及其恢復(fù)策略數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可能發(fā)生的故障主要分為四類：事務(wù)故障、系統(tǒng)故障、介質(zhì)故障和計(jì)算機(jī)病毒。（1）事務(wù)故障事

4、務(wù)故障是指事務(wù)在運(yùn)行過(guò)程中由于種種原因未能運(yùn)行到正常結(jié)束點(diǎn)前而被終止，通常分為：可預(yù)期的事務(wù)故障：應(yīng)用程序可以發(fā)現(xiàn)并讓事務(wù)回滾，撤銷已做的修改操作，恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)到正確狀態(tài)。非預(yù)期的事務(wù)故障：這些事務(wù)故障不能由事務(wù)程序處理，如并發(fā)事務(wù)發(fā)生死鎖而被撤銷等。事務(wù)故障的恢復(fù)方法：恢復(fù)到事務(wù)未執(zhí)行時(shí)的狀態(tài)。反向閱讀日志文件，找出該事務(wù)的所有更新操作，對(duì)每一項(xiàng)更新操作做它的逆操作，即強(qiáng)行回滾（ROLLBACK）該事務(wù)，這類恢復(fù)操作稱為事務(wù)撤銷（UNDO）。（2）系統(tǒng)故障系統(tǒng)故障是指造成數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)停止運(yùn)行的任何事件，如操作系統(tǒng)、DBMS、硬件故障或突然斷電等，使得系統(tǒng)需要重新啟動(dòng)，通常稱為軟故障（Soft C

5、rash）。系統(tǒng)故障影響正在運(yùn)行的所有事務(wù)，但不破壞數(shù)據(jù)庫(kù)。發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)主存內(nèi)容，尤其是數(shù)據(jù)庫(kù)緩沖區(qū)（在內(nèi)存）中的內(nèi)容都被丟失，所有運(yùn)行事務(wù)都非正常終止。發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，一些尚未完成的事務(wù)的結(jié)果可能己送入物理數(shù)據(jù)庫(kù)，從而造成數(shù)據(jù)庫(kù)可能處于不正確的狀態(tài)。為保證數(shù)據(jù)一致性，需要清除這些事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的所有修改?；謴?fù)子系統(tǒng)必須在系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)讓所有非正常終止的事務(wù)回滾，強(qiáng)行撤銷（UNDO）所有未完成事務(wù)。另一方面，發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，有些己完成的事務(wù)可能有一部分甚至全部留在緩沖區(qū)，尚未寫(xiě)回到磁盤(pán)上的物理數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)故障使得這些事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改部分或全部丟失，這也會(huì)使數(shù)據(jù)庫(kù)處于不一致?tīng)顟B(tài)，因此應(yīng)將這些

6、事務(wù)己提交的結(jié)果重新寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。所以系統(tǒng)重新啟動(dòng)后，恢復(fù)子系統(tǒng)除需要撤銷所有未完成事務(wù)外，還需要重做（REDO）所有己提交的事務(wù)，以將數(shù)據(jù)庫(kù)真正恢復(fù)到一致?tīng)顟B(tài)。系統(tǒng)故障的恢復(fù)方法：對(duì)未完成的事務(wù)進(jìn)行回滾，強(qiáng)行撤銷（UNDO）所有未完成的事務(wù)；對(duì)已完成的事務(wù)提交，結(jié)果仍在緩沖區(qū)的事務(wù)重新提交。（3）介質(zhì)故障介質(zhì)故障稱為硬故障（Hard Crash），是指外存故障，如磁盤(pán)損壞、磁頭碰撞，瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)干擾等。這類故障將破壞數(shù)據(jù)庫(kù)或部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，并影響正在存取這部分?jǐn)?shù)據(jù)的所有事務(wù)。這類故障比前兩類故障發(fā)生的可能性小得多，但破壞性最大。發(fā)生介質(zhì)故障后，磁盤(pán)上的物理數(shù)據(jù)和日志文件被破壞，恢復(fù)策略是重裝數(shù)據(jù)庫(kù)，

