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1、琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,第十章 数据库恢复技术,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,.1 事务的基本概念,一、事务定义 二、事务的特性,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,一、事务(Transaction),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,琼
2、州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,定义事务,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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,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
3、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),琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,一、事务内部的故障,事务内部的故障 有的是可以通过事务程序本身发现的(见下面转账事 务的例子) 有的是非预期的,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,事务内部的故障（续）,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
4、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； ,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,事务内部的故障（续）,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
5、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，恢复数据库到正确状态。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,事务内部的故障（续）,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）,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Sys
6、tem,二、系统故障,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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,系统故障的常见原因,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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,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
7、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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,三、介质故障,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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,介质故障的恢复,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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Data
8、base System,四、计算机病毒,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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,故障小结,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。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,4 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
9、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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,4.1 数据转储,一、什么是数据转储 二、转储方法,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,一、什么是数据转储,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 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
10、将数据库恢复到转储时的状态,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,二、转储方法,1静态转储与动态转储 2海量转储与增量转储 3转储方法小结,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,静态转储,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 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduc
11、tion to Database System,动态转储,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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,动态转储,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
12、文件才能把数据库恢复到某一时刻的正确状态,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,3转储方法小结,转储方法分类,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Syst
13、em,4.2 登记日志文件,一、日志文件的格式和内容 二、日志文件的作用 三、登记日志文件,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,一、日志文件的格式和内容,什么是日志文件 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,日志文件的格式和内容（续）,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
14、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),琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,日志文件的格式和内容（续）,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）,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,日志文件的格式和内容（续）,以数据块为单位的日志
15、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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,二、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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,利用静态转储副本和日志文件进行恢复,静态转储 运行事务 正常运行 Ta Tb Tf 重装后备副本 利用日志文件恢复 继续运行 恢复 ,登记日志文件,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,利用静态
16、转储副本和日志文件进行恢复（续）,上图中： 系统在Ta时刻停止运行事务，进行数据库转储 在Tb时刻转储完毕，得到Tb时刻的数据库一致性副本 系统运行到Tf时刻发生故障 为恢复数据库，首先由DBA重装数据库后备副本，将数据库恢复至Tb时刻的状态 重新运行自TbTf时刻的所有更新事务，把数据库恢复到故障发生前的一致状态,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,三、登记日志文件,基本原则 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 写日志文件操作：把表示这个修改的日志记录 写到日志文件 写数据库操作：把对数据的修改写到数据库中,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database System,登记日志文件（续）,为什么要先写日志文件 写数据库
