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1、数 据 库 基 础数据恢复技术汤 娜 中山大学计算机科学系 系统篇 数据库完整性数据库恢复技术并发控制数据库安全性数据库恢复技术1 事务的基本概念 2 数据库恢复概述 3 故障的种类 4 恢复的实现技术 5 恢复策略 6 具有检查点的恢复技术 7 数据库镜像 8 小结1 事务的基本概念一、什么是事务二、如何定义事务三、事务的特性一、什么是事务v事务(Transaction)是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v事务和程序是两个概念在关系数据库中，一个事务可以是一条SQL语 句，一组SQL语句或整个程序一个应用程序通常包含多个事务v事务是恢复
2、和并发控制的基本单位二、如何定义事务v显式定义方式BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACTIONSQL 语句1 SQL 语句1SQL 语句2 SQL 语句2。 。COMMIT ROLLBACKROLLBACK 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 回滚事务的所有更新操作 事务滚回到开始时的状态COMMIT 事务正常结束 提交事务的所有操作（读+更新）事务中所有对数据库的更新永久生效事务的开始v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例子BEGIN TRANSACTION读账户甲的余额至变量BALANCEBALANCE=B
3、ALANCE-AMOUNT(AMOUNT为转账金额）IF (BALANCE0) THEN显示金额不足，不能转账;ROLLBACK; (撤销该事务）ELSE将BALANCE的值写回到账户甲；读账户乙的余额至变量BALANCE1BALANCE1=BALANCE1+AMOUNT将BALANCE1的值写回到账户乙；COMMIT;三、事务的特性(ACID特性)事务的ACID特性：v原子性（Atomicity）v一致性（Consistency）v隔离性（Isolation）v持续性（Durability ）1. 原子性v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2. 一致性事务执行的
4、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一致性状态：数据库中只包含成功事务提交的结果不一致状态：数据库中包含失败事务的结果一致性与原子性B=B+1A=A-1BA银行转帐：从帐号A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 作这两个操作要么全做，要么全不做v全做或者全不做，数据库都处于 一致性状态。v如果只做一个操作，数据库就处 于不一致性状态。v例：现假设一个公司数据库中有两个账户S，C，分别有存 款3万元和2万元，现从S账户上的取出1 万元放入到C账户上 。Read(S)S=30000 S=S-10000S=20000Write(S)Read(C)C=2000
5、0 C=C+10000C=30000Write(C)S：20000C：20000中间状态一 致 状 态一 致 状 态S：30000C：20000S：20000C：300003. 隔离性对并发执行而言一个事务的执行不能被其他事务干扰v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v并发执行的各个事务之间不能互相干扰T1的修改被T2覆盖了！读A=16AA-3 写回A=13 读A=16 AA-1写回 A=15T2T14. 持续性v持续性也称永久性（Permanence）一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不应该对其执行结果有任何影响。事务的特性 v保
6、证事务ACID特性是事务处理的任务v破坏事务ACID特性的因素多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执 行事务在运行过程中被强行停止第七章 数据库恢复技术1 事务的基本概念 2 数据库恢复概述 3 故障的种类 4 恢复的实现技术 5 恢复策略 6 具有检查点的恢复技术 7 数据库镜像 8 Oracle的恢复技术 9 小结2 数据库恢复概述v故障是不可避免的计算机硬件故障系统软件和应用软件的错误操作员的失误恶意的破坏v故障的影响运行事务非正常中断，但不会破坏数据库破坏数据库数据库恢复概述（续）v数据库管理系统对故障的对策保证故障发生后，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保证事
7、务ACID DBMS提供恢复子系统v恢复技术是衡量系统优劣的重要指标数据库恢复技术1 事务的基本概念 2 数据库恢复概述 3 故障的种类 4 恢复的实现技术 5 恢复策略 6 具有检查点的恢复技术 7 数据库镜像 8 小结3 故障的种类v事务故障v系统故障v介质故障一、事务故障v什么是事务故障某个事务在运行过程中由于种种原因未 运行至正常终止点就夭折了v事务故障的常见原因输入数据有误运算溢出违反了某些完整性限制某些应用程序出错并行事务发生死锁。事务故障的恢复v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v处理方法预期故障：通过在程序中加判断条件来实现。执行回 滚（ROLLBA
