数据库系统概论 第十章笔记

第十章 数据库恢复技术

10.1 事物的基本概述

1. 事务

所谓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。

例如，在关系数据库中，一个事务可以是一条SQL语句、一组SQL语句或整个程序。

事务和程序是两个概念。一般地讲，一个程序中包含多个事务。事务和程序是多对多的关系。

定义事务

1. BEGIN TRANSACTION

   事务的开始

2. COMMIT 表示提交，即提交事务的所有操作

   事务正常结束

3. ROLLBACK 表示回滚

   事务异常终止，系统将事务中对数据库的所有操作全部撤销，回滚到事务开始时的状态。

2. 事务的特性（ACID）

• 原子性 A

  事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做。

• 一致性 C

  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。

  一致性状态：数据库中只包含成功事务提交的结果

  不一致状态：数据库中包含失败事务的结果

• 隔离性 I

  一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。

• 持续性 D

  持续性也称永久性（Permanence），一个事务一旦提交，它对数据库中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。

事务恢复和并发控制的基本单位。

保证事务ACID特性是事务管理的重要任务。事务ACID特性可能遭到破坏的因素有：

1. 多个事务并行运行时，不同事物的操作交叉执行
2. 事务在运行过程中被强行停止

10.2 数据库恢复概述

故障是不可避免的（系统故障：计算机软、硬件故障，人为故障：操作员的失误、恶意的破坏等）。

数据库的恢复：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）。

防止数据库的安全性和完整性被破坏。

故障的影响

1. 运行事务非正常中断

2. 破坏数据库

数据库管理系统应对故障的对策

1. DBMS提供恢复子系统

2. 保证故障发生后，能把数据库中的数据从错误状态恢复到某种逻辑一致的状态

3. 保证事务ACID

恢复技术是衡量数据库系统优劣的重要指标

10.3 故障的种类

1. 事务内部的故障

有的是可以通过事务程序本身发现的，有的是非预期的，无法由事务程序处理。

事务内部更多的故障是非预期的，是不能由应用程序处理的。

事务故障的恢复：事务撤销（UNDO）

2. 系统故障

称为软故障，是指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。 例如，CPU故障、操作系统故障、DBMS故障、系统断电等，这类故障影响正在运行的所有事务，但不破坏数据库。

发生故障时，事务未提交 —— 强行撤销（UNDO）所有未完成事务

发生故障时，事务已提交，但缓冲区中的信息尚未完全写回到磁盘中 —— 重做（REDO）所有已提交的事务

3. 介质故障

称为硬故障，指外存故障，如磁盘损坏、磁头碰撞等，这类故障将破坏数据库或部分数据库，并影响正在存取这部分数据的所有事务。这类故障比前两类发生的可能性小得多，但破坏性最大。

4. 计算机病毒

计算机病毒是一种人为的故障或破坏，是一些恶作剧者研制的一种计算机程序。可以繁殖和传播，并打造成对计算机系统包括数据库的危害。

10.4 恢复的实现技术

恢复操作的基本原理：冗余

两个关键问题：

1. 如何建立冗余数据：

   • 数据转储（backup）

   • 登录日志文件（logging）

2. 如何利用这些冗余数据实施数据库恢复

10.4.1 数据转储

数据转储是数据库恢复中采用的基本技术。所谓转储是指DBA将整个数据库复制到磁带或另一个磁盘上保存起来的过程，备用的数据称为后备副本或后援副本。

重装后备副本只能将数据库恢复到转储时的状态。

使用：

• 数据库遭到破坏后可以将后备副本重新装入

• 重装后备副本只能将数据库恢复到转储时的状态

静态转储

静态转储是在系统中无运行事务时进行的转储操作。即转储开始时数据库处于一致性状态，转储期间不允许对数据库的任何存取、修改活动。静态转储得到的一定是一个数据一致性的副本。

优点：实现简单

缺点：降低了数据库的可用性，转储必须等待正运行的用户事务结束才能进行，新的事务必须等转储结束才能执行

动态转储

动态转储是指转储期间允许对数据库进行存取或修改。即转储和用户事务可以并发执行。

优点：不用等待正在运行的用户事务结束，不会影响新事务的运行。

缺点：不能保证副本中的数据正确有效。

利用动态转储得到的副本进行故障恢复：

• 需要把动态转储期间各事务对数据库的修改活动登记下来，建立日志文件

• 后备副本加上日志文件才能把数据库恢复到某一时刻的正确状态

海量转储

每次转储全部数据库。

增量转储

只转储上次转储后更新过的数据。

转储策略

应定期进行数据转储，制作后备副本。

但转储又是十分耗费时间和资源的，不能频繁进行。

DBA应该根据数据库使用情况确定适当的转储周期和转储方法。

例：

• 每天晚上进行动态增量转储

• 每周进行一次动态海量转储

• 每月进行一次静态海量转储

10.4.2 登录日志文件

1. 日志文件的格式和内容

日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。日志文件主要由两种格式：以记录为单位的日志文件 和 以数据块为单位的日志文件。

a. 以记录为单位

日志文件中需要登记的内容包括：

• 各个事务的开始（BEGIN TRANSACTION）标记。

• 各个事务的结束（COMMIT或ROLLBACK）标记。

• 各个事务的所有更新操作。

这里每个事务的开始标记、每个事务的结束标记和每个更新操作均作为日志文件中的一个日志记录

每条日志记录的内容：

• 事务标识（标明是哪个事务）
• 操作类型（插入、删除或修改）
• 操作对象（记录内部标识）
• 更新前数据的旧值（对插入操作而言，此项为空值）
• 更新后数据的新值（对删除操作而言, 此项为空值）

b. 以数据块为单位

对于以数据块为单位的日志文件，每条日志记录的内容包括：

• 事务标识（标明是那个事务）
• 被更新的数据块

由于将更新前的整个块和更新后的整个块都放入日志文件中，操作类型和操作对象等信息就不必放入日志记录中了。

2. 日志文件的作用

• 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

3. 登记日志文件

为保证数据库是可恢复的，登录日志文件时，必须遵循两条原则：

• 登记的次序严格按并行事务执行的时间次序

• 必须先写日志文件，后写数据库

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Finished