哈工大数据库系统概论--系统篇精编版

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1、第七章 数据库恢复技术,Introduction To Database System Chapter 07,7.1 事务的基本概念,事务（Transcation）： 用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做要么全不做，是一个不可分割的工作单位。 在关系数据库中，一个事务可以是一条SQL语句，也可以是一组SQL语句或者整个程序。 注意：事务和程序是两个不同的概念。通常，一个程序中会包含有多个事务。 事务的开始与结束可以由用户显示控制，如果没有显示地定义事务，则由DBMS按照缺省规定自动划分事务。,SQL中定义事务的语句,在SQL-92规范中，定义事务的三条语句如下：,BEGIN TRAN

2、SACTION COMMIT ROLLBACK,在SQL Server 2000中，定义事务的相关语句如下：,BEGIN TRAN （事物名） COMMIT TRAN （事物名） ROLLBACK TRAN （事物名）,在SQL Server2000中，也支持SQL-92规范中的说明方式。,关于事务定义的几点说明,事务通常是以BEGIN TRANSACTION 开始，以COMMIT或ROLLBACK结束。 其中， COMMIT表示提交事务的所有操作，即：将事务中所有对数据库的更新写回到磁盘上的物理数据库中去，事物才算正常结束。 ROLLBACK表示回滚，即在事务运行的过程中发生了某种故障，事务

3、不能继续执行，系统将事务中对数据库的所有已完成的操作（指更新操作）全部撤销，回滚到事务开始时的状态。,事务的ACID特性,事务的ACID特性是指：任何一个事务都具有如下的四个基本特点： 原子性（Atomicity）； 一致性（Consistency）； 隔离性（Isolation）； 持续性（Durability）；,原子性和一致性,原子性： 事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的相关操作要么都做，要么都不做。 一致性： 事务执行的结果必须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提交的结果时，就认为数据库是处于一致性状态的。如果数据库系统运行过程中发生故障，

4、有些事务尚未完成就中断，这些未完成的事务对数据库所做的修改有一部分已写入物理数据库，这时就认为数据库处于一种不正确的状态，或者说是不一致的状态。 （请参考教材中249给出的关于银行转账的实例）,隔离性和持续性,隔离性： 一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是相隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。 持续性（又称为永久性）： 一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就是永久性的。后续的其他操作或者故障不应该对该事务的执行结果有任何影响。,关于事务的几点说明,事务是数据库恢复和并发控制的基本单位。保证事务的ACID特性是事务处理的重要任务。事务AC

5、ID特性可能遭到破坏的因素有： （1）多个事务并发运行时，不同事务的操作交叉执行； （2）事务在运行过程中被停止 。 在第一种情况下，DBMS必须保证多个事务的交叉执行不影响这些事务的原子性。 在第二种情况下，DBMS必须保证被停止的事务对数据库和其他事务没有任何影响。,7.2 数据库恢复概述,尽管数据库系统中采取了各种保护措施来防止数据库的安全性和完整性被破坏，保证并发事务的正确执行，但是计算机系统中硬件的故障、软件的错误、操作员的失误以及恶意的破坏仍是不可避免的，这些故障可能造成运行事务非正常中断，影响数据库中数据的正确性，严重时可能破坏数据库，使数据库中全部或部分数据丢失，因此DBMS必

6、须具有把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态（指一致状态或完整状态）的功能，这就是数据库的恢复。 数据库系统采用的恢复技术是否有效，将直接决定系统的可靠性，而且还将影响系统的运行效率。是衡量系统性能的重要指标。,7.3 故障的种类,数据库系统中可能发生各种各样的故障，大致可以分为以下几类： 事务内部的故障； 系统故障； 介质故障； 计算机病毒故障；,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，有的却是非预期的，不能由事务程序处理: 例：银行转账事务：将一笔资金从一个账户转账到另一个账户。 注意： 我们通过SQL Server2000中实现该转账事务。实现方法是：首先定义

7、一个存储过程，然后在存储过程中实现转账事务。提供三个输入参数，如：转出和转入账号，转出的资金额。,BEGIN TRANSACTION 读账户甲的余额BALANCE; BALANCE= BALANCE-AMOUNT (AMOUNT为转账金额) IF(BALANCE0) THEN 打印“金额不足，不能转帐”； ROLLBACK; (撤销该事务) ELSE 写回BALANCE; 读账户乙的余额BALANCE1; BALANCE1= BALANCE1+AMOUNT; 写回BALANCE1; COMMIT;,事务内部的故障（续）,事务内部更多的故障都是非预期的，是不能由应用程序处理的。如：运算溢出、并发

8、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。 事务故障： 指事务没有达到预期的终点（即COMMIT或者显示的ROLLBACK）。 当发生事务故障时，数据库可能处于不正确状态。恢复程序要在不影响其他事务运行的情况下，强行回滚该事务，即撤销该事务已经做出的任何对数据库的修改，使得该事务好像根本就没有被执行过一样。我们把这类恢复操作称之为事务撤销（UNDO）。,系统故障,系统故障是指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。如：特定类型的硬件故障、操作系统故障、DBMS代码错误、突然停电等。这类故障影响正在运行的所有事务，但是不破坏数据库。 在这种情况下，一些尚未完成的事务的结果可

