《事务处理技术》PPT课件.ppt
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1、第七章第七章 事务处理技术事务处理技术v 数据库恢复技术数据库恢复技术事务用户定义的一个数据库操作序列,这些操作要么都事务用户定义的一个数据库操作序列,这些操作要么都 做要么都不做,是不可分割的。做要么都不做,是不可分割的。u 事务事务是是DBMSDBMS中的基本执行单位;中的基本执行单位;u 事务是恢复和并发控制的基本单位事务是恢复和并发控制的基本单位如何定义事务如何定义事务l显式定义方式显式定义方式 BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACTION SQL 语句语句1 SQL 语句语句1 SQL 语句语句2 SQL 语句语句2 COMMIT ROLLBACKl隐式方式
2、隐式方式当用户没有显式地定义事务时,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按缺省规定自动划分事务lCOMMIT事务正常结束事务正常结束 提交事务的所有操作(读提交事务的所有操作(读+更新)更新)事务中所有对数据库的更新永久生效事务中所有对数据库的更新永久生效lROLLBACK事务异常终止事务异常终止事务运行的过程中发生了故障,不能继续执行事务运行的过程中发生了故障,不能继续执行回滚事务的所有更新操作回滚事务的所有更新操作事务滚回到开始时的状态事务滚回到开始时的状态 事务的特性事务的特性ACIDACID特性特性A(A(原子性原子性)不可分割的逻辑工作单位。不可分割的逻辑工作单
3、位。C(C(一致性一致性)事务要保证数据库从一个一致性状态到另一个事务要保证数据库从一个一致性状态到另一个 一致性状态。一致性状态。I(I(隔离性隔离性)事务内部的操作对其他事务是隔离的。事务内部的操作对其他事务是隔离的。D(D(持久性持久性)事务事务COMMITCOMMIT后,对数据库的改变的持久性。后,对数据库的改变的持久性。1.1.原子性原子性l事务是数据库的逻辑工作单位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,要么都不做事务中包括的诸操作要么都做,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到另事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到
4、另一个一致性状态。一个一致性状态。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数据库中只包含成功事务提交的结果不一致状态不一致状态:数据库中包含失败事务的结果数据库中包含失败事务的结果一致性与原子性一致性与原子性银行转帐:从帐号银行转帐:从帐号A中取出一万元,存入帐号中取出一万元,存入帐号B。定义一个事务,该事务包括两个操作定义一个事务,该事务包括两个操作这两个操作要么全做,要么全不做这两个操作要么全做,要么全不做l全做或者全不做,数据库都处于一致性状态。全做或者全不做,数据库都处于一致性状态。l如果只做一个操作,数据库就处于不一致性状态如果只做一个操作,数据库就处于不一致性状态。B
5、=B+1A=A-1BA3.3.隔离性隔离性对并发执行而言对并发执行而言一个事务的执行不能被其他事务干扰一个事务的执行不能被其他事务干扰l一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是隔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离的l并发执行的各个事务之间不能互相干扰并发执行的各个事务之间不能互相干扰T1的修改被的修改被T2覆盖了!覆盖了!读A=16AA-3写回A=13读A=16AA-1写回A=15T2T14.4.持续性持续性l持续性也称永久性(持续性也称永久性(PermanencePermanence)一个事务一旦提交,它对数据库中数据的改变就应该一个事务一旦提交,它对数据库中数据的
6、改变就应该是永久性的。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。影响。事务的特性事务的特性 l保证事务保证事务ACIDACID特性是事务处理的任务特性是事务处理的任务l破坏事务破坏事务ACIDACID特性的因素特性的因素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任何情况下,在任何情况下,DBMSDBMS都应保证事务的都应保证事务的ACIDACID性质。正常运行性质。正常运行 时和发生故障时,都应保证事务的时和发生故障时,都应保证事务
