第19講 數(shù)據(jù)庫恢復(fù).ppt

1、第十章 數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù),事務(wù) 故障的種類 恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、策略 具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù),設(shè)想網(wǎng)上購物的一次交易，付款過程包括以下DB操作： 1）更新所購商品的庫存信息； 2）與銀行系統(tǒng)交互，保存客戶付款信息； 3）生成訂單,一、事務(wù),事務(wù)(Transaction)是用戶定義的一個(gè)數(shù)據(jù)庫操作序列，這些操作要么全做，要么全不做，是一個(gè)不可分割的工作單位。,定義方式 BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACTION SQL 語句1 SQL 語句1 SQL 語句2 SQL 語句2 。 。 COMMIT ROLLBACK,事務(wù)的特性(ACID特性),原子性（Atomicity） 一致

2、性（Consistency） 隔離性（Isolation） 持續(xù)性（Durability ）,1. 原子性,事務(wù)是數(shù)據(jù)庫的邏輯工作單位，事務(wù)中包括的諸操作要么都做，要么都不做。,2. 一致性,定義事務(wù)時(shí)，應(yīng)保證事務(wù)執(zhí)行的結(jié)果必使數(shù)據(jù)庫從一個(gè)一致性狀態(tài)變到另一個(gè)一致性狀態(tài).,例：銀行轉(zhuǎn)帳，從帳號A中取出一萬元，存入帳號B。,3. 隔離性,對并發(fā)執(zhí)行而言，一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)干擾。,T1的修改被T2覆蓋了！,4. 持續(xù)性,一個(gè)事務(wù)一旦提交，它對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的改變就應(yīng)該是永久性的。,思考：破壞事務(wù)ACID特性的因素可能有哪些？,回顧,什么叫事務(wù)？ 如何用SQL語句定義事務(wù)？ 事務(wù)的特性？ 在

3、哪些情況下事務(wù)的特性可能遭到破壞？,二、故障的種類,1.事務(wù)故障： 事務(wù)在運(yùn)行過程中被中斷，沒有達(dá)到預(yù)期的終點(diǎn)。 例如：運(yùn)算溢出，并發(fā)死鎖而被撤銷的事務(wù) 思考：事務(wù)故障帶來的問題 2.系統(tǒng)故障： 造成系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的事件，影響所有正在運(yùn)行的事務(wù)。 例如：系統(tǒng)斷電，CPU故障，OS故障等 思考：系統(tǒng)故障帶來的問題 3.介質(zhì)故障： 硬故障，指外存故障，如磁盤損壞、磁場干擾等。 4.計(jì)算機(jī)病毒,三、恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù),基本原理：冗余 當(dāng)數(shù)據(jù)庫被破壞或產(chǎn)生不正確的數(shù)據(jù)時(shí)，用存儲在系統(tǒng)別處的冗余數(shù)據(jù)來重建。,如何建立冗余數(shù)據(jù)？ 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲 登記日志文件,1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲,轉(zhuǎn)儲是指DBA定期地將整個(gè)數(shù)據(jù)庫復(fù)制到另一個(gè)

4、磁盤上保存起來的過程；備用數(shù)據(jù)稱為副本。 當(dāng)數(shù)據(jù)庫被破壞，可將副本重新裝入。,轉(zhuǎn)儲的分類,靜態(tài)轉(zhuǎn)儲：轉(zhuǎn)儲過程中不允許運(yùn)行事務(wù)。 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲：轉(zhuǎn)儲過程中允許運(yùn)行事務(wù)。 思考： 轉(zhuǎn)儲得到的副本上的數(shù)據(jù)是否正確有效？,海量轉(zhuǎn)儲：轉(zhuǎn)儲全部數(shù)據(jù)。 增量轉(zhuǎn)儲：只轉(zhuǎn)儲上一次轉(zhuǎn)儲后更新過的數(shù)據(jù)。 思考： 用哪種轉(zhuǎn)儲方式得到的副本進(jìn)行恢復(fù)更方便？ 如果數(shù)據(jù)庫很大，使用哪種方式轉(zhuǎn)儲更有效？,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 Tb Tf 重裝后備副本 恢復(fù) ,利用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲副本進(jìn)行恢復(fù),Ta Tb Tf 動(dòng)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

5、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),轉(zhuǎn)儲方法小結(jié),2 日志文件,日志文件是用來記錄事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新操作的文件 日志文件的內(nèi)容，包括：事務(wù)開始標(biāo)記、結(jié)束標(biāo)記、更新操作 每個(gè)日志記錄包括： 事務(wù)標(biāo)識 操作類型 操作對象 更新前數(shù)據(jù)的舊值 更新后數(shù)據(jù)的新值 作用：事務(wù)故障和系統(tǒng)故障的恢復(fù)； 協(xié)助后備副本恢復(fù)數(shù)據(jù)庫。 登記日志文件的原則：按時(shí)間次序登記；先寫日志文件，后寫數(shù)據(jù)庫,三、恢復(fù)策略,1 事務(wù)故障的恢復(fù) 由恢復(fù)子系統(tǒng)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(dòng)完成，不需要用戶干預(yù)。 具體步驟：,1）反向掃描文件日志，查

6、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。 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）直至讀到此事務(wù)的開始標(biāo)記，事務(wù)故障恢復(fù)完成。,2 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(shí)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(dòng)時(shí)自動(dòng)完成，不需要用戶干預(yù),具體步驟,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) Undo隊(duì)列:故障發(fā)生時(shí)尚未

