数据库恢复技术

第十章数据库恢复技术数据库恢复技术10.1事务的基本概念10.2数据库恢复概述10.3故障的种类10.4恢复的实现技术10.5恢复策略10.6具有检查点的恢复技术10.7数据库镜像事务的基本概念事务是用户定义的一个数据库的操作序列，这些操作要么全做,要么全不做，是一个不可分割的工作单元例如，在关系数据库中，一个事务可以是:一条SQL语句一组SQL语句整个程序事务是并发控制与调度的基本单位，也是数据库恢复的基本单位定义事务显示地定义事务：BEGINTRANSACTIONSQL语句1SQL语句2......COMMIT//以COMMIT或者ROLLBACK结束ROLLBACK隐式地定义事务：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定义事务（续）事务和程序是两个不同的概念BEGINTRANSACTION表示事务的开始COMMIT/ROLLBACK表示事务的结束COMMIT表示提交，即提交事务的所有操作，将事务中所有对数据库的更新写回到磁盘上的物理数据库中，事务正常结束ROLLBACK表示回滚，即事务在运行的过程中发生了某种故障，事务不能继续执行，系统将事务中对数据库所有已经完成的操作全部撤销，回滚到事务开始时的状态这里的操作指对数据库的更新操作事务的特性事务具有ACID四个特性：原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔离性（Isolation）持久性（Durability）事务的特性（续）原子性：事务是数据库系统运行的原子程序单元。事务的所有操作要么被全部成功地执行，要么一个也不被执行一致性：事务隔离执行时要保持数据库的一致性即正确性，也就是说，事务的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：一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个事务内部操作及使用的数据对其他并发事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰持久性：一个事务完成后，它对数据库的改变必须是永久的，即使系统出现故障时也是如此事务的特性（续）保证事务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：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事务的特性（续）事务是恢复和并发控制的基本单位本章将以一个简化的银行系统为例，该系统由A、B、C账户以及访问、更新这些账户的一组事务组成。暂且假设数据库永久驻留在磁盘上，有些部分临时驻留在主存储器中事务访问数据使用如下的两个操作：read(X)：从数据库传送数据项X到读操作事务的局部缓冲区write(X)：从写操作事务的局部缓冲区把数据项X传回数据库事务的特性（续）例事务从账户A过户50元到账户B。该事务可定义为：T：read(A);A:=A50;write(A);read(B);B:=B+50;write(B).事务的特性（续）原子性：假设事务Ti执行前，账户A和账户B分别有1000元和2000元。现在假设在事务Ti执行时，系统出现故障，导致Ti的执行没有成功完成这种故障可能是电源故障、硬件故障或软件故障等再假设故障发生在write(A)操作之后，write（B）执行之前。这种故障，数据库反映出来的是账户A有950元，而账户B有2000元。该故障的结果导致系统销毁了50元，系统的这种状态就称为不一致状态系统必然会在某一时刻处于不一致状态，如何保证这种不一致性在数据库系统中是不可见，是要求事务保持原子性的原因具有原子性的事务，其所有活动要么在数据库中全部反映出来要么全部不反映事务的特性（续）一致性：要求事务执行不改变A、B之和如果没有一致性要求，事务就会创造或销毁钱！容易验证，如果数据库在事务执行前是一致的，那么事务执行后仍将保持一致性事务的特性（续）隔离性：即使每个事务都能确保一致性和原子性，但如果几个事务并发执行，它们的操作会以某种人们所不希望的方式交叉执行，这也会导致不一致的状态在上述例子中，当A中总金额已被减去50元并已写回A，而B中总金额被加上50元后还未被写回时，数据库暂时是不一致的。此时此刻，另一个并发执行的事务Tj在这个中间时刻读取A和B的值并进行A+B的计算,将会得到不一致的值。若事务Tj基于它所读取的不一致值对A和B进行更新，即使两个事务顺利完成，数据库仍可能处于不一致状态事务的隔离性确保事务并发执行后的系统状态与这些事务以某种一个接一个的次序执行后的状态是等价的事务的特性（续）持久性：一旦事务成功完成，即资金转账已经发生，系统就必须保证任何系统故障都不会引起这次转账相关数据的丢失。假设计算机系统的故障会导致内存数据丢失，但已写入磁盘的数据却不会丢失，在这种条件下，通过以下任何一条可确保事务的持久性：事务做的更新在事务结束之前已经写入磁盘有关事务已执行的更新和已写到磁盘上的更新信息必须足以让数据库在系统出现故障后，能够重新构造事务所做的更新事务状态成功完成的事务称为已提交事务在无任何故障的情况下，所有事务能够成功完成其各执行步骤但是，事务并非总能顺利完成，这种事务被称为中止事务若要确保事务的原子性，中止事务对数据库所做的任何改变必须撤销。一旦中止事务造成的变更被撤销，就说事务已回滚事务状态（续）为了详细研究事务运行过程中状态的变化，建立了一个简单的抽象事务模型。