7、然后重做已完成的事務(wù)。介質(zhì)故障的恢復(fù)方法：首先，裝入最新的數(shù)據(jù)庫(kù)后備副本，使數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到最近一次轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)的一致性狀態(tài)；對(duì)于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的副本，還須同時(shí)裝入轉(zhuǎn)儲(chǔ)開(kāi)始時(shí)的日志文件副本，利用恢復(fù)系統(tǒng)故障的方法（重做REDO+撤銷UNDO）將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到一致性狀態(tài)。其次，裝入相應(yīng)的日志文件副本，重做已完成的事務(wù)。最后，從故障開(kāi)始點(diǎn)反向讀日志文件，使數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到故障前那一刻的狀態(tài)。（4）計(jì)算機(jī)病毒計(jì)算機(jī)病毒是一種人為的故障或破壞，是一些惡作劇者研制的一種計(jì)算機(jī)程序?；謴?fù)方法與介質(zhì)故障的恢復(fù)方法相同。2. 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)的基本單位是事務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)的基本策略是數(shù)據(jù)冗余和事務(wù)恢復(fù)，其中數(shù)據(jù)冗余是指數(shù)據(jù)備

8、用副本和日志文件，事務(wù)恢復(fù)是利用事務(wù)作為操作單位進(jìn)行恢復(fù)。數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)的基本思想：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通過(guò)記錄日志和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)來(lái)建立冗余數(shù)據(jù)。日志記錄了數(shù)據(jù)庫(kù)的所有更新操作信息，所有故障的恢復(fù)都需要它。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)制作數(shù)據(jù)庫(kù)的后備副本，這些副本與日志配合使用，用來(lái)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)故障恢復(fù)。數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像在不同的存儲(chǔ)介質(zhì)上維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的同步副本，也是建立冗余數(shù)據(jù)的一種方法。使用數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像可以簡(jiǎn)化介質(zhì)故障的恢復(fù)，但需要附加的存儲(chǔ)設(shè)備。數(shù)據(jù)恢復(fù)可分兩個(gè)方面：一是事務(wù)或系統(tǒng)故障的恢復(fù)；另一個(gè)是存儲(chǔ)介質(zhì)故障的恢復(fù)。對(duì)于事務(wù)和系統(tǒng)故障涉及的存儲(chǔ)器主要是主存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器， 這兩個(gè)存儲(chǔ)器屬臨時(shí)存儲(chǔ)器。當(dāng)事務(wù)或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，臨時(shí)存儲(chǔ)

9、器上的數(shù)據(jù)要么被破壞，要么全部丟失。介質(zhì)故障涉及的存儲(chǔ)器主要是硬盤(pán)、軟盤(pán)、磁帶等 永久存儲(chǔ)器。不管哪種故障恢復(fù)都必須借助日志文件，日志文件必須存放于理論上永遠(yuǎn)不會(huì)損壞的存儲(chǔ)器上，稱為永恒存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)的基本方法有：定期備份數(shù)據(jù)庫(kù)、建立日志文件、針對(duì)不同故障類型分別恢復(fù)。（1）基于日志的恢復(fù)技術(shù)日志是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)用來(lái)記錄事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)歷史操作的文件，是日志記錄的序列，記錄了每個(gè)事務(wù)的開(kāi)始標(biāo)記、結(jié)束標(biāo)記和所有更新操作。不同的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用不同的日志文件，這些日志文件主要包括以記錄為單位的日志文件和以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件兩種。n 以記錄為單位的日志文件登錄的內(nèi)容： 各事務(wù)的開(kāi)始標(biāo)記，用&l