7、完成的事務(wù) 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(gè)UNDO事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作 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(gè)REDO事務(wù)重新執(zhí)行登記過的操作,3 介質(zhì)故障的恢復(fù),恢復(fù)步驟 1)裝入最新的數(shù)據(jù)庫副本，使數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到最近一次轉(zhuǎn)儲時(shí)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(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)庫副本，還須同時(shí)裝入轉(zhuǎn)儲時(shí)刻的日志文件副本，利用恢復(fù)系統(tǒng)故障的方法（即REDO+UNDO），才能將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到一致性狀態(tài)。 2) 裝入相應(yīng)的日志文件副本，重做已完成的事務(wù)。,1.事務(wù)的隔離性是由DBMS的( ) A.恢

8、復(fù)子系統(tǒng)出現(xiàn) B.完整性子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) C.安全性子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) D.并發(fā)控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 2.在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中死鎖屬于() A.系統(tǒng)故障B.程序故障C.事務(wù)故障D.介質(zhì)故障 3.若一個(gè)事務(wù)執(zhí)行成功，則它的全部更新被提交；若一個(gè)事務(wù)執(zhí)行失敗，則DB中被其更新過的數(shù)據(jù)恢復(fù)原狀，就象這些更新從未發(fā)生過，這保持了數(shù)據(jù)庫處于（） A.安全性狀態(tài) B.一致性狀態(tài) C.完整性狀態(tài) D.可靠性狀態(tài),練習(xí)：,四、具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù),1 利用日志進(jìn)行數(shù)據(jù)庫恢復(fù)時(shí)遇到的問題： 搜索整個(gè)日志將耗費(fèi)大量的時(shí)間 REDO處理：重新執(zhí)行，浪費(fèi)大量時(shí)間,2 解決方案：具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù) 在日志文件中增加檢查點(diǎn)記錄（checkpoi

9、nt） 增加重新開始文件,3 具有檢查點(diǎn)的日志文件和重新開始文件：,周期性執(zhí)行如下操作： 1.將當(dāng)前日志緩沖區(qū)中的所有日志記錄寫入磁盤的日志文件上； 2.在日志文件中寫入一個(gè)檢查點(diǎn)記錄； 3. 將當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的所有數(shù)據(jù)記錄寫入磁盤的數(shù)據(jù)庫中； 4. 把檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址寫入重新開始文件。,4 利用檢查點(diǎn)的恢復(fù)策略,當(dāng)事務(wù)T在一個(gè)檢查點(diǎn)之前提交，T對數(shù)據(jù)庫所做的修改一定已寫入數(shù)據(jù)庫 在進(jìn)行恢復(fù)處理時(shí)，沒有必要對事務(wù)T執(zhí)REDO操作,5 使用檢查點(diǎn)方法進(jìn)行恢復(fù)的步驟,1）從重新開始文件中找到最后一個(gè)檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址，由該地址在日志文件中找到最后一個(gè)檢查點(diǎn)記錄； 2）由該檢查

10、點(diǎn)記錄得到檢查點(diǎn)建立時(shí)刻所有正在執(zhí)行的事務(wù)清單ACTIVE-LIST 建立兩個(gè)事務(wù)隊(duì)列 UNDO-LIST REDO-LIST 把ACTIVE-LIST暫時(shí)放入U(xiǎn)NDO-LIST隊(duì)列，REDO隊(duì)列暫為空。,3）從檢查點(diǎn)開始正向掃描日志文件，直到日志文件結(jié)束 如有新開始的事務(wù)Ti，把Ti暫時(shí)放入U(xiǎn)NDO-LIST隊(duì)列 如有提交的事務(wù)Tj，把Tj從UNDO-LIST隊(duì)列移到REDO-LIST隊(duì)列 4）對UNDO-LIST中的每個(gè)事務(wù)執(zhí)行UNDO操作, 對REDO-LIST中的每個(gè)事務(wù)執(zhí)行REDO操作,五、數(shù)據(jù)庫鏡像,許多DBMS提供數(shù)據(jù)庫鏡像功能用于數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。,小結(jié),事務(wù)是數(shù)據(jù)庫的邏輯工作單位

11、DBMS保證系統(tǒng)中一切事務(wù)的ACID特性 恢復(fù)的基本原理：利用存儲在后備副本、日志文件和數(shù)據(jù)庫鏡像中的冗余數(shù)據(jù)來重建數(shù)據(jù)庫 常用恢復(fù)技術(shù) 事務(wù)故障的恢復(fù)：UNDO 系統(tǒng)故障的恢復(fù)：UNDO + REDO 介質(zhì)故障的恢復(fù) 重裝備份并恢復(fù)到一致性狀態(tài) + REDO 提高恢復(fù)效率的技術(shù) 檢查點(diǎn)技術(shù) 可以提高系統(tǒng)故障的恢復(fù)效率 鏡像技術(shù) 鏡像技術(shù)可以改善介質(zhì)故障的恢復(fù)效率,練習(xí)：,設(shè)有四個(gè)事務(wù):Tl,T2,T3,T4;在系統(tǒng)崩潰之前，系統(tǒng)在日志中記錄了 如下內(nèi)容: Start-Transaction,Tl;Read-Item,T1,A;Read-Item，T1,D; White-Item,T1,D,20;Commit,T1;Checkpoint; Start-Transaction，T2;Read-Item,T2,B;Write-ltem,T2,B,l2; Start-Transaction，T4;Read-Item,T4,B;Write-Item,T4,B,l5; Start-Transaction, T3;Read-Item,T3,A;Write-Item,T3,A,30; Read-Item,T4,A