第5章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)

AnIntroductiontoDatabaseSystem5.4數(shù)據(jù)庫恢復(fù)故障是不可避免的計(jì)算機(jī)硬件故障系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的錯誤操作員的失誤惡意的破壞故障的影響運(yùn)行事務(wù)非正常中斷破壞數(shù)據(jù)庫AnIntroductiontoDatabaseSystem5.4數(shù)據(jù)庫恢復(fù)故障是不可避免的計(jì)算機(jī)硬件故障系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的錯誤操作員的失誤惡意的破壞故障的影響運(yùn)行事務(wù)非正常中斷破壞數(shù)據(jù)庫AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫恢復(fù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對故障的對策DBMS提供恢復(fù)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(fù)到某種邏輯一致的狀態(tài)保證事務(wù)ACID恢復(fù)技術(shù)是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)AnIntroductiontoDatabaseSystem

一、事務(wù)故障什么是事務(wù)故障某個事務(wù)在運(yùn)行過程中由于種種原因未運(yùn)行至正常終止點(diǎn)就夭折了事務(wù)故障的常見原因輸入數(shù)據(jù)有誤運(yùn)算溢出違反了某些完整性限制某些應(yīng)用程序出錯并行事務(wù)發(fā)生死鎖。。。。AnIntroductiontoDatabaseSystem事務(wù)故障的恢復(fù)發(fā)生事務(wù)故障時，夭折的事務(wù)可能已把對數(shù)據(jù)庫的部分修改寫回磁盤事務(wù)故障的恢復(fù)：撤消事務(wù)（UNDO）強(qiáng)行回滾（ROLLBACK）該事務(wù)清除該事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的所有修改，使得這個事務(wù)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(yùn)行突然被破壞所有正在運(yùn)行的事務(wù)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(shè)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(fù)

清除尚未完成的事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的所有修改系統(tǒng)重新啟動時，恢復(fù)程序要強(qiáng)行撤消（UNDO）所有未完成事務(wù)將緩沖區(qū)中已完成事務(wù)提交的結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)重新啟動時，恢復(fù)程序需要重做（REDO）所有已提交的事務(wù)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(qiáng)磁場干擾AnIntroductiontoDatabaseSystem介質(zhì)故障的恢復(fù)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(wù)，將這些事務(wù)已提交的結(jié)果重新記入數(shù)據(jù)庫AnIntroductiontoDatabaseSystem恢復(fù)操作的基本原理恢復(fù)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?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)：復(fù)雜一個大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，恢復(fù)子系統(tǒng)的代碼要占全部代碼的10%以上AnIntroductiontoDatabaseSystem5.4.2恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)恢復(fù)機(jī)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）登錄日志文件（logging）2.如何利用這些冗余數(shù)據(jù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫恢復(fù)

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(fù)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(diǎn)

轉(zhuǎn)儲

運(yùn)行事務(wù)↓正常運(yùn)行─┼───────┼─────────────

Ta

TbTf

重裝后備副本

重新運(yùn)行事務(wù)恢復(fù)

─┼───────┴－－－－－－－－－－－－→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(jié)AnIntroductiontoDatabaseSystem1．靜態(tài)轉(zhuǎn)儲在系統(tǒng)中無運(yùn)行事務(wù)時進(jìn)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(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單缺點(diǎn)：降低了數(shù)據(jù)庫的可用性轉(zhuǎn)儲必須等用戶事務(wù)結(jié)束新的事務(wù)必須等轉(zhuǎn)儲結(jié)束AnIntroductiontoDatabaseSystem利用靜態(tài)轉(zhuǎn)儲副本進(jìn)行恢復(fù)

故障發(fā)生點(diǎn)

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲

運(yùn)行事務(wù)↓正常運(yùn)行─┼───────┼─────────────

Ta

TbTf

重裝后備副本

恢復(fù)

