第5章數(shù)據(jù)庫恢復

AnIntroductiontoDatabaseSystem5.4數(shù)據(jù)庫恢復故障是不可避免的計算機硬件故障系統(tǒng)軟件和應用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破壞數(shù)據(jù)庫AnIntroductiontoDatabaseSystem5.4數(shù)據(jù)庫恢復故障是不可避免的計算機硬件故障系統(tǒng)軟件和應用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破壞數(shù)據(jù)庫AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫恢復數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對故障的對策DBMS提供恢復子系統(tǒng)保證故障發(fā)生后，能把數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)從錯誤狀態(tài)恢復到某種邏輯一致的狀態(tài)保證事務ACID恢復技術是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標AnIntroductiontoDatabaseSystem

一、事務故障什么是事務故障某個事務在運行過程中由于種種原因未運行至正常終止點就夭折了事務故障的常見原因輸入數(shù)據(jù)有誤運算溢出違反了某些完整性限制某些應用程序出錯并行事務發(fā)生死鎖。。。。AnIntroductiontoDatabaseSystem事務故障的恢復發(fā)生事務故障時，夭折的事務可能已把對數(shù)據(jù)庫的部分修改寫回磁盤事務故障的恢復：撤消事務（UNDO）強行回滾（ROLLBACK）該事務清除該事務對數(shù)據(jù)庫的所有修改，使得這個事務象根本沒有啟動過一樣AnIntroductiontoDatabaseSystem二、系統(tǒng)故障什么是系統(tǒng)故障整個系統(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內(nèi)存中數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)的信息全部丟失外部存儲設備上的數(shù)據(jù)未受影響AnIntroductiontoDatabaseSystem系統(tǒng)故障的常見原因操作系統(tǒng)或DBMS代碼錯誤操作員操作失誤特定類型的硬件錯誤（如CPU故障）突然停電AnIntroductiontoDatabaseSystem系統(tǒng)故障的恢復

清除尚未完成的事務對數(shù)據(jù)庫的所有修改系統(tǒng)重新啟動時，恢復程序要強行撤消（UNDO）所有未完成事務將緩沖區(qū)中已完成事務提交的結果寫入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)重新啟動時，恢復程序需要重做（REDO）所有已提交的事務AnIntroductiontoDatabaseSystem三、介質(zhì)故障硬件故障使存儲在外存中的數(shù)據(jù)部分丟失或全部丟失介質(zhì)故障比前兩類故障的可能性小得多，但破壞性大得多AnIntroductiontoDatabaseSystem介質(zhì)故障的常見原因硬件故障磁盤損壞磁頭碰撞操作系統(tǒng)的某種潛在錯誤瞬時強磁場干擾AnIntroductiontoDatabaseSystem介質(zhì)故障的恢復裝入數(shù)據(jù)庫發(fā)生介質(zhì)故障前某個時刻的數(shù)據(jù)副本重做自此時始的所有成功事務，將這些事務已提交的結果重新記入數(shù)據(jù)庫AnIntroductiontoDatabaseSystem恢復操作的基本原理恢復操作的基本原理：冗余利用存儲在系統(tǒng)其它地方的冗余數(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：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AnIntroductiontoDatabaseSystem5.4.2恢復的實現(xiàn)技術恢復機制涉及的關鍵問題1.如何建立冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲（backup）登錄日志文件（logging）2.如何利用這些冗余數(shù)據(jù)實施數(shù)據(jù)庫恢復

AnIntroductiontoDatabaseSystem5.4.2.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲一、什么是轉(zhuǎn)儲二、轉(zhuǎn)儲的用途三、轉(zhuǎn)儲方法AnIntroductiontoDatabaseSystem一、什么是轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲是指DBA將整個數(shù)據(jù)庫復制到磁帶或另一個磁盤上保存起來的過程。這些備用的數(shù)據(jù)文本稱為后備副本或后援副本。AnIntroductiontoDatabaseSystem轉(zhuǎn)儲

故障發(fā)生點

轉(zhuǎn)儲

運行事務↓正常運行─┼───────┼─────────────

Ta

TbTf

重裝后備副本

重新運行事務恢復

─┼───────┴－－－－－－－－－－－－→AnIntroductiontoDatabaseSystem三、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．轉(zhuǎn)儲方法小結AnIntroductiontoDatabaseSystem1．靜態(tài)轉(zhuǎn)儲在系統(tǒng)中無運行事務時進行轉(zhuǎn)儲轉(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)儲必須等用戶事務結束新的事務必須等轉(zhuǎn)儲結束AnIntroductiontoDatabaseSystem利用靜態(tài)轉(zhuǎn)儲副本進行恢復

故障發(fā)生點

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲

運行事務↓正常運行─┼───────┼─────────────

Ta

TbTf

重裝后備副本

恢復

─┼───────┥AnIntroductiontoDatabaseSystem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AnIntroductiontoDatabaseSystem動態(tài)轉(zhuǎn)儲利用動態(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才能把數(shù)據(jù)庫恢復到某一時刻的正確狀態(tài)AnIntroductiontoDatabaseSystem利用動態(tài)轉(zhuǎn)儲副本進行恢復