10、t;T，start>表示。 各事務(wù)的結(jié)束標(biāo)記，用<T，commit>表示事務(wù)已經(jīng)提交。 各事務(wù)的所有更新操作。用<T，X，V1，V2>表示T事務(wù)在數(shù)據(jù)對(duì)象X上執(zhí)行的操作，其中V1、V2表示更新前后數(shù)據(jù)對(duì)象的值。n 以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件登記的內(nèi)容包括： 事務(wù)標(biāo)識(shí) 被更新的數(shù)據(jù)塊。日志文件的作用除進(jìn)行事務(wù)故障的恢復(fù)和系統(tǒng)故障的恢復(fù)外，還用于存儲(chǔ)介質(zhì)故障的恢復(fù)。事務(wù)故障和系統(tǒng)故障都不破壞存儲(chǔ)在磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以使用日志進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)。日志除可以用來(lái)進(jìn)行事務(wù)故障恢復(fù)和系統(tǒng)故障恢復(fù)外，還可協(xié)助后備副本進(jìn)行介質(zhì)故障恢復(fù)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)被破壞后，可重新裝入后備副本把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到

11、轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束時(shí)的正確狀態(tài)，然后利用日志文件，把已完成的事務(wù)進(jìn)行重做，對(duì)故障發(fā)生時(shí)候未完成的事務(wù)進(jìn)行撤銷處理。因此，利用日志文件恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法如下圖所示。圖 利用日志文件恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)說(shuō)明：其中TaTb為靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)階段，從Ta時(shí)刻開(kāi)始轉(zhuǎn)儲(chǔ)，到Tb時(shí)刻轉(zhuǎn)儲(chǔ)完畢。若Tf時(shí)刻發(fā)生故障，則重裝后備副本，只能恢復(fù)到轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束時(shí)刻，其后的事務(wù)必須重做。Ta為轉(zhuǎn)儲(chǔ)點(diǎn)，Tb為檢查點(diǎn)，Tf為故障點(diǎn)，（2）基于檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)利用日志技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)時(shí)，恢復(fù)子系統(tǒng)必須搜索日志，確定哪些事務(wù)需要重做（REDO），哪些事務(wù)需要撤銷（UNDO）。一般需要檢查所有日志記錄，這樣就帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：一是搜索整個(gè)日志將耗費(fèi)大量的時(shí)間，二是

12、很多需要重做（REDO）處理的事務(wù)實(shí)際上已經(jīng)將它們的更新操作結(jié)果寫(xiě)到了數(shù)據(jù)庫(kù)中了，然而恢復(fù)子系統(tǒng)又重新執(zhí)行這個(gè)操作，也會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)：定期對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行復(fù)制或轉(zhuǎn)儲(chǔ)（Dump）。注意幾個(gè)概念：靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)和增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)。轉(zhuǎn)儲(chǔ)是指DBA定期將整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制到永久存儲(chǔ)器的過(guò)程，這些備用的數(shù)據(jù)文本稱為后備副本或后援副本。一旦系統(tǒng)發(fā)生介質(zhì)故障，數(shù)據(jù)庫(kù)就遭到破壞，可以將后備副本重新裝入，但重裝后備副本只能將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)的狀態(tài)，要想恢復(fù)到故障發(fā)生時(shí)的狀態(tài)，還必須重新運(yùn)行自轉(zhuǎn)儲(chǔ)以后的所有更新事務(wù)。轉(zhuǎn)儲(chǔ)按照轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)的狀態(tài)分為靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)：是指在系統(tǒng)中無(wú)運(yùn)行事務(wù)時(shí)進(jìn)行的轉(zhuǎn)儲(chǔ)

13、操作，轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作開(kāi)始時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)處于一致性狀態(tài)，轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間不允許對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的任何存取和修改，得到的是一個(gè)數(shù)據(jù)一致性的副本。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)：是指轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間允許對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取或修改操作，即轉(zhuǎn)儲(chǔ)和用戶事務(wù)可以并發(fā)執(zhí)行。它不用等待正在運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束，必須把轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間各事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改記下來(lái)，建立日志文件。這樣，后備副本加上日志文件就能把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到某一時(shí)刻的正確狀態(tài)。采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)必須借助日志文件，把轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間的存取活動(dòng)登記下來(lái)作為后援副本，方能保證恢復(fù)到轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束時(shí)刻的正確狀態(tài)。轉(zhuǎn)儲(chǔ)又可分為海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)和增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)。海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)每次轉(zhuǎn)儲(chǔ)全部數(shù)據(jù)庫(kù)；增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)指每次只轉(zhuǎn)儲(chǔ)上次轉(zhuǎn)儲(chǔ)后更新過(guò)的數(shù)據(jù)。從恢復(fù)角度看，使用海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)得到的后

