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1、数智创新变革未来范式约束下的数据库并发控制与故障恢复1.并发控制机制综述1.锁机制与时间戳机制对比1.二相锁协议与乐观并发控制1.故障恢复技术概述1.影子页面与检查点技术1.日志技术与回滚/提交协议1.原子性和持久性保障策略1.并发控制与故障恢复结合应用Contents Page目录页 并发控制机制综述范式范式约约束下的数据束下的数据库库并并发发控制与故障恢复控制与故障恢复并发控制机制综述事务并发的并发控制机制:1.基于锁的并发控制机制：它通过加锁和释放锁来控制对数据的访问。事务开始时，它会获取所需数据的锁，并一直保持这些锁直到事务完成。这可以防止其他事务同时访问和修改相同的数据，从而确保数据
2、的完整性。2.基于时间戳的并发控制机制：它使用时间戳来控制对数据的访问。每个事务在开始时都会被分配一个唯一的时间戳。当一个事务想要访问数据时，它会将自己的时间戳与数据的时间戳进行比较。如果事务的时间戳比数据的时间戳新，则事务可以访问数据；否则，事务必须等待，直到数据的时间戳比其时间戳新。3.乐观并发控制机制：它假设事务不会对数据造成冲突，因此它不会在事务开始时对数据加锁。只有在事务提交时，它才会检查是否有其他事务对数据进行了修改。如果有冲突，则事务将被回滚，并重新执行。并发控制机制综述死锁检测与解除:1.死锁的概念：死锁是指两个或多个事务都等待对方释放锁的情况。这可能会导致系统陷入僵局，因为没
3、有一个事务能够继续执行。2.死锁检测：死锁检测算法用于检测系统中是否存在死锁。死锁检测算法可以分为两类：预防死锁算法和检测死锁算法。预防死锁算法试图防止死锁的发生，而检测死锁算法则试图检测死锁的发生，并采取措施解除死锁。3.死锁解除：当检测到死锁时，需要采取措施解除死锁。死锁解除算法可以分为两类：牺牲算法和非牺牲算法。牺牲算法会回滚其中一个或多个事务，以便其他事务能够继续执行。非牺牲算法则会尝试重新分配锁，以便所有事务都能继续执行。并发控制机制的选择:1.并发控制机制的性能：并发控制机制的性能是选择并发控制机制时的一个重要因素。并发控制机制的性能取决于多种因素，包括系统的工作负载、数据的大小、
4、事务的类型等。2.并发控制机制的可靠性：并发控制机制的可靠性也是选择并发控制机制时的一个重要因素。并发控制机制的可靠性取决于多种因素，包括并发控制机制的实现、系统的硬件和软件环境等。3.并发控制机制的成本：并发控制机制的成本也是选择并发控制机制时的一个重要因素。并发控制机制的成本取决于多种因素，包括并发控制机制的实现、系统的硬件和软件环境等。并发控制机制综述数据库恢复技术:1.数据库恢复的概念：数据库恢复是指将数据库从故障状态恢复到正常状态的过程。数据库恢复可以分为两类：热恢复和冷恢复。热恢复是指在数据库故障发生时，数据库正在运行，而冷恢复是指在数据库故障发生时，数据库正在关闭。2.数据库恢复
5、的方法：数据库恢复的方法包括：从备份恢复、从检查点恢复和从日志恢复。从备份恢复是指从数据库的备份中恢复数据。从检查点恢复是指从数据库的检查点中恢复数据。从日志恢复是指从数据库的日志中恢复数据。3.数据库恢复的性能：数据库恢复的性能是选择数据库恢复方法时的一个重要因素。数据库恢复的性能取决于多种因素，包括数据库的大小、故障的类型、恢复方法等。并发控制机制综述故障分类及恢复方式:1.数据库故障的分类：数据库故障可以分为两类：硬件故障和软件故障。硬件故障是指数据库的硬件设备发生故障，例如磁盘故障、内存故障等。软件故障是指数据库的软件程序发生故障，例如死锁、数据损坏等。2.数据库故障的恢复方式：数据库