7、的ACIDACID性质。性质。不但在单个应用运行时应保证事务的不但在单个应用运行时应保证事务的ACIDACID性质;而且在多性质;而且在多 个应用并行运行时,也应保证事务的个应用并行运行时,也应保证事务的ACIDACID性质。性质。保证事务在故障发生时满足保证事务在故障发生时满足ACIDACID性质的措施称为恢复技术。性质的措施称为恢复技术。保证多个事务在并行执行时满足保证多个事务在并行执行时满足ACIDACID性质的措施称为并发性质的措施称为并发 控制技术。控制技术。恢复和并发控制是保证事务正确运行的两项基本技术,它恢复和并发控制是保证事务正确运行的两项基本技术,它 们被合称为们被合称为事务
8、管理事务管理。恢复技术概述恢复技术概述l故障是不可避免的故障是不可避免的计算机硬件故障计算机硬件故障系统软件和应用软件的错误系统软件和应用软件的错误操作员的失误操作员的失误恶意的破坏恶意的破坏l故障的影响故障的影响运行事务非正常中断运行事务非正常中断破坏数据库破坏数据库l数据库管理系统对故障的对策数据库管理系统对故障的对策DBMSDBMS提供恢复子系统提供恢复子系统保证故障发生后,能把数据库中的数据从错误状态保证故障发生后,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恢复到某种逻辑一致的状态保证事务保证事务ACIDACIDl恢复技术恢复技术是衡量系统优劣的重要指标是衡量系统优劣的重要指
9、标 故障的种类故障的种类1 1、事务内部故障、事务内部故障事务内部的故障有的是可以通过事务程序本身发现的事务内部的故障有的是可以通过事务程序本身发现的 (见下面转帐事务的例子),有的是非预期的,不能由(见下面转帐事务的例子),有的是非预期的,不能由 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。户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-AMOUNT BAL
10、ANCE=BALANCE-AMOUNT;AMOUNT AMOUNT 为转帐金额)为转帐金额)IF IF(BALANCEBALANCE0 0)THEN THEN 打印打印金额不足,不能转帐金额不足,不能转帐;ROLLBACK ROLLBACK;(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+AMOUNT BALANCE1=BALANCE1+AMOUNT;写回写回BALANCE1BALANCE1;COMMIT COMMIT;上面这个例子所包括的两个更新操作要么全部完成要么
11、上面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余额增加。把帐户甲的余额减少了而没有把帐户乙的余额增加。在这段程序中若产生帐户甲余额不足的情况,应用程序在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,恢复数据库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。到正确状态。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
12、撤消该理的。如运算溢出、并发事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,事务故障仅指事务、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。这类非预期的故障。l事务故障的常见原因事务故障的常见原因输入数据有误输入数据有误运算溢出运算溢出违反了某些完整性限制违反了某些完整性限制某些应用程序出错某些应用程序出错并行事务发生死锁并行事务发生死锁l发生事务故障时,夭折的事务可能已把对数据库的部发生事务故障时,夭折的事务可能已把对数据库的部分修改写回磁盘分修改写回磁盘l事务故障的恢复:事务故障的恢复:撤消事务(撤消事务(UNDOUNDO)l强行回滚(强行回滚(ROLLBA
13、CKROLLBACK)该事务)该事务l清除该事务对数据库的所有修改,使得这个事务象根清除该事务对数据库的所有修改,使得这个事务象根本没有启动过一样本没有启动过一样2.2.系统故障系统故障l什么是系统故障什么是系统故障整个系统的正常运行突然被破坏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所有正在运行的事务都非正常终止内存中数据库缓冲区的信息全部丢失内存中数据库缓冲区的信息全部丢失外部存储设备上的数据未受影响外部存储设备上的数据未受影响系统故障的常见原因系统故障的常见原因l操作系统或操作系统或DBMSDBMS代码错误代码错误l操作员操作失误操作员操作失误l特定类型的硬件错误(如特定