14、備副本進(jìn)行恢復(fù)一般說(shuō)來(lái)更簡(jiǎn)單些。但如果數(shù)據(jù)庫(kù)很大，事務(wù)處理又十分頻繁，則增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式更實(shí)用更有效。完整數(shù)據(jù)庫(kù)備份：完整數(shù)據(jù)庫(kù)備份就是備份整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。它備份數(shù)據(jù)庫(kù)文件、這些文件的地址以及事務(wù)日志的某些部分（從備份開(kāi)始時(shí)所記錄的日志順序號(hào)到備份結(jié)束時(shí)的日志順序號(hào)）。差異數(shù)據(jù)庫(kù)備份：差異數(shù)據(jù)庫(kù)備份是指將從最近一次完全數(shù)據(jù)庫(kù)備份以后發(fā)生改變的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。如果在完整備份后將某個(gè)文件添加至數(shù)據(jù)庫(kù)，則下一個(gè)差異備份將會(huì)包括該新文件。這樣可以方便地備份數(shù)據(jù)庫(kù)，而無(wú)須了解各個(gè)文件。事務(wù)日志備份：事務(wù)日志備份就是自從上一個(gè)事務(wù)以來(lái)已經(jīng)發(fā)生了變化的部分。事務(wù)日志備份比完整數(shù)據(jù)庫(kù)備份節(jié)省時(shí)間和空間，而且利用事務(wù)日志

15、備份進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，可以指定恢復(fù)到某一個(gè)事務(wù)。文件組備份：文件組備份就是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的部分文件或文件組進(jìn)行備份。文件組是一種將數(shù)據(jù)庫(kù)存放在多個(gè)文件上的方法。檢查點(diǎn)（Check Point）：也稱為安全點(diǎn)或恢復(fù)點(diǎn)，是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)事件，它把修改數(shù)據(jù)從高速緩存中的臟緩存塊中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)的數(shù)據(jù)文件中，并更新控制文件和數(shù)據(jù)文件。檢查點(diǎn)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)已知的正常點(diǎn)，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)意外關(guān)閉或崩潰后進(jìn)行恢復(fù)的過(guò)程中，數(shù)據(jù)庫(kù)引擎可以從該點(diǎn)開(kāi)始應(yīng)用日志中所包含的更改。也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)的檢查點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)觸發(fā)器，當(dāng)滿足一定的條件時(shí)就會(huì)觸發(fā)這個(gè)事件，這時(shí)高速緩存中的臟緩存塊中的數(shù)據(jù)就會(huì)被寫(xiě)入到數(shù)據(jù)文件之中，合理設(shè)置檢查點(diǎn)直接關(guān)系

16、到數(shù)據(jù)的安全與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能。檢查點(diǎn)是數(shù)據(jù)庫(kù)和事務(wù)日志之間的同步點(diǎn)，在檢測(cè)點(diǎn)上DBMS：（1）拒絕接受新的事務(wù)請(qǐng)求；（2）停止正在處理的還未完成的一切事務(wù)；把緩沖區(qū)寫(xiě)入磁盤(pán)；（3）等待OS確認(rèn)所有對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)和日志的寫(xiě)請(qǐng)求都已完成（此時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和日志是同步的），接著，向日志寫(xiě)入一條檢測(cè)點(diǎn)記錄。當(dāng)用戶更新或者插入數(shù)據(jù)的時(shí)候，系統(tǒng)首先會(huì)將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)緩存中，而不是直接存儲(chǔ)到硬盤(pán)上。當(dāng)用戶更新或者插入數(shù)據(jù)的時(shí)候，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)首先會(huì)將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)的緩存區(qū)域，而不是直接存儲(chǔ)到硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)文件中。而等到滿足一定條件的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)將數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)保存到硬盤(pán)的數(shù)據(jù)文件中，促使將數(shù)據(jù)緩存中的信息保存到數(shù)據(jù)文

