数据库恢复技术(8).ppt
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1、v事物的基本概念事物的基本概念v数据库恢复概述数据库恢复概述v故障的种类故障的种类v恢复的实现技术恢复的实现技术v恢复策略恢复策略v具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术v数据库镜像数据库镜像v小结小结第十章第十章 数据库恢复技术数据库恢复技术10.110.110.110.1事物的基本概念事物的基本概念事物的基本概念事物的基本概念 在在讨讨论论数数据据库库恢恢复复技技术术之之前前我我们们先先讲讲解解事事务务的的基基本本概概念和事务的性质。念和事务的性质。一、事务一、事务(Transaction)(Transaction)所谓事务是用户定义的一个操作序列,这些操作要么所谓事务是用户定义的一个操
2、作序列,这些操作要么全做要么全不做全做要么全不做,是一个不可分割的工作单位。是一个不可分割的工作单位。事务的开始与结束可以由用户显式控制。如果用户没事务的开始与结束可以由用户显式控制。如果用户没有显式地定义事务,则由有显式地定义事务,则由DBMSDBMS按缺省规定自动划分事按缺省规定自动划分事务。在务。在SQLSQL语言中,定义事务的语句有三条:语言中,定义事务的语句有三条:BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACTIONCOMMIT(END TRANSACTION)COMMIT(END TRANSACTION)ROLLBACKROLLBACK10.110.110.110
3、.1事物的基本概念事物的基本概念事物的基本概念事物的基本概念 事事务务通通常常是是以以BEGIN BEGIN TRANSACTIONTRANSACTION开开始始,以以COMMIT COMMIT(END TRANSACTION)(END TRANSACTION)或或ROLLBACKROLLBACK结束。结束。COMMIT(END COMMIT(END TRANSACTION)TRANSACTION)表表示示提提交交,即即提提交交事事务务的的所所有有操操作作。具具体体地地说说就就是是将将事事务务中中所所有有对对数数据据库库的的更更新新写回到磁盘上的物理数据库中去,事务正常结束。写回到磁盘上的物理
4、数据库中去,事务正常结束。ROLLBACKROLLBACK表表示示回回滚滚,即即在在事事务务运运行行的的过过程程中中发发生生了了某某种种故故障障,事事务务不不能能继继续续执执行行,系系统统将将事事务务中中对对数数据据库库的的所所有有已已完完成成的的操操作作全全部部撤撤消消,滚滚回回到到事事务务开开始始时时的的状态。这里的操作指对数据库的更新操作。状态。这里的操作指对数据库的更新操作。10.110.110.110.1事物的基本概念事物的基本概念事物的基本概念事物的基本概念二、事务的特性二、事务的特性 事务具有四个特性:原子性(事务具有四个特性:原子性(AtomicityAtomicity)、)、
5、一致性一致性(ConsistencyConsistency)、)、隔离性(隔离性(IsolationIsolation)和持续性和持续性(DurabilityDurability)。)。这个四个特性也简称为这个四个特性也简称为ACIDACID特性。特性。1 1原子性原子性 事务是数据库的逻辑工作单位,事务中包括的诸操作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。要么都做,要么都不做。2 2一致性一致性 事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变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。因此当数据库只包含成功事务到另一个一致性状态。因此当数据库
6、只包含成功事务提交的结果时,就说数据库处于一致性状态。如果数提交的结果时,就说数据库处于一致性状态。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据库系统运行中发生故障,有些事务尚未完成就被迫中断,系统将事务中对数据库的所有已完成的操作全中断,系统将事务中对数据库的所有已完成的操作全部撤消,滚回到事务开始时的一致状态。部撤消,滚回到事务开始时的一致状态。10.110.110.110.1事物的基本概念事物的基本概念事物的基本概念事物的基本概念 例例如如某某公公司司在在银银行行中中有有A A,B B两两个个帐帐户户,现现在在公公司司从从A A帐帐户户中中取取出出1 1万万元元,存存入入B B
