1、第十章 數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)： 1. 事務(wù)的概念和作用；事務(wù)的概念和作用； 2. 故障恢復(fù)的原理和方法。故障恢復(fù)的原理和方法。10.1 事務(wù)的基本概念o 所謂事務(wù)是用戶定義的一個(gè)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。o 事務(wù)的開始與結(jié)束可以由用戶顯式控制。如果用戶沒有顯式地定義事務(wù)，則由DBMS按缺省規(guī)定自動(dòng)劃分事務(wù)。在SQL語言中，定義事務(wù)的語句有三條：BEGIN TRANSACTIONCOMMITROLLBACK事務(wù)的基本原理o 事務(wù)通常是以BEGIN TRANSACTION開始，以COMMIT或ROLLBACK結(jié)束。COMMIT表示提交，即提交事務(wù)的

2、所有操作。具體地說就是將事務(wù)中所有對(duì)數(shù)據(jù)庫的更新寫回到磁盤上的物理數(shù)據(jù)庫中去，事務(wù)正常結(jié)束。ROLLBACK表示回滾，即在事務(wù)運(yùn)行的過程中發(fā)生了某種故障，事務(wù)不能繼續(xù)執(zhí)行，系統(tǒng)將事務(wù)中對(duì)數(shù)據(jù)庫的所有已完成的操作全部撤消，滾回到事務(wù)開始時(shí)的狀態(tài)。這里的操作指對(duì)數(shù)據(jù)庫的更新操作。事務(wù)的特性o 事務(wù)具有四個(gè)特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）和持續(xù)性（Durability）。這個(gè)四個(gè)特性也簡(jiǎn)稱為ACID特性。o 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。o 一致性:事務(wù)執(zhí)行的結(jié)果必須是使數(shù)據(jù)庫從一個(gè)一致性

3、狀態(tài)變到另一個(gè)一致性狀態(tài)。因此當(dāng)數(shù)據(jù)庫只包含成功事務(wù)提交的結(jié)果時(shí)，就說數(shù)據(jù)庫處于一致性狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生故障，有些事務(wù)尚未完成就被迫中斷，系統(tǒng)將事務(wù)中對(duì)數(shù)據(jù)庫的所有已完成的操作全部撤消，滾回到事務(wù)開始時(shí)的一致狀態(tài)。事務(wù)的特性（續(xù)）o 隔離性：一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)干擾。即一個(gè)事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對(duì)其他并發(fā)事務(wù)是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個(gè)事務(wù)之間不能互相干擾。 o 持續(xù)性：持續(xù)性也稱永久性（Permanence），指一個(gè)事務(wù)一旦提交，它對(duì)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的改變就應(yīng)該是永久性的。接下來的其他操作或故障不應(yīng)該對(duì)其執(zhí)行結(jié)果有任何影響。o 事務(wù)是恢復(fù)和并發(fā)控制的基本單位。保證事務(wù)ACID

4、特性是事務(wù)處理的重要任務(wù)。事務(wù)ACID特性可能遭到破壞的因素o 多個(gè)事務(wù)并行運(yùn)行時(shí)，不同事務(wù)的操作交叉執(zhí)行。o 事務(wù)在運(yùn)行過程中被強(qiáng)行停止。在第一種情況下，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須保證多個(gè)事務(wù)的交叉運(yùn)行不影響這些事務(wù)的原子性。在第二種情況下，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須保證被強(qiáng)行終止的事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫和其它事務(wù)沒有任何影響。這些就是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中恢復(fù)機(jī)制和并發(fā)控制機(jī)制的責(zé)任。10.2 數(shù)據(jù)庫恢復(fù)概述o 盡管數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中采取了各種保護(hù)措施來防止數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性被破壞，保證并發(fā)事務(wù)正確執(zhí)行，但計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件的故障、軟件的錯(cuò)誤、操作員的失誤以及惡意的破壞仍是不可避免的，這些故障輕則造成運(yùn)行事務(wù)非正常中斷，影響

5、數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性，重則破壞數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)庫中全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，因此數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（恢復(fù)子系統(tǒng)）必須具有把數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)（亦稱為一致狀態(tài)或完整狀態(tài)）的功能，這就是數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)。10.3 故障的種類o 事務(wù)的內(nèi)部故障：事務(wù)內(nèi)部的故障有的是可以通過事務(wù)程序本身發(fā)現(xiàn)的，有的是非預(yù)期的，不能由事務(wù)程序處理的。o 例如：銀行轉(zhuǎn)帳事務(wù)，這個(gè)事務(wù)把一筆金額從一個(gè)帳戶甲轉(zhuǎn)給另一個(gè)帳戶乙。BEGIN TRANSACTION 讀帳戶甲的余額BALANCE； BALANCE = BALANCE-AMOUNT；（AMOUNT 為轉(zhuǎn)帳金額） IF（BALANCE0 ） THEN 打印金額不