運行事務

故障發(fā)生點

動態(tài)轉(zhuǎn)儲

運行事務↓正常運行─┼───────┼─────────────

Ta

TbTf重裝后備副本

利用日志文件恢復恢復

━━━━━━╋━━━┥AnIntroductiontoDatabaseSystem利用動態(tài)轉(zhuǎn)儲副本進行恢復

Ta

TbTf

動態(tài)轉(zhuǎn)儲

運行事務

故障發(fā)生點正常運行─┼───────┼─────────────登記日志文件登記新日志文件─────────┼─────────────

轉(zhuǎn)儲日志文件

重裝后備副本，然后利用轉(zhuǎn)儲的日志文件恢復恢復到一

━━━━━━┥致性狀態(tài)AnIntroductiontoDatabaseSystem2．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但如果數(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AnIntroductiontoDatabaseSystem3．轉(zhuǎn)儲方法小結轉(zhuǎn)儲方法分類

轉(zhuǎn)儲狀態(tài)動態(tài)轉(zhuǎn)儲靜態(tài)轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲方式海量轉(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AnIntroductiontoDatabaseSystem轉(zhuǎn)儲策略應定期進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲，制作后備副本。但轉(zhuǎn)儲又是十分耗費時間和資源的，不能頻繁進行。DBA應該根據(jù)數(shù)據(jù)庫使用情況確定適當?shù)霓D(zhuǎn)儲周期和轉(zhuǎn)儲方法。例：每天晚上進行動態(tài)增量轉(zhuǎn)儲每周進行一次動態(tài)海量轉(zhuǎn)儲每月進行一次靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲AnIntroductiontoDatabaseSystem5.4.2.2登記日志文件一、日志文件的內(nèi)容二、日志文件的用途三、登記日志文件的原則AnIntroductiontoDatabaseSystem一、日志文件的內(nèi)容1.什么是日志文件日志文件(log)是用來記錄事務對數(shù)據(jù)庫的更新操作的文件2.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AnIntroductiontoDatabaseSystem日志文件的內(nèi)容（續(xù)）3.日志文件內(nèi)容各個事務的開始標記(BEGINTRANSACTION)各個事務的結束標記(COMMIT或ROLLBACK)各個事務的所有更新操作與事務有關的內(nèi)部更新操作日志文件中的一個日志記錄(logrecord)AnIntroductiontoDatabaseSystem4.基于記錄的日志文件每條日志記錄的內(nèi)容事務標識操作類型（插入、刪除或修改）操作對象（記錄ID、BlockNO.）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）AnIntroductiontoDatabaseSystem5.基于數(shù)據(jù)塊的日志文件每條日志記錄的內(nèi)容事務標識（標明是那個事務）操作對象（記錄ID、BlockNO.）更新前數(shù)據(jù)所在的整個數(shù)據(jù)塊的值（對插入操作而言，此項為空值）更新后整個數(shù)據(jù)塊的值（對刪除操作而言,此項為空值）AnIntroductiontoDatabaseSystem二、日志文件的用途1．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AnIntroductiontoDatabaseSystem日志文件的用途（續(xù)）2．與靜態(tài)轉(zhuǎn)儲后備副本配合進行介質(zhì)故障恢復靜態(tài)轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)已是一致性的數(shù)據(jù)如果靜態(tài)轉(zhuǎn)儲完成后，仍能定期轉(zhuǎn)儲日志文件，則在出現(xiàn)介質(zhì)故障重裝數(shù)據(jù)副本后，可以利用這些日志文件副本對已完成的事務進行重做處理這樣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)AnIntroductiontoDatabaseSystem日志文件的用途（續(xù)）

故障發(fā)生點

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲運行事務↓正常運行─┼──────┼──────────┼──

