数据库笔记整理--基于《数据库系统概论》第五版王珊一书|第十章--数据库恢复技术知识整理和课后习题答案
该系列的博客都是基于《数据库系统概论》第五版王珊一书
前提：
因为最近要升学的原因，再加上重温数据库部分内容，所以整理一份比较详细且重点的笔记。适合有考研升学需求的人收藏
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B站里也是有该老师的上课视频：链接放在下面：
https://www.bilibili.com/video/BV1pW411W7Do?from=search&seid=17230259822734539218
（不过年代比较久远，而且画质一般，有兴趣的可以听听）
第十章 数据库恢复
//了解
数据库的一致性状态
数据库运行中可能产生的故障类型，它们如何影响事务的正常执行，如何破坏数据库数据
数据转储的概念及分类
数据库的镜像功能
掌握
- 事务的基本概念和事务的ACID性质(*)
- 数据库恢复的实现技术
- 日志文件的内容及作用
- 登记日志文件所要遵循的原则
- 具有检查点的恢复技术
- 恢复的基本原理
- 针对不同故障的恢复策略和方法
- 日志文件的使用
事务？ACID特性？
事务是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做、要么全不做，是一个不可分割的工作单位事务具有4个特性（也称ACID特性）
一句话：要么一口吃完，要么一口都不吃
A（原子性tomicity）
原子性指的是像原子一样不可分割，要么都做，要么不做，没有说做一半或者留一些
C（一致性Consistency）
一致性指的是事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态
I（隔离性 Isolation）
隔离性指的是一个事务的执行不能被其他事务所有干扰。
D（持续性Durability）
持续性指的是一个事务一旦提交，它对数据库中的数据的改变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不应该对其执行结果有任何影响。
为什么事务非正常结束时会影响数据库数据的正确性，举例说明
事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。如果数据库系统运行中发生故障，有些事务尚未完成就被迫中断，这些未完成事务对数据库所做的修改有一部分已写入物理数据库，这时数据库就处于一种不正确的状态，或者说是不一致的状态。
例如某工厂的库存管理系统中，要把数量为Q的某种零件从仓库1移到仓库2存放。则可以定义一个事务T，T包括两个操作；Q1=Q1-Q，Q2=Q2+Q。如果T非正常终止时只做了第一个操作，则数据库就处于不一致性状态，库存量无缘无故少了Q。
登记日志文件时为什么必须先写日志文件，后写数据库？
把对数据的修改写到数据库中和把表示这个修改的日志记录写到日志文件中是两个不同的操作。有可能在这两个操作之间发生故障，即这两个写操作只完成了一个。
如果先写了数据库修改，而在运行记录中没有登记这个修改，则以后就无法恢复这个修改了。
如果先写日志，但没有修改数据库，在恢复时只不过是多执行一次UNDO操作，并不会影响数据库的正确性
所以一定要先写日志文件，即首先把日志记录写到日志文件中，然后写数据库的修改。
例如案例分析和解释
解析：
当需要用日志记录恢复时，只要牢记还是从序号1开始往下执行：
- REDO队列处理：如果已经提交的了就要 重做
- UNDO队列处理：已经回滚了/未回滚 都要重新回滚
- 如果没有开始的事务 就不需要操作
例如第一题：因为系统故障发生在序号14后，由图可知T1在序号6时提交了，T3在序号13提交了，所以T1和T3都需要重做。
而T2，T4都未在序号14内有提交过，只是T2回滚了而已，那么就是第二种情况，回滚就行了
其他的类似推理。结合故障发生在序号几之后就行了，故障发生后面的序号都无效，因为没有执行到那步就已经故障了
事务故障的恢复步骤
- 反向扫描文件日志，查找该事务的更新操作。
- 对该事务的更新操作执行逆操作。即将日志记录中“更新前的值”写入数据库。直至读到此事务的开始标记，该事务故障的恢复就完成了。
系统故障的恢复步骤
- 正向扫描日志文件，找出在故障发生前已经提交的事务队列（REDO队列）和未完成的事务队列（UNDO队列）。
- 对未完成的事务队列中的各个事务进行UNDO处理。( 也就是上述所说的 已经回滚了/未回滚 都要重新回滚)
- 对已经提交的事务队列中的各个事务进行REDO处理（ 也就是如果已经提交的了就要 重做）
介质故障的恢复步骤