8、CK）语句来撤销事务。非预期的故障：如由于死锁、运算溢出而被迫撤销的事务 等，由系统来撤销事务事务故障的恢复的本质：撤消事务（UNDO）3 故障的种类v事务故障v系统故障v介质故障二、系统故障v什么是系统故障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系统故障的常见原因v操作系统或DBMS代码错误v操作员操作失误v特定类型的硬件错误（如CPU故障）v突然停电系统故障的恢复v 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 （UNDO）所有未完成事务v将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库系统重新
9、启动时，恢复程序需要重做（ REDO）所有已提交的事务3 故障的种类v事务故障v系统故障v介质故障三、介质故障v硬件故障使存储在外存中的数据部分丢 失或全部丢失v介质故障比前两类故障的可能性小得多 ，但破坏性大得多介质故障的常见原因v硬件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介质故障的恢复v装入数据库发生介质故障前某个时刻的 数据副本v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数据库恢复技术1 事务的基本概念 2 数据库恢复概述 3 故障的种类 4 恢复的实现技术 5 恢复策略 6 具有检查点的恢复技术 7 数据库镜像 8 小结恢复操作的基本原理v恢复
10、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 重建数据库中已被破坏或不正确的那部分数据v恢复的实现技术：复杂一个大型数据库产品，恢复子系统的代 码要占全部代码的10%以上4 恢复的实现技术恢复机制涉及的关键问题 1. 如何建立冗余数据v数据转储（backup）v登录日志文件（logging） 2. 如何利用这些冗余数据实施数据 库恢复4.1 数据转储一、什么是转储二、转储的用途三、转储方法一、什么是转储v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。v这些备用的数据文本称为后备副本或后援副本 。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1
11、静态转储v在系统中无运行事务时进行转储 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v优点：实现简单v缺点：降低了数据库的可用性转储必须等用户事务结束新的事务必须等转储结束利用静态转储副本进行恢复故障发生点静态转储 运行事务 正常运行 Ta Tb Tf重装后备副本 利用日志文件恢复事务 恢复登记日志文件登记日志文件继续运行动态转储v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v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v动态转储的缺点不能保证副本中的数据正确有效动态转储v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
12、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文件才能把数据 库恢复到某一时刻的正确状态利用动态转储副本进行恢复Ta Tb Tf动态转储 运行事务 故障发生点 正常运行登记转储日志 登记新日志文件重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复 恢复到一 致性状态登记日志文件继续运行利用日志文件恢复事务2海量转储与增量转储v海量转储: 每次转储全部数据库v增量转储: 只转储上次转储后更新过的数据v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3转储方法小结v转储方法分类转储状态动态转储静态转
13、储转储 方式海量转储动态海量转储静态海量转储增量转储动态增量转储静态增量转储转储策略v应定期进行数据转储，制作后备副本。v但转储又是十分耗费时间和资源的，不能频繁进 行。vDBA应该根据数据库使用情况确定适当的转储周 期和转储方法。例：每天晚上进行动态增量转储每周进行一次动态海量转储每月进行一次静态海量转储3 恢复的实现技术3.1 数据转储3.2 登记日志文件3.2 登记日志文件一、日志文件的内容三、登记日志文件的原则一、日志文件的内容1. 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2. 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日志文件的内
14、容（续）3. 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ROLLBACK)各个事务的所有更新操作日志文件中的一个日志记录 (log record)4. 基于记录的日志文件更新操作日志记录的内容事务标识操作类型（插入、删除或修改）操作对象（记录ID、Block NO.）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）二、登记日志文件的原则v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行事务执行的 时间次序必须先写日志文件，后写数据库v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v写数据库操作：把对数据的修改 写到数据库中登记日志文件的原则（续）v为什么要先写日志文件写数据库和写日志文件是两个不同的操 作在这两个操作之间可能发生故障如果先写了数据库修改，而在日志文件 中没有登记下这个修改，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 UNDO操作，并不会影响数据库的正确性第七章 数据库恢复技术1 事务的基本概念 2 数据库恢复概述 3 故障的种类 4 恢复的实现技术 5 恢复策略 6 具有检查点的恢复技术 7 数据库镜像 8 小结5 恢复策略5.1