─┼───────┥AnIntroductiontoDatabaseSystem動態(tài)轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)儲操作與用戶事務(wù)并發(fā)進(jìn)行轉(zhuǎn)儲期間允許對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存取或修改優(yōu)點(diǎn)不用等待正在運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束不會影響新事務(wù)的運(yùn)行動態(tài)轉(zhuǎn)儲的缺點(diǎn)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(jìn)行故障恢復(fù)需要把動態(tài)轉(zhuǎn)儲期間各事務(wù)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(fù)到某一時刻的正確狀態(tài)AnIntroductiontoDatabaseSystem利用動態(tài)轉(zhuǎn)儲副本進(jìn)行恢復(fù)

運(yùn)行事務(wù)

故障發(fā)生點(diǎn)

動態(tài)轉(zhuǎn)儲

運(yùn)行事務(wù)↓正常運(yùn)行─┼───────┼─────────────

Ta

TbTf重裝后備副本

利用日志文件恢復(fù)恢復(fù)

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

Ta

TbTf

動態(tài)轉(zhuǎn)儲

運(yùn)行事務(wù)

故障發(fā)生點(diǎn)正常運(yùn)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(fù)恢復(fù)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(fù)角度看，使用海量轉(zhuǎn)儲得到的后備副本進(jìn)行恢復(fù)往往更方便但如果數(shù)據(jù)庫很大，事務(wù)處理又十分頻繁，則增量轉(zhuǎn)儲方式更實(shí)用更有效AnIntroductiontoDatabaseSystem3．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(yīng)定期進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲，制作后備副本。但轉(zhuǎn)儲又是十分耗費(fèi)時間和資源的，不能頻繁進(jìn)行。DBA應(yīng)該根據(jù)數(shù)據(jù)庫使用情況確定適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)儲周期和轉(zhuǎn)儲方法。例：每天晚上進(jìn)行動態(tài)增量轉(zhuǎn)儲每周進(jìn)行一次動態(tài)海量轉(zhuǎn)儲每月進(jìn)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(wù)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(wù)的開始標(biāo)記(BEGINTRANSACTION)各個事務(wù)的結(jié)束標(biāo)記(COMMIT或ROLLBACK)各個事務(wù)的所有更新操作與事務(wù)有關(guān)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(wù)標(biāo)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(xiàng)為空值）更新后數(shù)據(jù)的新值（對刪除操作而言,此項(xiàng)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(wù)標(biāo)識（標(biāo)明是那個事務(wù)）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(xiàng)為空值）更新后整個數(shù)據(jù)塊的值（對刪除操作而言,此項(xiàng)為空值）AnIntroductiontoDatabaseSystem二、日志文件的用途1．用途進(jìn)行事務(wù)故障恢復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)故障恢復(fù)協(xié)助后備副本進(jìn)行介質(zhì)故障恢復(fù)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(jìn)行介質(zhì)故障恢復(fù)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(wù)進(jìn)行重做處理這樣不必重新運(yùn)行那些已完成的事務(wù)程序就可把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)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(diǎn)

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲運(yùn)行事務(wù)↓正常運(yùn)行─┼──────┼──────────┼──

Ta

TbTf

登記日志文件└───────────┴──

重裝后備副本利用日志文件恢復(fù)事務(wù)繼續(xù)運(yùn)行介質(zhì)故障恢復(fù)─────────┴－－－－－─－－－－－－－┴──────

