数据库原理-故障和恢复（2）

目录

恢复的实现技术

恢复技术的原理

1.数据转储

2.登记日志文件

3.恢复策略

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恢复的实现技术

恢复技术的原理

-利用存储在系统其它地方的冗余数据来修复或重建数据库
中被破坏的或不正确的数据。

恢复的实现技术:复杂
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

恢复机制涉及的关键问题
- (1）如何建立冗余数据
·数据转储
·登记日志文件
- (2）如何利用这些冗余数据实施数据库恢复

恢复的实现技术
1.数据转储
2.登记日志文件
3.恢复策略

1.数据转储

1.1、什么是转储
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
这些备用的数据文本称为后备副本或后援副本

1.2、转储的用途
供介质故障恢复时使用
-一旦系统发生介质故障，数据库遭到破坏，可以将后备副本重新装入，把数据库恢复起来

恢复的程度
-重装后备副本只能将DB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

1.3、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)转储方法分类

(1)静态转储与动态转储
静态转储
-静态转储是在系统中无运行事务时进行的转储操作
·转储操作开始的时刻，数据库处于一致性状态
·转储期间不允许（或不存在)对数据库的任何存取、修改活动
-静态转储得到的一定是一个数据一致性的副本

静态转储
静态转储的优点
--实现简单
静态转储的缺点
--降低了数据库的可用性
·转储必须等待用户事务结束才能进行
·新的事务必须等待转储结束才能执行

利用静态转储得到的副本进行故障恢复
-只需要把静态转储得到的后备副本装入,就能把数据库恢复到
转储时刻的正确状态

动态转储
-动态转储是指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。

动态转储的优点
-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

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
-后备副本加上日志文件才能把数据库恢复到某一时刻的正确状态

⑵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

转储方法分类
转储状态：动态转储，静态转储
转储方式：海量转储，增量转储

转储策略
从恢复方便角度看，应经常进行数据转储，制作后备副本但转储又是
十分耗费时间和资源的，不能频繁进行
DBA应根据数据库使用情况确定适当的转储周期和转储方法

2.登记日志文件

一、日志文件的内容
二、日志文件的用途
三、登记日志文件的原则

—、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

(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

作为日志文件中的一个日志记录(log record)

(4)基于记录的日志文件
每条日志记录的内容
事务标识（标明是那个事务)
操作类型（插入、删除或修改)
操作对象
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)

(5)基于数据块的日志文件
-每条日志记录的内容
·事务标识（标明是那个事务)
·更新前数据所在的整个数据块的值(对插入操作而言，此项为空值)
·更新后整个数据块的值（对删除操作而言,此项为空值)

二、日志文件的用途

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

与静态转储后备副本配合进行介质故障恢复
·静态转储的数据已是一致性的数据
·如果静态转储完成后，仍能定期转储日志文件，则在出现介
质故障重装数据副本后，可以利用这些日志文件副本对已完成
的事务进行重做处理
·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

与动态转储后备副本配合使用进行介质故障恢复
·动态转储机制在转储数据库时,必须同时转储同一时间点的日志文件，
后备副本与该日志文件结合起来才能将数据库恢复到一致性状态。
·与静态转储一样，如果动态转储完成后，仍能定期转储日志文件，
则在做介质故障恢复时，可以利用这些日志文件副本进一步恢复数
据库，避免重新运行事务程序。

三、登记日志文件的原则
为保证数据库是可恢复的
-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

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
-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

3.恢复策略

(1)事务故障的恢复
(2)系统故障的恢复
(3)介质故障的恢复

(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中止恢复方法
-由恢复子系统应利用日志文件撤消(UNDO）此事务已对数据库进行的修改
事务故障的恢复由系统自动完成，不需要用户干预

恢复步骤
1.反向扫描文件日志(即从最后向前扫描日志文件)，查找该事务的更新操作
2.对该事务的更新操作执行逆操作。即将日志记录中“更新前的值”写入数据库
-如果记录中是插入操作，则相当于做删除操作(因为此时“更新前的值”为空)
-若记录中是删除操作，则相当于做插入操作(因为此时“更新后的值”为空)
-若是修改操作，则相当于用修改前值代替修改后值
3.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
4.如此处理下去，直至读到此事务的开始标记，事务故障恢复就完成了

(2)系统故障的恢复
系统故障造成数据库不一致状态的原因
-一些未完成事务对数据库的更新已写入数据库
-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

恢复方法
-1.撤消故障发生时未完成的事务
-2.重做已完成的事务
系统故障的恢复由系统在重新启动时自动完成,不需要用户干预

恢复步骤
1.正向扫描日志文件(即从头扫描日志文件）
-找出在故障发生前已经提交的事务,将事务标识记入重做队列
-同时找出故障发生时尚未完成的事务,将事务标识记入撤消队列
2.对撤消队列中的各个事务进行撤消(UNDO)处理
-反向扫描日志文件，对每个UNDO事务的更新操作执行逆操作，即
将日志记录中“更新前的值”写入数据库
3.对重做队列中的各个事务进行重做(REDO)处理
-正向扫描日志文件，对每个REDO事务重新执行登记的操作。即将
日志记录中“更新后的值”写入数据库

(3）介质故障的恢复
发生介质故障后，磁盘上的物理数据和日志文件被破坏，这是最严
重的一种故障
恢复方法
-1.重装数据库,使数据库恢复到一致性状态
-2.重做已完成的事务

恢复步骤
1.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。
-对于静态转储的数据库副本，装入后数据库即处于一致性状态
-对于动态转储的数据库副本，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)，才能
将数据库恢复到一致性状态。
2.装入有关的日志文件副本，重做已完成的事务。
-首先扫描日志文件，找出故障发生时已提交的事务的标识，将其
记入重做队列。
-然后正向扫描日志文件，对重做队列中的所有事务进行重做处理。
即将日志记录中“更新后的值”写入数据库。

介质故障的恢复需要DBA介入
-DBA的工作
·重装最近转储的数据库副本和有关的各日志文件副本
·执行系统提供的恢复命令
-具体的恢复操作仍由DBMS完成

如果数据库只包含成功事务提交的结果,就说数据库处于一致性状态
保证数据一致性是对数据库的最基本的要求。
事务是数据库的逻辑工作单位
-DBMS保证系统中一切事务的原子性、一致性、隔离性和持续性

DBMS必须对事务故障、系统故障和介质故障进行恢复
恢复中最经常使用的技术
-数据库转储
-登记日志文件

恢复的基本原理
-利用存储在后备副本、日志文件和数据库镜像中的冗余数据来重建数据库

常用恢复技术
-事务故障的恢复
·UNDO
–系统故障的恢复
·UNDO +REDO

-介质故障的恢复
·重装备份并恢复到一致性状态＋REDO