事务必须处于以下状态之一：活动状态（active）：初始状态，事务执行时处于该状态部分提交状态(partiallycommitted)：最后一条语句被执行后的状态失败状态(failed)：正常的执行不能继续后的状态中止状态(aborted)：事务回滚并且数据库已被恢复到事务开始执行前的状态提交状态(committed)：成功完成后的状态事务状态（续）可以在事务中执行如下操作来实现事务状态转换：BEGIN-TRANSACTION开始运行事务，使事务进入活动状态END-TRANSACTION说明事务中的所有读写操作都已经完成，使事务进入部分提交状态，把事务的所有操作对数据库的影响存入数据库COMMIT-TRANSACTION标志事务已经成功地完成，事务中所有操作对数据库的影响已经安全地存入数据库，事务进入提交状态，结束事务的运行ABORT-TRANSACTION标志事务进入失败状态，系统消除事务中所有操作对数据库和其他事务的影响，结束事务的运行事务状态（续）活动状态中止状态部分提交状态提交状态失败状态图10-1事务的状态转换图事务状态(续)一个事务进入失败状态后，数据库管理系统首先消除该事务的操作对数据库和其它事务的影响，然后使事务进入中止状态，然后系统有两种选择处理：重启事务（restart）仅当引起事务中止的软硬错误不是由事务的内部逻辑所产生时才可以重启事务重启事务将被看成是一个新事务废除事务（kill）若中止错误是由于事务的内部逻辑错误，如零做除数、程序有误，或者输入错误，或者程序所需数据在数据库中没有找到等情况下，要进行该事务的废除SQL对事务的支持SQL的数据操纵语言包含一些与事务活动有关的语句。SQL中事务的开始是隐含的，事务的结束用下列SQL语句之一来表示：COMMITWORK：提交当前事务并开始一个新的事务。ROLLBACKWORK：中止当前事务。这两个语句中的关键字WORK是可选的，这些语句强制每个打开的游标关闭，这就引起了所有数据库定位的丢失注意有些SQL实现能在COMMIT时防止自动地CLOSE和数据库定位的丢失，但对ROLLBACK不支持如果一个程序结束前没有用这两条命令，其对应的更新结果或者提交或者回滚（具体哪一个会发生，标准没有规定）视具体实现而定SQL对事务的支持（续）SETTRANSACTION语句可用于设置下一事务的特性，该语句只有当程序中无事务在执行时才能执行，具体语句形式如下：SETTRANSACTION事务模式列表事务模式列表可以指定存取模式或隔离级别，或两者都指定存取模式可以是READONLY只读READWRITE读写若两者都未指定，在隔离级别未指定为READUNCOMMITED的情况下，则存取模式默认为READWRITE如果指定了READWRITE，则隔离级别不能为READUNCOMMITEDSQL中的事务定义(续)隔离级别的格式为ISOLATIONLEVEL级别这里级别从低到高依次为READUNCOMMITED读未提交的修改，只能在只读状态下使用READCOMMITED读提交的修改REPEATABLEREAD可重复读SERIALIZABLE可串行化隔离级别越高（低），可能出现的问题越少（多），系统并发度越低（高）SQL标准还规定系统必须保证可串行化和不存在级联回滚，该标准的可串行化要求具体调度的执行结果必须与一个可串行调度的数据库恢复技术10.1事务的基本概念10.2数据库恢复概述10.3故障的种类10.4恢复的实现技术10.5恢复策略10.6具有检查点的恢复技术10.7数据库镜像10.2数据库恢复概述故障是不可避免的系统故障：计算机软、硬件故障人为故障：操作员的失误、恶意的破坏等。错误的情形：运行的事务非正常中断影响数据库中数据的正确性破坏数据库，使数据库中全部或部分数据丢失。数据库的恢复（恢复子系统实现）把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态(亦称为一致状态或完整状态)数据库恢复技术10.1事务的基本概念10.2数据库恢复概述10.3故障的种类10.4恢复的实现技术10.5恢复策略10.6具有检查点的恢复技术10.7数据库镜像10.3故障的种类事务内部的故障系统故障介质故障计算机病毒事务内部的故障事务内部的故障有的是可以通过事务程序本身发现的，有的是非预期的，不能有事务程序处理的例如，银行转账事务，这个事务把一笔金额从一个账户甲转给另一个账户乙。BEGINTRANSACTION读账户甲的余额BALANCE；BALANCE=BALANCE-AMOUNT；(AMOUNT为转账金额)写回BALANCE；IF(BALANCE0)THEN{打印'金额不足，不能转账'；ROLLBACK；(撤销刚才的修改，恢复事务)}ELSE{读账户乙的余额BALANCE1；BALANCE1=BALANCE1+AMOUNT；写回BALANCE1；COMMIT；}事务内部的故障（续）这个例子所包括的两个更新操作要么全部完成要么全部不做。否则就会使数据库处于不一致状态，例如只把账户甲的余额减少了而没有把账户乙的余额增加。在这段程序中若产生账户甲余额不足的情况，应用程序可以发现并让事务回滚，撤销已作的修改，恢复数据库到正确状态。事务内部的故障（续）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事务故障产生的原因输入数据有误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事务撤销（UNDO）强行回滚（ROLLBACK）将事务恢复到执行前的状态系统故障系统故障又称为软故障，是指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动整个系统的正常运行突然被破坏（cpu故障、操作系统故障、DBMS代码错误、系统断电等）不破坏数据库内存中数据库缓冲区的信息全部丢失所有正在运行的事务都非正常终止系统故障（续）发生系统故障时，事务未提交恢复策略：强行撤消（UNDO）所有未完成事务发生系统故障时，事务已提交，但缓冲区中的信息尚未完全写回到磁盘上。恢复策略：重做（REDO）所有已提交的事务介质故障介质故障称为硬故障，指外存故障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介质故障对数据库的影响磁盘上的物理数据库遭到毁灭性的破坏影响正在存取这部分数据的所有事务这类故障比事务故障和系统故障发生的可能性小得多，但破坏性最大介质故障的恢复装入数