17、件中。即“檢查點(diǎn)”將當(dāng)前內(nèi)存中已修改的頁(yè)（稱為“臟頁(yè)”）和事務(wù)日志信息從內(nèi)存寫(xiě)入磁盤(pán)，并記錄有關(guān)事務(wù)日志的信息。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)執(zhí)行了一個(gè)檢查點(diǎn)之后，系統(tǒng)會(huì)將所有的已經(jīng)提交事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所做的全部寫(xiě)入到硬盤(pán)的數(shù)據(jù)文件中。也就是說(shuō)，此時(shí)硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)文件已經(jīng)反映了數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)完整的狀態(tài)，用戶先前對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所做的更改已經(jīng)全部保存到了數(shù)據(jù)文件之中。此時(shí)如果發(fā)生了什么變故，但是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)崩潰。由于數(shù)據(jù)庫(kù)所的變化都已經(jīng)保存到了數(shù)據(jù)文件之中，為此在進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)只需要將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到上一個(gè)檢查點(diǎn)執(zhí)行時(shí)刻即可，而不需要進(jìn)行復(fù)雜的恢復(fù)操作。所以說(shuō)，如果將這個(gè)檢查點(diǎn)設(shè)置的比較短一點(diǎn)，即兩個(gè)檢查點(diǎn)發(fā)生的時(shí)間比較短，那么就可以

18、減少數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)所需要的時(shí)間。但是也并不是說(shuō)檢查點(diǎn)設(shè)置的越短越好，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)的任何更改都及時(shí)保存到數(shù)據(jù)文件中，如果檢查點(diǎn)設(shè)置得太短必然會(huì)使數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能會(huì)大打折扣?；跈z查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)在日志文件中增加一類新的記錄檢查點(diǎn)記錄（檢查點(diǎn)建立時(shí)所有正在執(zhí)行的事務(wù)清單），增加一個(gè)重新開(kāi)始文件（存儲(chǔ)個(gè)檢查點(diǎn)記錄的地址），并讓恢復(fù)子系統(tǒng)在登錄日志文件期間動(dòng)態(tài)維護(hù)日志。數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)機(jī)制定期執(zhí)行如下操作，保存數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)，建立檢查點(diǎn)：n 將目前主存中的所有日志記錄強(qiáng)行輸出到外存儲(chǔ)器；n 將所有緩沖區(qū)中被修改的數(shù)據(jù)塊強(qiáng)行寫(xiě)入磁盤(pán)；n 把日志記錄寫(xiě)入磁盤(pán)。在建立檢查點(diǎn)時(shí)，不允許事務(wù)執(zhí)行任何更新操作，如寫(xiě)緩沖塊或?qū)懭罩居?/p>

19、錄。建立檢查點(diǎn)之后，所有在檢查點(diǎn)之前發(fā)生的更新操作都已經(jīng)輸出到數(shù)據(jù)庫(kù)中，尚未完成的事務(wù)都登記在檢查點(diǎn)記錄中。這樣，發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，只需從最近的檢查點(diǎn)記錄開(kāi)始掃描日志文件。對(duì)于事務(wù)故障，基于檢查點(diǎn)的恢復(fù)過(guò)程和不使用檢查點(diǎn)的恢復(fù)過(guò)程是相同。但對(duì)于系統(tǒng)故障，使用檢查點(diǎn)技術(shù)可縮小日志的掃描范圍，減少不必要的重做（REDO），提高系統(tǒng)故障恢復(fù)效率。當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)時(shí)，只需搜索日志文件，確定在最近創(chuàng)建的檢查點(diǎn)之后開(kāi)始執(zhí)行或處于活動(dòng)狀態(tài)的事務(wù)，然后對(duì)這些事務(wù)執(zhí)行重做（REDO）或撤銷（UNDO）操作。數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生故障時(shí)有兩種處理方法：如數(shù)據(jù)庫(kù)已破壞，則由DBA裝入最近備份的數(shù)據(jù)庫(kù)然后利用“日志文件”執(zhí)行R