14、类型的硬件错误(如CPUCPU故障)故障)l突然停电突然停电系统故障的恢复系统故障的恢复l清除尚未完成的事务对数据库的所有修改清除尚未完成的事务对数据库的所有修改系统重新启动时,恢复程序要强行撤消(系统重新启动时,恢复程序要强行撤消(UNDOUNDO)所有)所有未完成事务未完成事务l将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库系统重新启动时,恢复程序需要重做(系统重新启动时,恢复程序需要重做(REDOREDO)所有已)所有已提交的事务提交的事务发生系统故障时,一些尚未完成的事务的结果可能已送发生系统故障时,一些尚未完成的事务的结果可能已送 入物理数据库,有些
15、已完成的事务可能有一部分甚至全入物理数据库,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中,从部留在缓冲区,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。而造成数据库可能处于不正确的状态。为保证数据一致性,恢复子系统必须在系统重新启动时为保证数据一致性,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,强行撤消让所有非正常终止的事务回滚,强行撤消(UNDO)(UNDO)所有未所有未 完成事务。重做完成事务。重做(Redo)(Redo)所有已提交的事务,以将数据库所有已提交的事务,以将数据库 真正恢复到一致状态。真正恢复到一致状
16、态。3 3、介质故障、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),),介质故障称介质故障称 为硬故障(为硬故障(Hard CrashHard Crash)。)。硬故障指外存故障,如磁盘损坏、磁头碰撞,瞬时强硬故障指外存故障,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,磁场干扰等。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。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,但破坏这类故障比前两类故障发生的可能性小得多,但破坏 性最大。性最大。4 4、计算机病毒、
17、计算机病毒计算机病毒是具有破坏性、可以自我复制的计算机程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机系统的主要威胁,自然序。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。因此数据库一旦被破坏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据库加以恢复。仍要用恢复技术把数据库加以恢复。总结各类故障,对数据库的影响有两种可能性。一是总结各类故障,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,但数据可数据库本身被破坏。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正常终止造成的。能不正确
18、,这是因为事务的运行被非正常终止造成的。恢复的实现技术恢复的实现技术1 1、概述、概述恢复机制涉及的两个关键问题是: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备份和登记日志文建立冗余数据最常用的技术是数据备份和登记日志文 件。通常在一个数据库系统中,这两种方法是一起使件。通常在一个数据库系统中,这两种方法是一起使 用的。用的。恢复技术大致有下列三种:恢复技术大致有下列三种:1.1.单纯以后备复本为基础的恢复技术;单纯以后备复本为基础的恢复技术;1
19、 1)周期性的数据库转储;)周期性的数据库转储;2 2)增量转储。)增量转储。优点:实现简单,不增加数据库正常运行时的开销。优点:实现简单,不增加数据库正常运行时的开销。缺点:不能恢复到数据库的最近一致状态。(只能用缺点:不能恢复到数据库的最近一致状态。(只能用 在小型和不重要的数据库系统)在小型和不重要的数据库系统)2.2.以后备复本和运行记录(以后备复本和运行记录(Log Log 或或Journal)Journal)为基础的为基础的 恢复技术;恢复技术;下面将详细介绍这种技术。下面将详细介绍这种技术。优点:数据库恢复到最近的一致状态。优点:数据库恢复到最近的一致状态。缺点:实现复杂,运行时