7、帐帐户户中中。那那么么就就可可以以定定义义一一个个事事物物,该该事事物物包包括括两两个个操操作作,第第一一个个操操作作是是从从帐帐号号A A中中减减去去1 1万万元元,第第二二个个操操作作是是向向帐帐号号B B中中加加入入1 1万万元元,这这两两个操作要么全做,要么全不做。个操作要么全做,要么全不做。3 3隔离性隔离性 一一个个事事务务的的执执行行不不能能被被其其他他事事务务干干扰扰。即即一一个个事事务务内内部部的的操操作作及及使使用用的的数数据据对对其其他他并并发发事事务务是是隔隔离离的的,并并发执行的各个事务之间不能互相干扰。发执行的各个事务之间不能互相干扰。4 4持续性持续性 持持续续性
8、性也也称称永永久久性性(PermanencePermanence),指指一一个个事事务务一一旦旦提提交交,它它对对数数据据库库中中数数据据的的改改变变就就应应该该是是永永久久性性的的。接接下下来来的的其其他他操操作作或或故故障障不不应应该该对对其其执执行行结结果果有有任任何何影响。影响。10.110.110.110.1事物的基本概念事物的基本概念事物的基本概念事物的基本概念 事事务务是是恢恢复复和和并并发发控控制制的的基基本本单单位位。保保证证事事务务ACIDACID特特性性是是事事务务处处理理的的重重要要任任务务。事事务务ACIDACID特特性性可可能能遭遭到到破破坏的因素有:坏的因素有:1
9、.1.多个事务并行运行时,不同事务的操作交叉执行。多个事务并行运行时,不同事务的操作交叉执行。2.2.事务在运行过程中被强行停止。事务在运行过程中被强行停止。在第一种情况下,数据库管理系统必须保证多个事务在第一种情况下,数据库管理系统必须保证多个事务的交叉运行不影响这些事务的原子性。在第二种情况的交叉运行不影响这些事务的原子性。在第二种情况下,数据库管理系统必须保证被强行终止的事务对数下,数据库管理系统必须保证被强行终止的事务对数据库和其它事务没有任何影响。据库和其它事务没有任何影响。这些就是数据库管理系统中恢复机制和并发控制机制这些就是数据库管理系统中恢复机制和并发控制机制的责任。的责任。1
10、0.2 10.2 10.2 10.2 数据库恢复概述数据库恢复概述数据库恢复概述数据库恢复概述 尽尽管管数数据据库库系系统统中中采采取取了了各各种种保保护护措措施施来来防防止止数数据据库库的的安安全全性性和和完完整整性性被被破破坏坏,保保证证并并发发事事务务的的正正确确执执行行,但但是是计计算算机机系系统统中中硬硬件件的的故故障障、软软件件的的错错误误、操操作作员员的的失失误误以以及及恶恶意意的的破破坏坏仍仍是是不不可可避避免免的的,这这些些故故障障轻轻则则造造成成运运行行事事务务非非正正常常中中断断,影影响响数数据据库库中中数数据据的的正正确确性性,重重则则破破坏坏数数据据库库,使使数数据据
11、库库中中全全部部或或部部分分数数据据丢丢失失,因因此此数数据据库库管管理理系系统统(恢恢复复子子系系统统)必必须须具具有有把把数数据据库库从从错错误误状状态态恢恢复复到到某某一一已已知知的的正正确确状状态态(亦亦称称为为一一致致状状态态或或完完整整状状态态)的的功功能能,这这就就是是数数据据库库的的恢复。恢复。10.3 10.3 10.3 10.3 故障的种类故障的种类故障的种类故障的种类一、事务内部的故障一、事务内部的故障 事事务务内内部部的的故故障障有有的的是是可可以以通通过过事事务务程程序序本本身身发发现现的的(见见下下面面转转帐帐事事务务的的例例子子),有有的的是是非非预预期期的的,不
12、不能能由由事务程序处理的。事务程序处理的。例如:银行转帐事务,这个事务把一笔金额从一个帐户例如:银行转帐事务,这个事务把一笔金额从一个帐户甲转给另一个帐户乙。甲转给另一个帐户乙。BEGIN TRANSACTIONBEGIN TRANSACTION 读帐户甲的余额读帐户甲的余额BALANCEBALANCE;BALANCE=BALANCE-AMOUNTBALANCE=BALANCE-AMOUNT;(;(AMOUNT AMOUNT 为转帐金额)为转帐金额)IFIF(BALANCEBALANCE0 0 THEN THEN 打印打印金额不足,不能转帐金额不足,不能转帐;ROLLBACKROLLBACK;