9、能已送入物理数据库，从而造成数据库可能处于不正确的状态。为保证数据的一致性，需要清除这些事务对数据库的所有修改。 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，强行撤销所有未完成的事务，或者重做所有已提交的事务。从而使数据库真正恢复到一致性状态。,介质故障与计算机病毒故障,介质故障是指外存故障，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，并影响正在存取这部分数据的所有事务。它的破坏性是最大的。甚至是不可恢复的。 计算机病毒故障是一种人为故障或破坏。它已成为计算机系统的主要威胁，也是数据库系统的主要威胁之一。在这种情况下，数据库一旦被破坏，也要用恢

10、复技术对数据库进行恢复。,各种故障小结,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，但是数据库中的数据不正确。 恢复的基本原理十分简单，那就是：数据库中任何已部分被破坏的或者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。,7.4 恢复的实现技术,数据库的恢复机制中涉及两个关键问题，它们分别是： 第一、如何建立冗余数据； 第二、如何利用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日志文件。在应用系统中，通常是两种方法都采用。,7.4.1 数据转储,数据转储是数据库恢复技术中采用的基本技术。转储是指DBA定期地将整个数据库复制到磁

11、带或者另一个磁盘上保存起来的过程。称这些备用的数据文本为后备副本。 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，必须重新运行自转储以后的所有更新事务。 转储十分耗费时间和资源，不能频繁的进行，因此DBA应该根据数据库使用情况确定一个适当的转储周期。 转储可分为静态转储和动态转储两种。,静态转储,静态转储： 它是在系统中无运行事务时进行的转储操作。即：转储操作开始的时刻，数据库处于一致性状态，而转储期间不允许（或不存在）对数据库的任何存取、修改活动。因此，静态转储得到的一定是一个数据一致性的副本。 静态转储相对简单，但是转储

12、必须等待正在运行的用户事务结束才能进行，同样，新的事务必须等待转储结束后才能执行。因此，静态转储将会降低数据库系统的可用性。 那么，能不能有一种可以方法，可以使得转储过程中，同时还能执行事务呢？这就是动态转储。,动态转储,动态转储： 转储期间允许对数据库进行存取或者修改。即转储和用户事务可以并发执行。 因此，动态转储可以克服静态转储的缺点，它不用等待正在运行的用户事务结束，也不会影响新事务的允许，但是转储结束时得到的后备副本上的数据并不能保证正确有效。 所以必须把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。这样，后备副本加上日志文件就能把数据库恢复到某一时刻的正确状态。,数据转储（

13、续）,数据转储还可以分为海量转储和增量转储两种。海量转储是指每次转储全部数据库。增量转储是指每次只转储上一次转储后更新过的数据。 从恢复角度来看，利用海量转储得到的后备副本进行恢复是会比较方便一些，但是如果数据库很大，事务处理又十分频繁，则增量转储方式更实用、更有效。 综上所述，数据转储有两种方式，分别可以在两种状态下进行，因此，数据转储方法可以分为四类：动态海量转储、动态增量转储、静态海量转储和静态增量转储。,7.4.2 登记日志文件,日志文件： 是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。 常用的日志文件格式有两种： 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

14、的内容,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： 各个事务的开始标记； 各个事务的结束标记； 各个事务的所有更新操作。 每个事务的开始标记、结束标记和每个更 新操作均作为日志文件中的一个日志记录。日志文件中的一个日志记录的内容主要包括： 事务标识（标明是哪一个事务）； 操作的类型（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，值为空）； 更新后数据的新值（对删除操作，值为空）；,以数据块为单位的日志文件,对于以数据块为单位的日志文件，日志记录的内容包括事务标识和被更新的数据块。由于将更新前的整个块和更新后的整个块都放入日志文件中，操作的类型和

15、操作对象等信息就不必放入日志记录中。,日志文件的作用,日志文件在数据库的恢复中有着非常重大的作用。可以用来进行事务故障恢复和系统故障恢复，并协助后备副本进行介质故障恢复。 日志文件的具体作用是： 事务故障恢复和系统故障恢复必须用日志文件。 在动态转储方式中必须建立日志文件，后援副本和日志文件综合起来才能有效地恢复数据库。 在静态转储方式中，也可以建立日志文件。,当数据库毁坏后可重新装入后援副本把数据库恢复到转储结束时刻的正确状态，然后利用日志文件，把已完成的事务进行重做处理，对故障发生时尚未完成的事务进行撤消处理。这样不必重新运行那些已完成的事务程序就可把数据库恢复到故障前某一时刻的正确状态。

16、,登记日志文件,为保证数据库是可恢复的，登记日志文件时必须遵循两条原则： 登记的次序严格按并发事务执行的时间次序； 必须先写日志文件，后写数据库。,把对数据的修改写到数据库中和把表示这个修改的日志记录写到日志文件中是两个不同的操作。有可能在这两个操作之间发生故障，即这两个写操作只完成了一个。如果先写了数据库修改，而在运行记录中没有登记这个修改，则以后就无法恢复这个修改了。如果先写日志，但没有修改数据库，按日志文件恢复时只不过是多执行一次不必要的撤消操作，并不会影响数据库的正确性。所以为了安全，一定要先写日志文件，即首先把日志记录写到日志文件中，然后写数据库的修改。,7.5.1 事务故障的恢复,事务故障是指事务在运行至正常终止点前被终止，这时恢复子系统应利用日志文件撤销此事务已对数据库进行的修改。事务故障的恢复是由系统自动完成的，对于用户来说是透明的。 系统的恢复步骤请同学们参考P255。（略）,