10.2.2故障種類和恢復實現(xiàn)技術(shù)

1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論An Introduction to Database System第十章 數(shù)據(jù)庫恢復技術(shù)中國人民大學信息學院第十章 數(shù)據(jù)庫恢復技術(shù)10.1 事務的基本概念10.2 數(shù)據(jù)庫恢復概述10.3 故障的種類10.4 恢復的實現(xiàn)技術(shù)10.5 恢復策略10.6 具有檢查點的恢復技術(shù)10.7 數(shù)據(jù)庫鏡像10.8 小結(jié)10.2 數(shù)據(jù)庫恢復概述故障是不可避免的計算機硬件故障軟件的錯誤操作員的失誤惡意的破壞故障的影響運行事務非正常中斷，影響數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性 破壞數(shù)據(jù)庫，全部或部分丟失數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫恢復概述（續(xù)）數(shù)據(jù)庫的恢復數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須具有把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復到某一已知的正確狀態(tài)(亦稱為一致

2、狀態(tài)或完整狀態(tài))的功能，這就是數(shù)據(jù)庫的恢復管理系統(tǒng)對故障的對策恢復子系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的一個重要組成部分 恢復技術(shù)是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標第十章 數(shù)據(jù)庫恢復技術(shù)10.1 事務的基本概念10.2 數(shù)據(jù)庫恢復概述10.3 故障的種類10.4 恢復的實現(xiàn)技術(shù)10.5 恢復策略10.6 具有檢查點的恢復技術(shù)10.7 數(shù)據(jù)庫鏡像10.8 小結(jié)故障的種類1.事務內(nèi)部的故障2.系統(tǒng)故障3.介質(zhì)故障4.計算機病毒1.事務內(nèi)部的故障事務內(nèi)部的故障有的是可以通過事務程序本身發(fā)現(xiàn)的(見下面轉(zhuǎn)賬事 務的例子)有的是非預期的，不能由事務程序處理的。 事務內(nèi)部的故障（續(xù)）例如，銀行轉(zhuǎn)賬事務，這個事務把一筆金額從一個賬戶

3、甲轉(zhuǎn)給另一個賬戶乙。 BEGIN TRANSACTION 讀賬戶甲的余額BALANCE; BALANCE=BALANCE-AMOUNT; /*AMOUNT 為轉(zhuǎn)賬金額*/ IF(BALANCE 0 ) THEN 打印金額不足，不能轉(zhuǎn)賬； /*事務內(nèi)部可能造成事務被回滾的情況*/ ROLLBACK; /*撤銷剛才的修改，恢復事務*/ ELSE 讀賬戶乙的余額BALANCE1; BALANCE1=BALANCE1+AMOUNT; 寫回BALANCE1; COMMIT;事務內(nèi)部的故障（續(xù)）這個例子所包括的兩個更新操作要么全部完成要么全部不做。否則就會使數(shù)據(jù)庫處于不一致狀態(tài)，例如只把賬戶甲的余額減少了

4、而沒有把賬戶乙的余額增加。在這段程序中若產(chǎn)生賬戶甲余額不足的情況，應用程序可以發(fā)現(xiàn)并讓事務滾回，撤銷已作的修改，恢復數(shù)據(jù)庫到正確狀態(tài)。事務內(nèi)部的故障（續(xù)）事務內(nèi)部更多的故障是非預期的，是不能由應用程序處理的。運算溢出并發(fā)事務發(fā)生死鎖而被選中撤銷該事務違反了某些完整性限制而被終止等 以后，事務故障僅指這類非預期的故障事務內(nèi)部的故障（續(xù)）事務故障意味著事務沒有達到預期的終點(COMMIT或者顯式的ROLLBACK)數(shù)據(jù)庫可能處于不正確狀態(tài)。 事務故障的恢復：事務撤消（UNDO）強行回滾（ROLLBACK）該事務撤銷該事務已經(jīng)作出的任何對數(shù)據(jù)庫的修改，使得該事務象根本沒有啟動一樣2.系統(tǒng)故障系統(tǒng)故障