- 装入最新的数据库后备副本（离故障发生时刻最近的转储副本），使数据库恢复到转储时的一致性状态。
- 装入转储结束时刻的日志文件副本
- 启动系统恢复命令，由DBMS完成恢复功能，即重做已完成的事务
什么是检查点记录，包括哪些内容，有什么优点，步骤（了解）
检查点记录是一类新的日志纪录。它的内容包括
建立检查点时刻所有正在执行的事务清单，如下图中的T1、T2
这些事务的
最近一个日志记录的地址，如下图中的D1、D2
优点：利用日志技术进行数据库恢复时，恢复子系统必须搜索整个日志，这将耗费大量的时间。此外，需要REDO处理的事务实际上已经将它们的更新操作结果写到数据库中了，恢复子系统又重新执行了这些操作，浪费了大量时间。检查点技术就是为了解决这些问题。
步骤：
① 从重新开始文件中找到最后一个检查点记录在日志文件中的地址，由该地址在日志文件中找到最后一个检查点记录。
② 由该检查点记录得到检查点建立时刻所有正在执行的事务清单ACTIVE-LIST。
这里建立两个事务队列:
UNDO-LIST: 需要执行undo操作的事务集合
REDO-LIST: 需要执行redo操作的事务集合
把ACTIVE-LIST暂时放入UNDO-LIST队列，REDO队列暂为空。
③ 从检查点开始正向扫描日志文件
如有新开始的事务Ti，把Ti暂时放入UNDO-LIST队列
如有提交的事务Tj，把Tj从UNDO-LIST队列移到REDO-LIST队列，直到日志文件结束
④ 对UNDO-LIST中的每个事务执行UNDO操作, 对REDO-LIST中的每个事务执行REDO操作
什么是数据库镜像？它有什么用途？（了解）
数据库镜像即根据DBA的要求，自动把整个数据库或者其中的部分关键数据复制到另一个磁盘上。每当主数据库更新时，DBMS自动把更新后的数据复制过去，即DBMS自动保证镜像数据与主数据的一致性。数据库镜像的用途
用于数据库恢复。当出现介质故障时，镜像磁盘可继续使用，同时DBMS自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢复，不需要关闭系统和重装数据库副本。
提高数据库的可用性。在没有出现故障时，当一个用户对某个数据加排它锁进行修改时，其他用户可以读镜像数据库上的数据，而不必等待该用户释放锁。
数据库中为什么要有恢复子系统？它的功能是什么？
答： 因为计算机系统中硬件的故障、软件的错误、操作员的失误以及恶意的破坏是不可避免的，这些故障轻则造成运行事务非正常中断，影响数据库中数据的正确性，重则破坏数据库，使数据库中全部或部分数据丢失，因此必须要有恢复子系统。
恢复子系统的功能是：把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态（亦称为一致状态或完整状态）
数据库运行中可能产生的故障有哪几类？哪些故障影响事务的正常执行？哪些故障破坏数据库数据？
事务内部的故障
系统故障
介质故障
计算机病毒
事务故障、系统故障和介质故障影响事务的正常执行；
介质故障和计算机病毒破坏数据
课后答案
日志文件？为什么要设立日志文件？
日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。
设立日志文件的目的是： 进行事务故障恢复；进行系统故障恢复；协助后备副本进行介质故障恢复。
登记日志文件时为什么必须先写日志文件，后写数据库？
把对数据的修改写到数据库中和把表示这个修改的日志记录写到日志文件中是两个不同的操作。有可能在这两个操作之间发生故障，即这两个写操作只完成了一个。
如果先写了数据库修改，而在运行记录中没有登记这个修改，则以后就无法恢复这个修改了。如果先写日志，但没有修改数据库，在恢复时只不过是多执行一次UNDO操作，并不会影响数据库的正确性。所以一定要先写日志文件，即首先把日志记录写到日志文件中，然后写数据库的修改。
- 一个事务的执行，要么全部完成，要么全部不做，一个事务中对数据库的所有操作都是一个不可分割的操作序列的属性是【原子性】
- 表示两个或多个事务可以同时运行而不互相影响的是【隔离性】
- 事务的持续性是指【事务一旦提交，对数据库的改变是永久的】
- SQL语言中的COMMIT语句的主要作用是【提交事务】
- SQL语言中用【ROLLBACK】语句实现事务的回滚
- 若系统在运行过程中，由于某种硬件故障，使存储在外存上的数据部分损失或全部损失，这种情况称为【介质故障】
- 在DBMS中实现事务持久性的子系统是【恢复管理子系统】
- 后援副本的作用是【故障后的恢复】
- 事务日志用于保存【对数据的更新操作】
- 数据库恢复的基础是利用转储的冗余数据。这些转储的冗余数据包括【日志文件、数据库后备副本】