数据库恢复技术

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事务

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。事务是恢复和并发控制的基本单位。一个事务可以是一条SQL语句，一组SQL语句或整个程序。

事务结束语句：

COMMIT：事务正常结束。
ROLLBACK：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，回到开始时的状态。

事务的ACID特性：

原子性（Atomicity）：事务中包括的操作要么都做，要么都不做。由数据恢复子系统负责。
一致性（Consistency）：数据库中包含失败事务的结果为不一致状态。
隔离性（Isolation）：并发执行的各个事务之间不能互相干扰。
持续性（Durability）：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。

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（没有隔离）
事务在运行过程中被强行停止（不原子，不一致）

故障

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。可以撤消事务（UNDO）或者强行回滚（ROLLBACK）该事务。
系统故障：整个系统的正常运行突然被破坏。系统重新启动时，恢复程序要强行撤消（UNDO）所有未完成事务，重做（REDO）所有已提交的事务。
介质故障：外存中的数据部分丢失或全部丢失。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。

恢复

转储

转储是指DBA（数据库管理员，Database Administrator）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备副本或后援副本。

静态转储：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。
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。
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。

对于动态转储的数据库副本，要恢复时还须同时装入转储时刻的日志文件副本，利用与恢复系统故障相同的方法（即 REDO+UNDO，下面讲），才能将数据库恢复到一致性状态。

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

每条日志记录的内容：

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）

登记日志文件的原则：

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。

如果先写日志，但没有修改数据库时故障发生，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。

事务故障的恢复：

利用日志文件撤消（UNDO）此事务已对数据库进行的修改

从最后向前扫描日志文件，查找该事务的更新操作。
对该事务的更新操作执行逆操作。
继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做同样处理。
直至读到此事务的开始标记，完成。

系统故障的恢复：

一些未完成事务对数据库的更新已写入数据库，Undo 故障发生时未完成的事务
一些已提交事务对数据库的更新还留在缓冲区没来得及写入数据库，Redo 已完成的事务

从头扫描日志文件，记录Redo队列（在故障发生前已经提交的事务 T1, T3, T6…..）和Undo队列（故障发生时尚未完成的事务 T2, T4, T5…...）
对每个UNDO事务的更新操作执行逆操作（T2, T4, T5……）
对每个REDO事务重新执行登记的操作（ T1, T3, T6…..）

介质故障的恢复：

装入最新的后备数据库副本，使数据库恢复到最近一次转储时的一致性状态。
装入有关的日志文件副本，重做已完成的事务。

检查点

之前技术的两个问题：

搜索整个日志将耗费大量的时间
REDO处理：重新执行，浪费了大量时间

检查点记录的内容：

建立检查点时刻所有正在执行的事务清单
这些事务最近一个日志记录的地址

重新开始文件的内容：

记录各个检查点记录在日志文件中的地址

创建检查点方法：

将当前日志缓冲区中的所有日志记录写入磁盘的日志文件上。
在日志文件中写入一个检查点记录。
将当前数据缓冲区的所有数据记录写入磁盘的数据库中。
把检查点记录在日志文件中的地址写入一个重新开始文件。

如果在第四步前系统崩溃，那么这个检查点失效，但仍可以从上一个检测点恢复。

利用检查点的恢复步骤：

从重新开始文件中找到最后一个检查点记录在日志文件中的地址
由该地址在日志文件中找到最后一个检查点记录
由该检查点记录得到检查点建立时所有正在执行的事务清单 ACTIVE-LIST，再建立两个事务队列UNDO-LIST和REDO-LIST，把ACTIVE-LIST暂时放入UNDO-LIST队列，REDO队列暂为空。
从检查点开始正向扫描日志文件，直到日志文件结束。如有新开始的事务Ti，把Ti暂时放入UNDO-LIST队列。如有提交的事务Tj，把Tj从UNDO-LIST队列移到REDO-LIST队列。
对UNDO-LIST中的每个事务执行UNDO操作, 对REDO-LIST中的每个事务执行REDO操作。

例子1：

这个例子中，最后UNDO-LIST是T2,T3。REDO-LIST为T1,T4。

例子2：

数据库镜像

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最后更新于2个月前