登記日志文件└──────AnIntroductiontoDatabaseSystem日志文件的用途（續(xù)）3．介質(zhì)故障恢復(fù)：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(diǎn)的日志文件后備副本與該日志文件結(jié)合起來才能將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到一致性狀態(tài)。利用這些日志文件副本進(jìn)一步恢復(fù)事務(wù)，避免重新運(yùn)行事務(wù)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(fù)的，登記日志文件時必須遵循兩條原則登記的次序嚴(yán)格按并行事務(wù)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(fù)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(fù)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(fù)策略1事務(wù)故障的恢復(fù)2系統(tǒng)故障的恢復(fù)3介質(zhì)故障的恢復(fù)AnIntroductiontoDatabaseSystem1事務(wù)故障的恢復(fù)事務(wù)故障：事務(wù)在運(yùn)行至正常終止點(diǎn)前被中止恢復(fù)方法由恢復(fù)子系統(tǒng)應(yīng)利用日志文件撤消（UNDO）此事務(wù)已對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行的修改事務(wù)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)自動完成，不需要用戶干預(yù)AnIntroductiontoDatabaseSystem事務(wù)故障的恢復(fù)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(wù)的更新操作。2.對該事務(wù)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(dāng)于做刪除操作刪除操作，“更新后的值”為空，則相當(dāng)于做插入操作若是修改操作，則用BI代替AI（AfterImage）AnIntroductiontoDatabaseSystem事務(wù)故障的恢復(fù)步驟3.繼續(xù)反向掃描日志文件，查找該事務(wù)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(wù)的開始標(biāo)記，事務(wù)故障恢復(fù)就完成了。AnIntroductiontoDatabaseSystem2系統(tǒng)故障的恢復(fù)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(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新已寫入數(shù)據(jù)庫一些已提交事務(wù)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(fù)方法1.Undo故障發(fā)生時未完成的事務(wù)2.Redo已完成的事務(wù)系統(tǒng)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)在重新啟動時自動完成，不需要用戶干預(yù)AnIntroductiontoDatabaseSystem系統(tǒng)故障的恢復(fù)步驟1. 正向掃描日志文件（即從頭掃描日志文件）Redo隊(duì)列:在故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務(wù)

T1,T3,T8…..Undo隊(duì)列:故障發(fā)生時尚未完成的事務(wù)

T2,T4,T5,T6,T7,T9…...AnIntroductiontoDatabaseSystem系統(tǒng)故障的恢復(fù)步驟 2.對Undo隊(duì)列事務(wù)進(jìn)行UNDO處理反向掃描日志文件，對每個UNDO事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作

T2,T4,T5,T6,T7,T9……3.對Redo隊(duì)列事務(wù)進(jìn)行REDO處理正向掃描日志文件，對每個REDO事務(wù)重新執(zhí)行登記的操作

T1,T3,T8…..AnIntroductiontoDatabaseSystem3介質(zhì)故障的恢復(fù)1.重裝數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到一致性狀態(tài)2.重做已完成的事務(wù)AnIntroductiontoDatabaseSystem3介質(zhì)故障的恢復(fù)恢復(fù)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(fù)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(fù)系統(tǒng)故障相同的方法（即REDO+UNDO），才能將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)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(fù)到一致性狀態(tài)

故障發(fā)生點(diǎn)

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲

運(yùn)行事務(wù)↓正常運(yùn)行─┼───────┼─────────────

Ta

TbTf

登記日志文件└─────────────

重裝后備副本

恢復(fù)

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

Ta

TbTf

動態(tài)轉(zhuǎn)儲

運(yùn)行事務(wù)

故障發(fā)生點(diǎn)正常運(yùn)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(fù)恢復(fù)到一

━━━━━━┥致性狀態(tài)AnIntroductiontoDatabaseSystem介質(zhì)故障的恢復(fù)（續(xù)）2.裝入有關(guān)的日志文件副本，重做已完成的事務(wù)。首先掃描日志文件，找出故障發(fā)生時已提交的事務(wù)的標(biāo)識，將其記入重做隊(duì)列。然后正向掃描日志文件，對重做隊(duì)列中的所有事務(wù)進(jìn)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(fù)（續(xù)）介質(zhì)故障的恢復(fù)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(guān)的各日志文件副本執(zhí)行系統(tǒng)提供的恢復(fù)命令具體的恢復(fù)操作仍由DBMS完成AnIn