13、(;(撤消刚才的修改,恢复事务)撤消刚才的修改,恢复事务)ELSE ELSE 读帐户乙的余额读帐户乙的余额BALANCE1BALANCE1;BALANCE1=BALANCE1+AMOUNTBALANCE1=BALANCE1+AMOUNT;写回写回BALANCE1BALANCE1;COMMITCOMMIT;BEGIN TRANSACTION input 请输入要转帐的金额:请输入要转帐的金额:to AMOUNT open database zhauanz use zh locate for zhno=甲甲&读帐户甲的信息读帐户甲的信息 replace balance with BALANCE-A
14、MOUNT IF BALANCE0?金额不足,不能转帐金额不足,不能转帐 ROLLBACK ELSE locate for zhno=乙乙&读帐户乙的信息读帐户乙的信息 replace BALANCE with BALANCE+AMOUNT END TRANSACTION endif close all10.3 10.3 10.3 10.3 故障的种类故障的种类故障的种类故障的种类 这个例子所包括的两个更新操作要么全部完成要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,么全部不做。否则就会使数据库处于不一致状态,例如只把帐户甲的余额减少了而没有把帐户乙的
15、例如只把帐户甲的余额减少了而没有把帐户乙的余额增加。余额增加。这段程序中若产生帐户甲余额不足的情况,应用这段程序中若产生帐户甲余额不足的情况,应用程序可以发现并让事务滚回,撤消已作的修改,程序可以发现并让事务滚回,撤消已作的修改,恢复数据库到正确状态。恢复数据库到正确状态。10.3 10.3 10.3 10.3 故障的种类故障的种类故障的种类故障的种类10.3 10.3 10.3 10.3 故障的种类故障的种类故障的种类故障的种类 事务内部更多的故障是非预期的,是不能由应用程序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。如运算溢出、并发事务发生死锁而被选中撤处理的。如运算溢出、并发事
16、务发生死锁而被选中撤消该事务、违反了某些完整性限制等。以后,事务故消该事务、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。障仅指这类非预期的故障。事务故障意味着事务没有达到预期的终点(事务故障意味着事务没有达到预期的终点(COMMIT COMMIT 或或者显式的者显式的ROLLBACKROLLBACK),),因此,数据库可能处于不正确因此,数据库可能处于不正确状态。恢复程序要在不影响其它事务运行的情况下,状态。恢复程序要在不影响其它事务运行的情况下,强行回滚(强行回滚(ROLLBACKROLLBACK)该事务,即撤消该事务已经作该事务,即撤消该事务已经作出的任何对数据库的修改,使
17、得该事务好象根本没有出的任何对数据库的修改,使得该事务好象根本没有启动一样。这类恢复操作称为事务撤消(启动一样。这类恢复操作称为事务撤消(UNDOUNDO)。)。10.3 10.3 10.3 10.3 故障的种类故障的种类故障的种类故障的种类二、系统故障二、系统故障 系统故障是指造成系统停止运转的任何事件,使得系系统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,特定类型的硬件错误(统要重新启动。例如,特定类型的硬件错误(CPUCPU故障)故障)、操作系统故障、操作系统故障、DBMSDBMS代码错误、突然停电等等。这代码错误、突然停电等等。这类故障影响正在运行的所有事务,但不破坏
18、数据库。类故障影响正在运行的所有事务,但不破坏数据库。这时主存内容,尤其是数据库缓冲区(在内存)中的这时主存内容,尤其是数据库缓冲区(在内存)中的内容都被丢失,所有运行事务都非正常终止。内容都被丢失,所有运行事务都非正常终止。发生系统故障时,一些尚未完成的事务的结果可能已发生系统故障时,一些尚未完成的事务的结果可能已送入物理数据库,有些已完成的事务可能有一部分甚送入物理数据库,有些已完成的事务可能有一部分甚至全部留在缓冲区,尚未写回到磁盘上的物理数据库至全部留在缓冲区,尚未写回到磁盘上的物理数据库中,从而造成数据库可能处于不正确的状态。为保证中,从而造成数据库可能处于不正确的状态。为保证数据一
19、致性,恢复子系统必须在系统重新启动时让所数据一致性,恢复子系统必须在系统重新启动时让所有非正常终止的事务回滚,强行撤消(有非正常终止的事务回滚,强行撤消(UNDOUNDO)所有未所有未完成事务。重做(完成事务。重做(RedoRedo)所有已提交的事务,以将数所有已提交的事务,以将数据库真正恢复到一致状态。据库真正恢复到一致状态。10.3 10.3 10.3 10.3 故障的种类故障的种类故障的种类故障的种类三、介质故障三、介质故障 系统故障常称为软故障(系统故障常称为软故障(Soft CrashSoft Crash),),介质介质故障称为硬故障(故障称为硬故障(Hard CrashHard C