5、稱為軟故障，是指造成系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)的任何事件，使得系統(tǒng)要重新啟動。 整個系統(tǒng)的正常運行突然被破壞所有正在運行的事務都非正常終止不破壞數(shù)據(jù)庫內(nèi)存中數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)的信息全部丟失系統(tǒng)故障的常見原因特定類型的硬件錯誤（如CPU故障）操作系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)代碼錯誤系統(tǒng)斷電系統(tǒng)故障的恢復發(fā)生系統(tǒng)故障時，一些尚未完成的事務的結(jié)果可能已送入物理數(shù)據(jù)庫，造成數(shù)據(jù)庫可能處于不正確狀態(tài)。 恢復策略：系統(tǒng)重新啟動時，恢復程序讓所有非正常終止的事務回滾，強行撤消（UNDO）所有未完成事務系統(tǒng)故障的恢復發(fā)生系統(tǒng)故障時，有些已完成的事務可能有一部分甚至全部留在緩沖區(qū)，尚未寫回到磁盤上的物理數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)故障使得這些事務對數(shù)

6、據(jù)庫的修改部分或全部丟失恢復策略：系統(tǒng)重新啟動時，恢復程序需要重做（REDO）所有已提交的事務3.介質(zhì)故障介質(zhì)故障稱為硬故障，指外存故障磁盤損壞磁頭碰撞瞬時強磁場干擾介質(zhì)故障破壞數(shù)據(jù)庫或部分數(shù)據(jù)庫，并影響正在存取這部分數(shù)據(jù)的所有事務 介質(zhì)故障比前兩類故障的可能性小得多，但破壞性大得多4.計算機病毒計算機病毒一種人為的故障或破壞，是一些惡作劇者研制的一種計算機程序可以繁殖和傳播，造成對計算機系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫的危害計算機病毒種類小的病毒只有20條指令，不到50B大的病毒像一個操作系統(tǒng)，由上萬條指令組成計算機病毒（續(xù)）計算機病毒的危害有的病毒傳播很快，一旦侵入系統(tǒng)就馬上摧毀系統(tǒng)有的病毒有較長的潛伏期，

7、計算機在感染后數(shù)天或數(shù)月才開始發(fā)病有的病毒感染系統(tǒng)所有的程序和數(shù)據(jù)有的只對某些特定的程序和數(shù)據(jù)感興趣 計算機病毒已成為計算機系統(tǒng)的主要威脅，自然也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要威脅 數(shù)據(jù)庫一旦被破壞仍要用恢復技術(shù)把數(shù)據(jù)庫加以恢復故障小結(jié)各類故障，對數(shù)據(jù)庫的影響有兩種可能性一是數(shù)據(jù)庫本身被破壞二是數(shù)據(jù)庫沒有被破壞，但數(shù)據(jù)可能不正確，這是由于事務的運行被非正常終止造成的?；謴突謴筒僮鞯幕驹恚喝哂嗬么鎯υ谙到y(tǒng)別處的冗余數(shù)據(jù)來重建數(shù)據(jù)庫中已被破壞或不正確的那部分數(shù)據(jù)恢復的實現(xiàn)技術(shù)：復雜一個大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，恢復子系統(tǒng)的代碼要占全部代碼的10%以上第十章 數(shù)據(jù)庫恢復技術(shù)10.1 事務的基本概念10.2 數(shù)據(jù)庫恢