6、故障的恢复方式包括：重启数据库、修复数据库和重建数据库。重启数据库是指重新启动数据库，以解决由于软件故障导致的数据库故障。修复数据库是指修复数据库中的损坏数据，以解决由于硬件故障导致的数据库故障。重建数据库是指重新创建数据库，以解决由于严重的数据库故障导致的数据库故障。3.数据库故障的预防：数据库故障的预防包括：定期备份数据库、定期检查数据库、使用可靠的硬件和软件等。定期备份数据库可以确保在数据库发生故障时能够从备份中恢复数据。定期检查数据库可以发现数据库中的潜在故障，并及时采取措施解决这些故障。使用可靠的硬件和软件可以降低数据库发生故障的概率。并发控制机制综述备份与恢复:1.数据库备份的概念
7、：数据库备份是指将数据库中的数据复制到其他介质上的过程。数据库备份可以分为两类：物理备份和逻辑备份。物理备份是指将数据库中的所有数据复制到其他介质上，而逻辑备份是指将数据库中的表、视图、索引等对象复制到其他介质上。2.数据库备份的类型：数据库备份可以分为三种类型：完全备份、增量备份和差分备份。完全备份是指将数据库中的所有数据复制到其他介质上。增量备份是指将上次完全备份之后修改的数据复制到其他介质上。差分备份是指将上次增量备份之后修改的数据复制到其他介质上。锁机制与时间戳机制对比范式范式约约束下的数据束下的数据库库并并发发控制与故障恢复控制与故障恢复锁机制与时间戳机制对比锁机制与时间戳机制的并发
8、控制1.锁机制通过对共享资源进行加锁，确保同一时间只有一个事务能够访问或修改该资源，从而防止并发事务之间的冲突。2.锁机制的优点是简单易懂，便于实现，并且可以很好地保证数据的一致性和完整性。3.锁机制的缺点是可能会导致事务死锁，降低数据库的并发性能。锁机制与时间戳机制的故障恢复1.锁机制可以帮助数据库系统在故障发生后恢复到一致状态，但是需要对锁信息进行日志记录，这可能会增加系统的开销。2.时间戳机制可以帮助数据库系统在故障发生后恢复到一致状态，但是需要对每个事务分配一个唯一的时间戳，并且需要对每个数据项记录其最后一次被修改的时间戳，这可能会增加系统的开销。3.锁机制与时间戳机制都可以用于数据库
9、系统的并发控制和故障恢复，但是具体选择哪种机制需要根据数据库系统的具体情况来决定。二相锁协议与乐观并发控制范式范式约约束下的数据束下的数据库库并并发发控制与故障恢复控制与故障恢复二相锁协议与乐观并发控制二相锁协议：1.二相锁协议（Two-PhaseLockingProtocol，2PL）是一种并发控制协议，用于确保数据库事务在并发执行时的一致性。2.2PL将锁操作分为两个阶段：加锁阶段和解锁阶段。在加锁阶段，事务必须先获得所需数据的锁，然后再对数据进行操作；在解锁阶段，事务释放所有持有的锁。3.2PL可以保证事务的串行化，即多个事务并发执行的效果与它们按顺序串行执行的效果相同。乐观并发控制：1
10、.乐观并发控制（OptimisticConcurrencyControl，OCC）是一种并发控制协议，用于提高数据库并发事务的吞吐量。2.OCC与2PL的主要区别在于，OCC允许事务在没有获得锁的情况下先对数据进行操作，然后在提交事务时检查是否有冲突发生。故障恢复技术概述范式范式约约束下的数据束下的数据库库并并发发控制与故障恢复控制与故障恢复故障恢复技术概述1.故障恢复技术是数据库系统在发生故障后，恢复数据库到故障发生前的状态或一定时间点的状态的技术。2.故障恢复技术主要分为两种：回滚恢复和向前恢复。3.回滚恢复技术是指当数据库系统发生故障时，将数据库恢复到故障发生前的状态。4.前向恢复技术是
11、指当数据库系统发生故障时，将数据库恢复到故障发生后的某个时间点。故障恢复中的日志记录：1.日志记录是故障恢复的基础，是故障恢复时重构数据库状态的主要依据。2.日志记录可以分为物理日志和逻辑日志。3.物理日志记录的是数据页的物理变化信息，而逻辑日志记录的是数据库操作的逻辑变化信息。4.物理日志通常用于回滚恢复，而逻辑日志通常用于向前恢复。故障恢复技术概述：故障恢复技术概述故障恢复中的检查点：1.检查点是数据库系统在运行过程中，将当前数据库状态记录到稳定存储介质上的过程。2.检查点可以减少故障恢复的时间，提高数据库系统的可靠性。3.检查点可以分为主动检查点和被动检查点。4.主动检查点是由数据库系统