20、EDO（重做）操作；如數(shù)據(jù)庫(kù)未被損壞，但某些數(shù)據(jù)不可靠，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行撤銷（UNDO）操作恢復(fù)數(shù)據(jù)。事務(wù)故障的恢復(fù)事務(wù)恢復(fù)是指事務(wù)未運(yùn)行至正常終止點(diǎn)前被撤消，此時(shí)應(yīng)對(duì)該事務(wù)做撤消處理。事務(wù)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)自動(dòng)完成。發(fā)生事務(wù)故障時(shí)：（1）執(zhí)行一個(gè)中止（ABORT）并撤銷（UNDO）它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的任何改變，即進(jìn)行下面所述的“向后恢復(fù)”數(shù)據(jù)庫(kù)；（2）清除它對(duì)其它事務(wù)的影響，即中止（ABORT）那些讀了它的“臟數(shù)據(jù)”的事務(wù)。這又可能進(jìn)一步引起事務(wù)的中止（ABORT），稱為串聯(lián)撤消過(guò)程；（3）撤銷（UNDO）所有被撤消的事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所作的任何改變。系統(tǒng)故障的恢復(fù)系統(tǒng)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)完成，其

21、恢復(fù)步驟如下：（1）正向掃描日志文件，找出故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務(wù)，將其事務(wù)標(biāo)識(shí)記入重（REDO）隊(duì)列，同時(shí)找出故障發(fā)生時(shí)尚未完成的事務(wù)，將其事務(wù)標(biāo)識(shí)記入撤消（UNDO）隊(duì)列；（2）對(duì)撤消隊(duì)列中的各個(gè)事務(wù)進(jìn)行撤消（UNDO）處理；（3）對(duì)重做隊(duì)列中的各事務(wù)進(jìn)行重做（REDO）處理。介質(zhì)故障的恢復(fù)介質(zhì)故障恢復(fù)的原理是利用存儲(chǔ)在別處的冗余數(shù)據(jù)來(lái)重建數(shù)據(jù)庫(kù)。所以介質(zhì)故障的恢復(fù)涉及兩個(gè)問(wèn)題：一是如何建立冗余數(shù)據(jù)；二是如何利用冗余數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)。最常用的技術(shù)是轉(zhuǎn)儲(chǔ)和登記日志文件。轉(zhuǎn)儲(chǔ)是DBA定期將整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制到磁帶或另一個(gè)磁盤(pán)上保存起來(lái)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)遭到破壞時(shí)，可以利用這些數(shù)據(jù)來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)，但只能恢復(fù)到轉(zhuǎn)

22、儲(chǔ)時(shí)的狀態(tài)，在這以后所運(yùn)行的事務(wù)必須重新運(yùn)行才能恢復(fù)到故障時(shí)的狀態(tài)。日志文件的作用除進(jìn)行事務(wù)故障的恢復(fù)和系統(tǒng)故障的恢復(fù)外，還用于介質(zhì)故障的恢復(fù)。在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)中，后援副本必須和日志文件結(jié)合起來(lái)才能有效地恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)。在靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)中，若數(shù)據(jù)庫(kù)被破壞，必須先利用后備副本文件裝入到上一次轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束前的正確狀態(tài)，然后再利用日志文件把已經(jīng)完成的事務(wù)重新處理，使數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到故障前的某一時(shí)刻的正確狀態(tài)。介質(zhì)故障的恢復(fù)方法是重裝后備數(shù)據(jù)庫(kù)，然后重做已完成的事務(wù)，具體步驟如下：（1）裝入最近的數(shù)據(jù)庫(kù)后備副本，即故障前最后一次轉(zhuǎn)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)副本，使數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到最后轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)的一致性狀態(tài)。（2）打開(kāi)永恒存儲(chǔ)器中的日志文件，正向掃描