Ta

TbTf

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└──────AnIntroductiontoDatabaseSystem日志文件的用途（續(xù)）3．介質(zhì)故障恢復：LOGFILE+動態(tài)轉(zhuǎn)儲后備副本動態(tài)轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)庫：同時轉(zhuǎn)儲同一時點的日志文件后備副本與該日志文件結合起來才能將數(shù)據(jù)庫恢復到一致性狀態(tài)。利用這些日志文件副本進一步恢復事務，避免重新運行事務程序。AnIntroductiontoDatabaseSystem三、登記日志文件的原則為保證數(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行事務執(zhí)行的時間次序必須先寫日志文件，后寫數(shù)據(jù)庫寫日志文件操作：把表示這個修改的日志記錄寫到日志文件寫數(shù)據(jù)庫操作：把對數(shù)據(jù)的修改寫到數(shù)據(jù)庫中AnIntroductiontoDatabaseSystem登記日志文件的原則（續(xù)）為什么要先寫日志文件寫數(shù)據(jù)庫和寫日志文件是兩個不同的操作在這兩個操作之間可能發(fā)生故障如果先寫了數(shù)據(jù)庫修改，而在日志文件中沒有登記下這個修改，則以后就無法恢復這個修改了如果先寫日志，但沒有修改數(shù)據(jù)庫，按日志文件恢復時只不過是多執(zhí)行一次不必要的UNDO操作，并不會影響數(shù)據(jù)庫的正確性AnIntroductiontoDatabaseSystem5.4.2.3恢復策略1事務故障的恢復2系統(tǒng)故障的恢復3介質(zhì)故障的恢復AnIntroductiontoDatabaseSystem1事務故障的恢復事務故障：事務在運行至正常終止點前被中止恢復方法由恢復子系統(tǒng)應利用日志文件撤消（UNDO）此事務已對數(shù)據(jù)庫進行的修改事務故障的恢復由系統(tǒng)自動完成，不需要用戶干預AnIntroductiontoDatabaseSystem事務故障的恢復步驟1.反向掃描文件日志（即從最后向前掃描日志文件），查找該事務的更新操作。2.對該事務的更新操作執(zhí)行逆操作。即將日志記錄中“更新前的值”（BeforImage,BI）寫入數(shù)據(jù)庫。插入操作，“更新前的值”為空，則相當于做刪除操作刪除操作，“更新后的值”為空，則相當于做插入操作若是修改操作，則用BI代替AI（AfterImage）AnIntroductiontoDatabaseSystem事務故障的恢復步驟3.繼續(xù)反向掃描日志文件，查找該事務的其他更新操作，并做同樣處理。4.如此處理下去，直至讀到此事務的開始標記，事務故障恢復就完成了。AnIntroductiontoDatabaseSystem2系統(tǒng)故障的恢復系統(tǒng)故障造成數(shù)據(jù)庫不一致狀態(tài)的原因一些未完成事務對數(shù)據(jù)庫的更新已寫入數(shù)據(jù)庫一些已提交事務對數(shù)據(jù)庫的更新還留在緩沖區(qū)沒來得及寫入數(shù)據(jù)庫恢復方法1.Undo故障發(fā)生時未完成的事務2.Redo已完成的事務系統(tǒng)故障的恢復由系統(tǒng)在重新啟動時自動完成，不需要用戶干預AnIntroductiontoDatabaseSystem系統(tǒng)故障的恢復步驟1. 正向掃描日志文件（即從頭掃描日志文件）Redo隊列:在故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務

T1,T3,T8…..Undo隊列:故障發(fā)生時尚未完成的事務

T2,T4,T5,T6,T7,T9…...AnIntroductiontoDatabaseSystem系統(tǒng)故障的恢復步驟 2.對Undo隊列事務進行UNDO處理反向掃描日志文件，對每個UNDO事務的更新操作執(zhí)行逆操作

T2,T4,T5,T6,T7,T9……3.對Redo隊列事務進行REDO處理正向掃描日志文件，對每個REDO事務重新執(zhí)行登記的操作

T1,T3,T8…..AnIntroductiontoDatabaseSystem3介質(zhì)故障的恢復1.重裝數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)庫恢復到一致性狀態(tài)2.重做已完成的事務AnIntroductiontoDatabaseSystem3介質(zhì)故障的恢復恢復步驟1.裝入最新的后備數(shù)據(jù)庫副本，使數(shù)據(jù)庫恢復到最近一次轉(zhuǎn)儲時的一致性狀態(tài)。對于靜態(tài)轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)庫副本，裝入后數(shù)據(jù)庫即處于一致性狀態(tài)對于動態(tài)轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)庫副本，還須同時裝入轉(zhuǎn)儲時刻的日志文件副本，利用與恢復系統(tǒng)故障相同的方法（即REDO+UNDO），才能將數(shù)據(jù)庫恢復到一致性狀態(tài)。AnIntroductiontoDatabaseSystem利用靜態(tài)轉(zhuǎn)儲副本將數(shù)據(jù)庫恢復到一致性狀態(tài)

故障發(fā)生點

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲

運行事務↓正常運行─┼───────┼─────────────

Ta

TbTf

登記日志文件└─────────────

重裝后備副本

恢復

━━━━━━┥AnIntroductiontoDatabaseSystem利用動態(tài)轉(zhuǎn)儲副本將數(shù)據(jù)庫恢復到一致性狀態(tài)

Ta

TbTf

動態(tài)轉(zhuǎn)儲

運行事務

故障發(fā)生點正常運行─┼───────┼─────────────登記日志文件登記新日志文件─────────┼─────────────

轉(zhuǎn)儲日志文件

重裝后備副本，然后利用轉(zhuǎn)儲的日志文件恢復恢復到一

━━━━━━┥致性狀態(tài)AnIntroductiontoDatabaseSystem介質(zhì)故障的恢復（續(xù)）2.裝入有關的日志文件副本，重做已完成的事務。首先掃描日志文件，找出故障發(fā)生時已提交的事務的標識，將其記入重做隊列。然后正向掃描日志文件，對重做隊列中的所有事務進行重做處理。即將日志記錄中“更新后的值”寫入數(shù)據(jù)庫。AnIntroductiontoDatabaseSystem介質(zhì)故障的恢復（續(xù)）介質(zhì)故障的恢復需要DBA介入DBA的工作重裝最近轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)庫副本和有關的各日志文件副本執(zhí)行系統(tǒng)提供的恢復命令具體的恢復操作仍由DBMS完成AnIn