6、足，不能轉(zhuǎn)帳； ROLLBACK；（撤消剛才的修改，恢復(fù)事務(wù)） ELSE 讀帳戶乙的余額BALANCE1； BALANCE1 = BALANCE1+AMOUNT； 寫回BALANCE1； COMMIT；o這類恢復(fù)操作稱為事務(wù)撤消,通常為ROLLBACK方法。故障的種類（續(xù)）o 系統(tǒng)故障：系統(tǒng)故障是指造成系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的任何事件，使得系統(tǒng)要重新啟動(dòng)。例如，特定類型的硬件錯(cuò)誤（CPU故障）、操作系統(tǒng)故障、DBMS代碼錯(cuò)誤、突然停電等等。這類故障影響正在運(yùn)行的所有事務(wù)，但不破壞數(shù)據(jù)庫。這時(shí)主存內(nèi)容，尤其是數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)（在內(nèi)存）中的內(nèi)容都被丟失，所有運(yùn)行事務(wù)都非正常終止。發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，一些尚未完成的事

7、務(wù)的結(jié)果可能已送入物理數(shù)據(jù)庫，有些已完成的事務(wù)可能有一部分甚至全部留在緩沖區(qū)，尚未寫回到磁盤上的物理數(shù)據(jù)庫中，從而造成數(shù)據(jù)庫可能處于不正確的狀態(tài)。為保證數(shù)據(jù)一致性，恢復(fù)子系統(tǒng)必須在系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)讓所有非正常終止的事務(wù)回滾，強(qiáng)行撤消（UNDO）所有未完成事務(wù)。重做（Redo）所有已提交的事務(wù)，以將數(shù)據(jù)庫真正恢復(fù)到一致狀態(tài)。故障的種類（續(xù)）o 介質(zhì)故障：系統(tǒng)故障常稱為軟故障（Soft Crash），介質(zhì)故障稱為硬故障（Hard Crash）。硬故障指外存故障，如磁盤損壞、磁頭碰撞，瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)干擾等。這類故障將破壞數(shù)據(jù)庫或部分?jǐn)?shù)據(jù)庫，并影響正在存取這部分?jǐn)?shù)據(jù)的所有事務(wù)。這類故障比前兩類故障發(fā)生的可能

8、性小得多，但破壞性最大。故障的種類（續(xù)）o 計(jì)算機(jī)病毒：計(jì)算機(jī)病毒是具有破壞性、可以自我復(fù)制的計(jì)算機(jī)程序。計(jì)算機(jī)病毒已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要威脅，自然也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要威脅。因此數(shù)據(jù)庫一旦被破壞仍要用恢復(fù)技術(shù)把數(shù)據(jù)庫加以恢復(fù)。o 總結(jié)各類故障，對(duì)數(shù)據(jù)庫的影響有兩種可能性。一是數(shù)據(jù)庫本身被破壞。二是數(shù)據(jù)庫沒有破壞，但數(shù)據(jù)可能不正確，這是因?yàn)槭聞?wù)的運(yùn)行被非正常終止造成的。o 恢復(fù)的基本原理十分簡(jiǎn)單。可以用一個(gè)詞來概括：冗余。10.4 恢復(fù)技術(shù)o恢復(fù)機(jī)制涉及的兩個(gè)關(guān)鍵問題是：第一，如何建立冗余數(shù)據(jù)；第二，如何利用這些冗余數(shù)據(jù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。o建立冗余數(shù)據(jù)最常用的技術(shù)是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和登錄日志文件。通常在一

9、個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，這兩種方法是一起使用的。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)o 所謂轉(zhuǎn)儲(chǔ)即所謂轉(zhuǎn)儲(chǔ)即DBA定期地將整個(gè)數(shù)據(jù)庫復(fù)制到磁帶或另一個(gè)磁定期地將整個(gè)數(shù)據(jù)庫復(fù)制到磁帶或另一個(gè)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。后援副本。n轉(zhuǎn)儲(chǔ)是十分耗費(fèi)時(shí)間和資源的，不能頻繁進(jìn)行。轉(zhuǎn)儲(chǔ)是十分耗費(fèi)時(shí)間和資源的，不能頻繁進(jìn)行。DBA應(yīng)該根據(jù)數(shù)應(yīng)該根據(jù)數(shù)據(jù)庫使用情況確定一個(gè)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)儲(chǔ)周期。據(jù)庫使用情況確定一個(gè)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)儲(chǔ)周期。轉(zhuǎn)儲(chǔ)的類型o 靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)：是在系統(tǒng)中無運(yùn)行事務(wù)時(shí)進(jìn)行的轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作。即轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作開始的時(shí)刻，數(shù)據(jù)庫處于一致性狀態(tài)，而轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間不允許（或不存在）對(duì)數(shù)