23、日志文件，找出故障發(fā)生時(shí)已經(jīng)提交的事務(wù)的標(biāo)識(shí)，將其記入重做隊(duì)列，然后對(duì)重做隊(duì)列中的所有事務(wù)進(jìn)行重做。這樣便可把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到故障前的某一時(shí)刻的一致性狀態(tài)。不過(guò)按照這種方法進(jìn)行恢復(fù)存在著嚴(yán)重的弊端：一方面需要搜索整個(gè)日志文件，耗費(fèi)大量的時(shí)間；另一方面需要重做大量已經(jīng)成功地將其更新操作結(jié)果寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)，浪費(fèi)極大。數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像為了避免磁盤(pán)介質(zhì)故障影響數(shù)據(jù)庫(kù)的可用性，許多數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像功能，用于數(shù)據(jù)庫(kù)的恢復(fù)。即根據(jù)DBA的要求，DBMS自動(dòng)把整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)或其中關(guān)鍵數(shù)據(jù)復(fù)制到另一個(gè)磁盤(pán)上，每當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)更新時(shí)，DBMS自動(dòng)把更新后的數(shù)據(jù)復(fù)制到鏡像磁盤(pán)上。一旦發(fā)生介質(zhì)故障，系統(tǒng)自動(dòng)切換到鏡像磁

24、盤(pán)上，避免了因介質(zhì)故障而關(guān)閉系統(tǒng)。用戶應(yīng)用不用中斷，也無(wú)須重裝數(shù)據(jù)庫(kù)后備副本，更不用重做轉(zhuǎn)儲(chǔ)后已經(jīng)做過(guò)的操作。另一方面，在沒(méi)有出現(xiàn)故障的時(shí)候，數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像還可以用于并發(fā)操作，即某一數(shù)據(jù)對(duì)象被加X(jué)鎖時(shí)，其它用戶要訪問(wèn)該數(shù)據(jù)對(duì)象不用等待，可從數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像上讀取。四、簡(jiǎn)述一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)封鎖協(xié)議，并分析每一級(jí)封鎖協(xié)議解決了哪些數(shù)據(jù)不一致性問(wèn)題，還存在哪些數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題（10分）（P277 范明數(shù)據(jù)庫(kù)原理教程，P166 尹為民數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及應(yīng)用）事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行可能帶來(lái)的數(shù)據(jù)不一致性：（1）丟失修改；（2）不可重復(fù)讀；（3）讀“臟”數(shù)據(jù)并發(fā)控制：用正確的方式調(diào)度并發(fā)操作，使一個(gè)用戶事務(wù)的執(zhí)行不受其它事務(wù)的干擾

25、，從而避免造成數(shù)據(jù)的不一致性。避免數(shù)據(jù)不一致性的方法和技術(shù)主要是并發(fā)控制，如封鎖（Locking）技術(shù)、基于時(shí)間戳的并發(fā)控制技術(shù)等。封鎖是事務(wù)T在對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行操作之前，先向系統(tǒng)發(fā)出加鎖請(qǐng)求，加鎖后事務(wù)T就對(duì)該數(shù)據(jù)對(duì)象有了一定的控制權(quán)，在事務(wù)T釋放它的鎖之前，其他事務(wù)不能更新該數(shù)據(jù)對(duì)象。基本的鎖有兩種：共享鎖（S鎖）和排他鎖（X鎖）。排他鎖（X鎖）：又稱寫(xiě)鎖，若事務(wù)T獲得了數(shù)據(jù)對(duì)象Q上的排他鎖，則事務(wù)T既可以讀又可以寫(xiě)（修改）數(shù)據(jù)對(duì)象Q，但在事務(wù)T釋放Q上的X鎖之前，其他事務(wù)既不能獲得Q上的S鎖，也不能獲得Q上的X鎖。共享鎖（S鎖）：又稱讀鎖，若事務(wù)T獲得了數(shù)據(jù)對(duì)象Q上的共享鎖，則事務(wù)T可