20、rash)。)。硬故障指外硬故障指外存故障,如磁盘损坏、磁头碰撞,瞬时强磁场存故障,如磁盘损坏、磁头碰撞,瞬时强磁场干扰等。这类故障将破坏数据库或部分数据库,干扰等。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。这类故障比前两类故障发生的可能性小得多,但破故障比前两类故障发生的可能性小得多,但破坏性最大。坏性最大。10.3 10.3 10.3 10.3 故障的种类故障的种类故障的种类故障的种类四、计算机病毒四、计算机病毒 计算机病毒是具有破坏性、可以自我复制的计计算机病毒是具有破坏性、可以自我复制的计算机程序。计算机病毒已成为计算
21、机系统的算机程序。计算机病毒已成为计算机系统的主要威胁,自然也是数据库系统的主要威胁。主要威胁,自然也是数据库系统的主要威胁。因此数据库一旦被破坏仍要用恢复技术把数因此数据库一旦被破坏仍要用恢复技术把数据库加以恢复。据库加以恢复。总结各类故障,对数据库的影响有两种可能性。总结各类故障,对数据库的影响有两种可能性。一是数据库本身被破坏。二是数据库没有破坏,一是数据库本身被破坏。二是数据库没有破坏,但数据可能不正确,这是因为事务的运行被非但数据可能不正确,这是因为事务的运行被非正常终止造成的。正常终止造成的。恢复的基本原理十分简单。可以用一个词来概恢复的基本原理十分简单。可以用一个词来概括:括:冗
22、余冗余。这就是说,数据库中任何一部分被。这就是说,数据库中任何一部分被破坏的或不正确的数据可以根据存储在系统别破坏的或不正确的数据可以根据存储在系统别处的冗余数据来重建。尽管恢复的基本原理很处的冗余数据来重建。尽管恢复的基本原理很简单但实现技术的细节却相当复杂,下面我们简单但实现技术的细节却相当复杂,下面我们将略去许多细节,介绍数据库恢复的实现技术。将略去许多细节,介绍数据库恢复的实现技术。10.3 10.3 10.3 10.3 故障的种类故障的种类故障的种类故障的种类10.4 10.4 10.4 10.4 恢复的实现技术恢复的实现技术恢复的实现技术恢复的实现技术 恢复机制涉及的两个关键问题是
23、:恢复机制涉及的两个关键问题是:第一,如何建立冗余数据;第一,如何建立冗余数据;第二,如何利用这些冗余数据实施数据库恢复。第二,如何利用这些冗余数据实施数据库恢复。建立冗余数据最常用的技术是数据转储和登录建立冗余数据最常用的技术是数据转储和登录日志文件。通常在一个数据库系统中,这两种日志文件。通常在一个数据库系统中,这两种方法是一起使用的。方法是一起使用的。10.4.1 10.4.1 数据存储数据存储 所所谓谓转转储储即即DBADBA定定期期地地将将整整个个数数据据库库复复制制到到磁磁带带或或另另一一个个磁磁盘盘上上保保存存起起来来的的过过程程。这这些些备备用用的数据文本称为后备副本或后援副本
24、。的数据文本称为后备副本或后援副本。当数据库遭到破坏后可以将后备副本重新装入,当数据库遭到破坏后可以将后备副本重新装入,但重装后备副本只能将数据库恢复到转储时的但重装后备副本只能将数据库恢复到转储时的状态,要想恢复到故障发生时的状态,必须重状态,要想恢复到故障发生时的状态,必须重新运行自转储以后的所有更新事务。新运行自转储以后的所有更新事务。10.4 10.4 10.4 10.4 恢复的实现技术恢复的实现技术恢复的实现技术恢复的实现技术10.4 10.4 10.4 10.4 恢复的实现技术恢复的实现技术恢复的实现技术恢复的实现技术 例例如如在在图图10.110.1中中,系系统统在在TaTa时时
25、刻刻停停止止运运行行事事务务进进行行数数据据库库转转储储,在在TbTb时时刻刻转转储储完完毕毕,得得到到TbTb时时刻刻的的数数据据库库一一致致性性副副本本。系系统统运运行行到到TfTf时时刻刻发发生生故故障障。为为恢恢复复数数据据库库,首首先先由由DBADBA重重装装数数据据库库后后备备副副本本,将将数数据据库库恢恢复复至至TbTb时时刻刻的的状状态态,然然后后重重新新运运行行自自TbTb时时刻刻至至TfTf时时刻刻的的所所有有更更新新事事务,这样就把数据库恢复到故障发生前的一致状态。务,这样就把数据库恢复到故障发生前的一致状态。转转储储是是十十分分耗耗费费时时间间和和资资源源的的,不不能能
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