8、復概述10.3 故障的種類10.4 恢復的實現(xiàn)技術(shù)10.5 恢復策略10.6 具有檢查點的恢復技術(shù)10.7 數(shù)據(jù)庫鏡像10.8 小結(jié)10.4 恢復的實現(xiàn)技術(shù)恢復機制涉及的關(guān)鍵問題1. 如何建立冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲（backup）登記日志文件（logging）2. 如何利用這些冗余數(shù)據(jù)實施數(shù)據(jù)庫恢復10.4 恢復的實現(xiàn)技術(shù)10.4.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲10.4.2 登記日志文件10.4.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲1.什么是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲2.轉(zhuǎn)儲方法1.什么是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲是指數(shù)據(jù)庫管理員定期地將整個數(shù)據(jù)庫復制到磁帶、磁盤或其他存儲介質(zhì)上保存起來的過程備用的數(shù)據(jù)文本稱為后備副本(backup)或后援副本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲（續(xù)）數(shù)據(jù)庫遭到破壞

9、后可以將后備副本重新裝入重裝后備副本只能將數(shù)據(jù)庫恢復到轉(zhuǎn)儲時的狀態(tài)要想恢復到故障發(fā)生時的狀態(tài)，必須重新運行自轉(zhuǎn)儲以后的所有更新事務數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲（續(xù)） 故障發(fā)生點 轉(zhuǎn)儲 運行事務正常運行 Ta Tb Tf 重裝后備副本 重新運行事務恢復 例轉(zhuǎn)儲和恢復數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲（續(xù)）上圖中：系統(tǒng)在Ta時刻停止運行事務，進行數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲在Tb時刻轉(zhuǎn)儲完畢，得到Tb時刻的數(shù)據(jù)庫一致性副本系統(tǒng)運行到Tf時刻發(fā)生故障為恢復數(shù)據(jù)庫，首先由數(shù)據(jù)庫管理員重裝數(shù)據(jù)庫后備副本，將數(shù)據(jù)庫恢復至Tb時刻的狀態(tài)重新運行自TbTf時刻的所有更新事務，把數(shù)據(jù)庫恢復到故障發(fā)生前的一致狀態(tài)2.轉(zhuǎn)儲方法（1）靜態(tài)轉(zhuǎn)儲與動態(tài)轉(zhuǎn)儲（2）海量轉(zhuǎn)儲與增量轉(zhuǎn)儲（3

10、）轉(zhuǎn)儲方法小結(jié)（1）靜態(tài)轉(zhuǎn)儲與動態(tài)轉(zhuǎn)儲靜態(tài)轉(zhuǎn)儲在系統(tǒng)中無運行事務時進行的轉(zhuǎn)儲操作轉(zhuǎn)儲開始時數(shù)據(jù)庫處于一致性狀態(tài)轉(zhuǎn)儲期間不允許對數(shù)據(jù)庫的任何存取、修改活動得到的一定是一個數(shù)據(jù)一致性的副本 優(yōu)點：實現(xiàn)簡單缺點：降低了數(shù)據(jù)庫的可用性轉(zhuǎn)儲必須等待正運行的用戶事務結(jié)束 新的事務必須等轉(zhuǎn)儲結(jié)束靜態(tài)轉(zhuǎn)儲與動態(tài)轉(zhuǎn)儲（續(xù)）動態(tài)轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲操作與用戶事務并發(fā)進行轉(zhuǎn)儲期間允許對數(shù)據(jù)庫進行存取或修改優(yōu)點不用等待正在運行的用戶事務結(jié)束不會影響新事務的運行動態(tài)轉(zhuǎn)儲的缺點不能保證副本中的數(shù)據(jù)正確有效例在轉(zhuǎn)儲期間的某時刻Tc，系統(tǒng)把數(shù)據(jù)A=100轉(zhuǎn)儲到磁帶上，而在下一時刻Td，某一事務將A改為200。 后備副本上的A過時了靜態(tài)轉(zhuǎn)