26、以讀但不能寫(xiě)Q，并且在事務(wù)T釋放Q上的S鎖之前，其他事務(wù)只能獲得Q上的S鎖，而不能獲得Q上的X鎖。在事務(wù)T在數(shù)據(jù)對(duì)象Q上的排他鎖保證了在事務(wù)T釋放數(shù)據(jù)對(duì)象Q上的鎖之前，其他事務(wù)既不能讀取，也不能修改數(shù)據(jù)對(duì)象Q，即排他鎖保護(hù)數(shù)據(jù)對(duì)象不被同時(shí)讀或?qū)懀皇聞?wù)T在數(shù)據(jù)對(duì)象Q上的共享鎖（S鎖）保證了其他事務(wù)可以讀數(shù)據(jù)對(duì)象Q，但在事務(wù)T釋放Q上的S鎖之前不能對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象Q做任何修改，即共享鎖保護(hù)數(shù)據(jù)對(duì)象不被寫(xiě)，但可以同時(shí)讀。三級(jí)封鎖協(xié)議：在運(yùn)用封鎖技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行加鎖時(shí)，對(duì)封鎖方式約定的一些規(guī)則稱為封鎖協(xié)議。對(duì)封鎖方式約定不同的規(guī)則，就形成了各種不同的封鎖協(xié)議（Locking Protocol），其總共分為

27、以下三級(jí)：（1）一級(jí)封鎖協(xié)議：事務(wù)T在修改數(shù)據(jù)項(xiàng)Q之前必須對(duì)其加排他鎖（X鎖），直至該事務(wù)結(jié)束才釋放。事務(wù)結(jié)束包括正常結(jié)束（COMMIT）和非正常結(jié)束（ROLLBACK）。作用：一級(jí)封鎖協(xié)議可以防止丟失修改，保證事務(wù)T是可恢復(fù)的。但由于在一級(jí)鎖協(xié)議中，如果僅僅是讀數(shù)據(jù)而不對(duì)其進(jìn)行修改，是不需要加鎖的，所以它不能保證可重復(fù)讀和不讀“臟”數(shù)據(jù)。（2）二級(jí)封鎖協(xié)議：事務(wù)T在要讀取數(shù)據(jù)項(xiàng)Q之前必須對(duì)其加S鎖，讀完后即可釋放加在數(shù)據(jù)項(xiàng)Q上的S鎖。此種封鎖方式與一級(jí)封鎖協(xié)議（事務(wù)T對(duì)要修改數(shù)據(jù)項(xiàng)Q必須先對(duì)其加X(jué)鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放數(shù)據(jù)項(xiàng)Q上的X鎖）共同構(gòu)成了二級(jí)封鎖協(xié)議。作用：二級(jí)鎖協(xié)議可防止丟失修改及讀“臟”數(shù)據(jù)；但在二級(jí)封鎖協(xié)議中，由于讀完數(shù)據(jù)后立即釋放S鎖，所以不能保證可重復(fù)讀。（3）三級(jí)封鎖協(xié)議：事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)項(xiàng)Q之前必須先對(duì)其加S鎖，在要修改數(shù)據(jù)項(xiàng)Q之前必須先對(duì)其加X(jué)鎖，直到事務(wù)結(jié)束后才釋放加在數(shù)據(jù)項(xiàng)Q上的所有鎖。此種封鎖方式與一級(jí)封鎖協(xié)議聯(lián)合構(gòu)成了三級(jí)封鎖協(xié)議。作用：在三級(jí)鎖協(xié)議中，無(wú)論是讀數(shù)據(jù)還是寫(xiě)數(shù)據(jù)都要等到事務(wù)