20、需保留运行记录。缺点:实现复杂,运行时需保留运行记录。-大部分商品化大部分商品化DBMSDBMS支持这种恢复技术,这是主支持这种恢复技术,这是主 要的恢复方法。要的恢复方法。3.3.基于多复本的恢复技术基于多复本的恢复技术 镜像磁盘系统镜像磁盘系统 优点:多复本互为备份,具有独立的失效模式。优点:多复本互为备份,具有独立的失效模式。缺点:增加费用。缺点:增加费用。2 2、数据库备份、数据库备份所谓备份即所谓备份即DBADBA定期地将整个数据库复制到磁带或另一定期地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。这些备用的数据文本称为后个磁盘上保存起来的过程。这些备用的数据文本称为后 备副
21、本或后援副本。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,但重装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备份时的状态,要想恢复后备副本只能将数据库恢复到备份时的状态,要想恢复 到故障发生时的状态,必须重新运行自备份以后的所有到故障发生时的状态,必须重新运行自备份以后的所有 更新事务。更新事务。例、在下图中,系统在例、在下图中,系统在TaTa时刻停止运行事务进行数据库备时刻停止运行事务进行数据库备份,在份,在TbTb时刻备份完毕,得到时刻备份完毕,得到TbTb时刻的数据库一致性副本时刻的数据库一致性副本系统运行到系统运行到TfTf时刻发生故障。
22、为恢复数据库,首先由时刻发生故障。为恢复数据库,首先由DBADBA 重装数据库后备副本,将数据库恢复至重装数据库后备副本,将数据库恢复至TbTb时刻的状态,然时刻的状态,然 后重新运行自后重新运行自TbTb时刻至时刻至TfTf时刻的所有更新事务,这样就把时刻的所有更新事务,这样就把 数据库恢复到故障发生前的一致状态。数据库恢复到故障发生前的一致状态。备份是十分耗费时间和资源的,不能频繁进行。备份是十分耗费时间和资源的,不能频繁进行。DBADBA应该应该 根据数据库的使用情况确定一个适当的备份周期。根据数据库的使用情况确定一个适当的备份周期。备份可分为脱机备份和联机备份两种方式。备份可分为脱机备
23、份和联机备份两种方式。脱机备份是在备份过程中数据库系统处于脱机状态,即在脱机备份是在备份过程中数据库系统处于脱机状态,即在 备份过程中数据库系统不再接受应用程序的访问,因此,备份过程中数据库系统不再接受应用程序的访问,因此,脱机备份又称为静态备份。脱机备份又称为静态备份。联机备份是在备份过程中数据库系统处于联机状态,即在联机备份是在备份过程中数据库系统处于联机状态,即在 进行备份的同时数据库系统还可接受应用程序的访问。因进行备份的同时数据库系统还可接受应用程序的访问。因 此,联机备份又称为动态备份。此,联机备份又称为动态备份。备份还可以分为海量备份和增量备份两种方式。备份还可以分为海量备份和增
24、量备份两种方式。海量备份是指每次备份全部数据库。海量备份是指每次备份全部数据库。增量备份则指每次只备份上一次备份后更新过的数据。增量备份则指每次只备份上一次备份后更新过的数据。从恢复角度看,使用海量备份得到的后备副本进行恢复一从恢复角度看,使用海量备份得到的后备副本进行恢复一 般说来会更方便些。但如果数据库很大,事务处理又十分般说来会更方便些。但如果数据库很大,事务处理又十分 频繁,则增量备份方式更实用更有效。频繁,则增量备份方式更实用更有效。3 3、数据库日志、数据库日志1)1)日志文件的格式和内容日志文件的格式和内容2)2)日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。日志文件是用来记录
25、事务对数据库的更新操作的文件。3)3)不同数据库系统采用的日志文件格式并不完全一样。不同数据库系统采用的日志文件格式并不完全一样。概括起来日志文件主要有两种格式:概括起来日志文件主要有两种格式:以记录为单位的日志文件和以记录为单位的日志文件和以数据块为单位的日志文件以数据块为单位的日志文件对于以记录为单位的日志文件,日志文件中需要登记的对于以记录为单位的日志文件,日志文件中需要登记的 内容包括:内容包括:各个事务的开始各个事务的开始(BEGIN TRANSACTION)(BEGIN TRANSACTION)标记标记 各个事务的结束各个事务的结束(COMMIT(COMMIT或或ROLL BACK
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