12、主动发起的检查点，而被动检查点是由数据库系统在发生故障时自动发起的检查点。故障恢复中的回滚恢复：1.回滚恢复技术是指当数据库系统发生故障时，将数据库恢复到故障发生前的状态。2.回滚恢复技术主要分为两种：基于物理日志的回滚恢复和基于逻辑日志的回滚恢复。3.基于物理日志的回滚恢复是通过重做物理日志中记录的数据页变化信息来恢复数据库状态。4.基于逻辑日志的回滚恢复是通过重做逻辑日志中记录的数据库操作来恢复数据库状态。故障恢复技术概述故障恢复中的向前恢复：1.向前恢复技术是指当数据库系统发生故障时，将数据库恢复到故障发生后的某个时间点。2.向前恢复技术主要分为两种：基于物理日志的向前恢复和基于逻辑日志
13、的向前恢复。3.基于物理日志的向前恢复是通过重做物理日志中记录的数据页变化信息来恢复数据库状态。4.基于逻辑日志的向前恢复是通过重做逻辑日志中记录的数据库操作来恢复数据库状态。故障恢复中的异步故障处理：1.异步故障处理技术是指当数据库系统发生故障时，将故障处理过程与数据库系统的正常运行过程分离。2.异步故障处理技术可以提高数据库系统的可靠性，减少故障对数据库系统正常运行的影响。影子页面与检查点技术范式范式约约束下的数据束下的数据库库并并发发控制与故障恢复控制与故障恢复影子页面与检查点技术影子页面与检查点技术1.影子页面技术是一种在数据库系统中实现并发控制和故障恢复的技术。2.影子页面技术在数据
14、库缓冲池中维护一个与每个数据页的初始版本对应的影子页。3.当一个事务对数据页进行修改时，它将修改后的数据写入到影子页中，而不会直接修改数据页本身。4.当事务提交时，系统将影子页中的数据复制到数据页中，以使修改对其他事务可见。5.当事务回滚时，系统将影子页中的数据还原到数据页中，以取消事务对数据页所做的修改。检查点技术1.检查点技术是一种在数据库系统中实现故障恢复的技术。2.检查点技术通过将数据库缓冲池中的脏页写入到磁盘中，来创建数据库的一个一致性检查点。3.当数据库发生故障时，系统可以从最新的检查点开始恢复数据库。4.检查点技术可以减少数据库恢复的时间，提高数据库的可用性。5.检查点技术与影子
15、页面技术结合使用，可以实现故障恢复和并发控制的统一。日志技术与回滚/提交协议范式范式约约束下的数据束下的数据库库并并发发控制与故障恢复控制与故障恢复日志技术与回滚/提交协议日志技术1.日志技术概述：日志技术是一种用于记录数据库系统中发生的所有操作的机制，它可以帮助数据库系统在发生故障时恢复到正确状态。2.日志记录方式：日志记录方式有两种，分别是物理日志记录和逻辑日志记录。物理日志记录记录的是物理操作，而逻辑日志记录记录的是逻辑操作。3.日志管理：日志管理包括日志的存储、维护和清理。日志的存储方式有很多种，包括磁盘存储、内存存储和混合存储。日志的维护包括日志的备份和归档。日志的清理包括删除过期的
16、日志和合并日志。日志技术与回滚/提交协议回滚/提交协议1.回滚/提交协议概述：回滚/提交协议是一种用于控制数据库系统中事务的提交和回滚的协议，它可以确保数据库系统中事务的原子性、一致性、隔离性和持久性。2.回滚/提交协议类型：回滚/提交协议有两种类型，分别是两阶段提交协议和三阶段提交协议。两阶段提交协议适用于单机数据库系统，而三阶段提交协议适用于分布式数据库系统。3.回滚/提交协议流程：回滚/提交协议的流程分为三个阶段，分别是准备阶段、提交阶段和回滚阶段。在准备阶段，事务协调者向所有参与者发出准备请求，参与者准备提交事务。在提交阶段，事务协调者向所有参与者发出提交请求，参与者提交事务。在回滚阶段，事务协调者向所有参与者发出回滚请求，参与者回滚事务。原子性和持久性保障策略范式范式约约束下的数据束下的数据库库并并发发控制与故障恢复控制与故障恢复原子性和持久性保障策略原子性保障策略1.原子性是指事务要么完全执行成功，要么完全执行失败，不存在中间状态，确保数据库的状态从一个一致状态到另一个一致状态。2.实现原子性的一种方法是使用事务日志，记录事务的所有操作，并在事务提交时将日志记录持久化到磁盘
