数据库-数据库恢复技术

数据库-数据库恢复技术

事务定义

Jim(James) Gray 詹姆斯·格雷
1998年图灵奖获得者
数据库技术和事务处理专家
二、事务的特性

定义
一个数据库操作序列
一个不可分割的工作单位
恢复和并发控制的基本单位

事务和程序比较
在关系数据库中，一个事务可以是一条或多条SQL语句,也可以包含一个或多个程序。
一个程序通常包含多个事务

显式定义方式
   BEGIN TRANSACTION                   BEGIN TRANSACTION
          SQL 语句1                                             SQL 语句1
          SQL 语句2                                             SQL 语句2
          。。。。。                                            。。。。。
      COMMIT                                          ROLLBACK
隐式方式
当用户没有显式地定义事务时，
DBMS按缺省规定自动划分事务

事务的特性(ACID特性)

事务的ACID特性：
原子性（Atomicity）
一致性（Consistency）
隔离性（Isolation）
持久性（Durability ）

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)，此时数据库只包含成功事务提交的数据。

故障的种类

事务内部的故障
系统故障
介质故障
计算机病毒

事务内部的故障

有的是可以通过事务程序本身发现的(见下面转账事
务的例子)
有的是非预期的，如：死锁而选中该事务撤销

例如，银行转账事务，这个事务把一笔金额从一个账户甲转给另一个账户乙。
     BEGIN TRANSACTION
    读账户甲的余额BALANCE；
    BALANCE=BALANCE-AMOUNT；(AMOUNT 为转账金额)
    写回BALANCE；
    IF(BALANCE < 0 ) THEN
     {
         打印'金额不足，不能转账'；
         ROLLBACK；(撤销刚才的修改，恢复事务)
     }
     ELSE
     {
          读账户乙的余额BALANCE1；
          BALANCE1=BALANCE1+AMOUNT；
          写回BALANCE1；
          COMMIT；
      }

这个例子所包括的两个更新操作要么全部完成要么全部不做。否则就会使数据库处于不一致状态，例如只把账户甲的余额减少了而没有把账户乙的余额增加。
在这段程序中若产生账户甲余额不足的情况，应用程序可以发现并让事务滚回，撤销已作的修改，恢复数据库到正确或一致的状态。

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。
运算溢出
并发事务发生死锁而被选中撤销该事务
违反了某些完整性限制等
以后，事务故障仅指这类非预期的故障
事务故障的恢复：撤消事务（UNDO）

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。
整个系统的正常运行突然被破坏
所有正在运行的事务都非正常终止
不破坏数据库
内存中数据库缓冲区的信息全部丢失

特定类型的硬件错误（如CPU故障）
操作系统故障
DBMS代码错误
系统断电

系统故障的恢复

发生系统故障时，事务未提交
恢复策略：强行撤消（UNDO）所有未完成事务
发生系统故障时，事务已提交，但缓冲区中的信息尚未完全写回到磁盘上。
恢复策略：重做（REDO）所有已提交的事务

介质故障

称为硬故障，指外存故障
磁盘损坏
磁头碰撞
操作系统的某种潜在错误
瞬时强磁场干扰

装入数据库发生介质故障前某个时刻的数据副本
重做自此时始的所有成功事务，将这些事务已提交的结果重新记入数据库

计算机病毒

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
危害
破坏、盗窃系统中的数据
破坏系统文件

各类故障，对数据库的影响有两种可能性
一是数据库本身被破坏
二是数据库没有被破坏，但数据可能不正确，这是由于事务的运行被非正常终止造成的。

恢复的实现技术

恢复操作的基本原理：冗余
    利用存储在系统其它地方的冗余数据来重建数据库中已被破坏或不正确的那部分数据
恢复机制涉及的关键问题
如何建立冗余数据
数据转储（backup）
登录日志文件（logging）
 如何利用这些冗余数据实施数据库恢复
　　

数据转储(Dump)

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,简称备份（Backup）
如何使用
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
1．静态转储与动态转储

在系统中无运行事务时进行的转储操作
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
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，通常数据库是关闭的
转储必须等待正运行的用户事务结束 
新的事务必须等转储结束

转储操作与用户事务并发进行
转储期间允许对数据库进行存取或修改
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
动态转储的缺点
不能保证副本中的数据正确有效
[例]在转储期间的某个时刻Tc，系统把数据A=100转储到磁带上，而在下一时刻Td，某一事务将A改为200。转储结束后，后备副本上的A已是过时的数据了
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

2．海量转储与增量转储

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

海量转储与增量转储比较
从恢复角度看，使用海量转储得到的后备副本进行恢复往往更方便
但如果数据库很大，事务处理又十分频繁，则增量转储方式更实用更有效

日志文件

日志文件(log)是用来记录事务对数据库的更新操作的文
件
日志文件的格式
以记录为单位的日志文件
以数据块为单位的日志文件

以记录为单位的日志文件内容
各个事务的开始标记(BEGIN TRANSACTION)
各个事务的结束标记(COMMIT或ROLLBACK)
各个事务的所有更新操作
以上均作为日志文件中的一个日志记录 (log record)

以记录为单位的日志文件，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）

日志文件的格式和内容

Multiplexing redo log groups to protect against media failure and loss of data.
At least two members (files) per group
Each member on a separate disk drive
Each member on a separate disk controller
Redo logs heavily influence performance

以数据块为单位的日志文件，每条日志记录的内容
事务标识（标明是那个事务）
被更新的数据块

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