数据库系统概论之系统篇——第10章 数据库恢复技术

10.1 事务的基本概念

1. 事务
   所谓事务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。

2. 事务的ACID特性
   事务具有4个特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持续性（Durability）。这4个特性简称为ACID特性。

• 原子性
  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。
• 一致性
  事务执行的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。
• 隔离性
  一个事物的执行不能被其他事务干扰。
• 持续性
  也称永久性，值一个事物一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。

事务是恢复和并发控制的基本单位。保持事务ACID特性是事务管理的重要任务。事务ACID特性可能遭到破坏的因素有：
（1）多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行。
（2）事务在运行过程中被强行停止。

10.2 数据库恢复概述

尽管数据库系统采用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。因此数据库管理系统必须具有把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态（亦称为一致性状态或完整状态）的功能，这就是数据库的恢复。

数据库系统所采用的恢复技术是否行之有效，不仅对系统的可靠程度起着决定性的作用，而且对系统的运行效率也有很大影响，是衡量系统性能优劣的重要指标。

10.3 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。

1. 事物内部的故障。更多是非预期的，必须运算溢出、并发实物发生死锁而被选中撤销该事务、违反了某些完整性限制而被终止等。解决这类故障尝尝需要进行事务撤销。
2. 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。
3. 介质故障。系统故障常称为软故障，介质故障称为硬故障。
4. 计算机病毒。

总结各类故障对数据库的影响有两种可能，一是数据库本身被破坏，而是数据库没有被破坏，但数据可能不正确，这是由于事务的运行被非正常终止造成的。

恢复的基本原理十分简单。可以用一个词来概括：冗余。

10.4 恢复的实现技术

建立冗余数据最常用的技术是数据转储和登记日志文件(logging)。通常在一个数据库系统中，这两种方法是一起使用的。

10.4.1 数据转储

数据转储是数据库恢复中采用的基本技术。所谓转储即数据库管理员定期地将整个数据库复制到磁带、磁盘或其他存储介质上保存起来的过程。这些备用的数据称为后备副本或后援副本。

10.4.2 登记日志文件

1. 日志文件的格式和内容
   日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。
   对于以记录为单位的文件，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。

每个日志记录的内容主要包括：

• 事务标识（标明是哪个事务）
• 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
• 更新后数据的新值

2. 日志文件的作用
   日志文件在数据库恢复中起着非常重要的作用，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。具体作用是：
   （1）事务故障恢复和系统故障恢复必须用日志文件
   （2）在动态转储方式中必须建立日志文件，后备副本和日志文件结合起来才能有效地恢复数据库。
   （3）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销处理。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。
3. 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。（两个操作之间出现了故障）