11、儲與動態(tài)轉(zhuǎn)儲（續(xù)）利用動態(tài)轉(zhuǎn)儲得到的副本進行故障恢復需要把動態(tài)轉(zhuǎn)儲期間各事務對數(shù)據(jù)庫的修改活動登記下來，建立日志文件后備副本加上日志文件就能把數(shù)據(jù)庫恢復到某一時刻的正確狀態(tài)（2）海量轉(zhuǎn)儲與增量轉(zhuǎn)儲海量轉(zhuǎn)儲: 每次轉(zhuǎn)儲全部數(shù)據(jù)庫增量轉(zhuǎn)儲: 只轉(zhuǎn)儲上次轉(zhuǎn)儲后更新過的數(shù)據(jù)海量轉(zhuǎn)儲與增量轉(zhuǎn)儲比較從恢復角度看，使用海量轉(zhuǎn)儲得到的后備副本進行恢復往往更方便如果數(shù)據(jù)庫很大，事務處理又十分頻繁，則增量轉(zhuǎn)儲方式更實用更有效（3）轉(zhuǎn)儲方法小結(jié)轉(zhuǎn)儲方法分類轉(zhuǎn)儲狀態(tài)動態(tài)轉(zhuǎn)儲靜態(tài)轉(zhuǎn)儲海量轉(zhuǎn)儲動態(tài)海量轉(zhuǎn)儲靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲增量轉(zhuǎn)儲動態(tài)增量轉(zhuǎn)儲靜態(tài)增量轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲方式10.4 恢復的實現(xiàn)技術(shù)10.4.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲10.4.2 登記日

12、志文件10.4.2 登記日志文件1.日志文件的格式和內(nèi)容2.日志文件的作用3.登記日志文件1.日志文件的格式和內(nèi)容什么是日志文件日志文件(log file)是用來記錄事務對數(shù)據(jù)庫的更新操作的文件日志文件的格式以記錄為單位的日志文件以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以記錄為單位的日志文件內(nèi)容各個事務的開始標記(BEGIN TRANSACTION)各個事務的結(jié)束標記(COMMIT或ROLLBACK)各個事務的所有更新操作 以上均作為日志文件中的一個日志記錄 (log record)日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以記錄為單位的日志文件，每條日志記錄的內(nèi)容事務標識（標明是哪個事務） 操作類

13、型（插入、刪除或修改）操作對象（記錄ID、Block NO.）更新前數(shù)據(jù)的舊值（對插入操作而言，此項為空值）更新后數(shù)據(jù)的新值（對刪除操作而言, 此項為空值）日志文件的格式和內(nèi)容（續(xù)）以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件，每條日志記錄的內(nèi)容事務標識被更新的數(shù)據(jù)塊2.日志文件的作用用途進行事務故障恢復進行系統(tǒng)故障恢復協(xié)助后備副本進行介質(zhì)故障恢復日志文件的作用（續(xù)）具體作用事務故障恢復和系統(tǒng)故障恢復必須用日志文件。在動態(tài)轉(zhuǎn)儲方式中必須建立日志文件，后備副本和日志文件結(jié)合起來才能有效地恢復數(shù)據(jù)庫。日志文件的作用（續(xù)）在靜態(tài)轉(zhuǎn)儲方式中，也可以建立日志文件。當數(shù)據(jù)庫毀壞后可重新裝入后援副本把數(shù)據(jù)庫恢復到轉(zhuǎn)儲結(jié)束時刻的正確狀態(tài)利用日志文件，把已完成的事務進行重做處理對故障發(fā)生時尚未完成的事務進行撤銷處理不必重新運行那些已完成的事務程序就可把數(shù)據(jù)庫恢復到故障前某一時刻的正確狀態(tài) 日志文件的作用（續(xù)） 故障發(fā)生點 靜態(tài)轉(zhuǎn)儲 運行事務 正常運行 Ta Tb Tf 登記日志文件 重裝后備副本 利用日志文件恢復事務 繼續(xù)運行介質(zhì)故障恢復 登記日志文件 利用日志文件恢復3.登記日志文件為保證數(shù)據(jù)庫是可恢復的，登記日志文件時必須遵循兩條原則登記的次序嚴格按并發(fā)事務執(zhí)