10、據(jù)庫的任何存取、修改活動(dòng)。顯然，靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)得到的一定是一個(gè)數(shù)據(jù)一致性的副本。o 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)是指轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間允許對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存取或修改。即轉(zhuǎn)儲(chǔ)和用戶事務(wù)可以并發(fā)執(zhí)行。 o 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)有海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)和增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)兩種方式，因此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法可以分為四類：動(dòng)態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)、靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)和靜態(tài)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)。日志文件（LOGGING)簡(jiǎn)述o 日志文件是用來記錄事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫的更新操作的文件。概括起來日志文件主要有兩種格式：以記錄為單位的日志文件和以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件。o 對(duì)于以記錄為單位的日志文件，日志文件中需要登記的內(nèi)容包括：各個(gè)事務(wù)的開始(BEGIN TRANSACTION)標(biāo)記、各個(gè)事務(wù)的結(jié)束(COMMIT或

11、ROLL BACK)標(biāo)記、各個(gè)事務(wù)的所有更新操作。這里每個(gè)事務(wù)開始的標(biāo)記、每個(gè)事務(wù)的結(jié)束標(biāo)記和每個(gè)更新操作均作為日志文件中的一個(gè)日志記錄(log record)。 每個(gè)日志記錄的內(nèi)容主要包括：事務(wù)標(biāo)識(shí)（標(biāo)明是那個(gè)事務(wù)）、操作的類型（插入、刪除或修改）、操作對(duì)象(記錄內(nèi)部標(biāo)識(shí))、更新前數(shù)據(jù)的舊值（對(duì)插入操作而言，此項(xiàng)為空值）、更新后數(shù)據(jù)的新值（對(duì)刪除操作而言, 此項(xiàng)為空值） 日志文件的作用o 日志文件在數(shù)據(jù)庫恢復(fù)中起著非常重要的作用。可以用來進(jìn)行事務(wù)故障恢復(fù)和系統(tǒng)故障恢復(fù)，并協(xié)助后備副本進(jìn)行介質(zhì)故障恢復(fù)。具體地講：事務(wù)故障恢復(fù)和系統(tǒng)故障必須用日志文件。o 在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式中必須建立日志文件，后援副

12、本和日志文件綜合起來才能有效地恢復(fù)數(shù)據(jù)庫。日志文件的作用（續(xù)）o 在靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式中，也可以建立日志文件。當(dāng)數(shù)據(jù)庫毀壞后可重新裝入后援副本把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束時(shí)刻的正確狀態(tài)，然后利用日志文件，把已完成的事務(wù)進(jìn)行重做處理，對(duì)故障發(fā)生時(shí)尚未完成的事務(wù)進(jìn)行撤消處理。登記日志文件o 為保證數(shù)據(jù)庫是可恢復(fù)的，登記日志文件時(shí)必須遵循兩條原則：n 登記的次序嚴(yán)格按并發(fā)事務(wù)執(zhí)行的時(shí)間次序。 n 必須先寫日志文件，后寫數(shù)據(jù)庫。o 數(shù)據(jù)的修改寫到數(shù)據(jù)庫和修改寫到日志文件中是兩個(gè)不同的操作。有可能在這兩個(gè)操作之間發(fā)生故障，即這兩個(gè)寫操作只完成了一個(gè)。所以為了安全，一定要遵循“先寫日志文件”的原則。10.5 數(shù)據(jù)庫恢

13、復(fù)策略o 事務(wù)故障的恢復(fù)：是指事務(wù)在運(yùn)行至正常終止點(diǎn)前被中止，這時(shí)恢復(fù)子系統(tǒng)應(yīng)利用日志文件撤消（UNDO）此事務(wù)已對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行的修改。o 系統(tǒng)故障恢復(fù)：要撤消故障發(fā)生時(shí)未完成的事務(wù)，重做已完成的事務(wù)。o 介質(zhì)故障恢復(fù)：恢復(fù)方法是重裝數(shù)據(jù)庫，然后重做已完成的事務(wù)。10.6 具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)o 利用日志技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫恢復(fù)時(shí)，恢復(fù)子系統(tǒng)必須搜索日志，確定哪些事務(wù)需要REDO，哪些事務(wù)需要UNDO。一般來說，我們需要檢查所有日志記錄。這樣做一是搜索整個(gè)日志將耗費(fèi)大量的時(shí)間。二是很多需要REDO處理，浪費(fèi)了大量時(shí)間。為了解決這些問題的方法是檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)。這種技術(shù)在日志文件中增加一類新的記錄-檢查點(diǎn)記錄（checkpoint），增加一個(gè)重新開始文件，并讓恢復(fù)子系統(tǒng)在登錄日志文件期間動(dòng)態(tài)地維護(hù)日志。10.7 數(shù)據(jù)庫鏡像o 隨著磁盤容量越來越大，價(jià)格越來越便宜，為避免磁盤介質(zhì)故障影響數(shù)據(jù)庫的可用性，許多數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)庫鏡像（Mirror）功能用于數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。即根據(jù)