ch10数据库恢复技术(前15).

AnIntroductiontoDatabaseSystems1/97第十章数据库恢复技术第三篇系统篇AnIntroductiontoDatabaseSystems2/97Outline•事务的基本概念•数据库恢复概述•故障的种类•恢复的实现技术•恢复策略•具有检查点的恢复技术•数据库镜像•小结AnIntroductiontoDatabaseSystems3/97事务的基本概念一、什么是事务二、如何定义事务三、事务的特性AnIntroductiontoDatabaseSystems4/97一、什么是事务•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•事务和程序是两个概念–在关系数据库中，一个事务可以是一条SQL语句，一组SQL语句或整个程序–一个应用程序通常包含多个事务•事务是恢复和并发控制的基本单位AnIntroductiontoDatabaseSystems5/97二、如何定义事务•显式定义方式BEGINTRANSACTIONBEGINTRANSACTIONSQL语句1SQL语句1SQL语句2SQL语句2。。。。。。。。。。COMMITROLLBACK•隐式方式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AnIntroductiontoDatabaseSystems6/97事务结束COMMIT事务正常结束提交事务的所有操作（读+更新）事务中所有对数据库的更新永久生效ROLLBACK事务异常终止–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–事务滚回到开始时的状态AnIntroductiontoDatabaseSystems7/97三、事务的特性(ACID特性)事务的ACID特性：•原子性（Atomicity）•一致性（Consistency）•隔离性（Isolation）•持续性（Durability）AnIntroductiontoDatabaseSystems8/971.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AnIntroductiontoDatabaseSystems9/972.一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一致性状态：数据库中只包含成功事务提交的结果不一致状态：数据库中包含失败事务的结果AnIntroductiontoDatabaseSystems10/97一致性与原子性银行转帐：从帐号A中取出一万元，存入帐号B。–定义一个事务，该事务包括两个操作–这两个操作要么全做，要么全不做全做或者全不做，数据库都处于一致性状态。如果只做一个操作，数据库就处于不一致性状态。B=B+1A=A-1BAAnIntroductiontoDatabaseSystems11/973.隔离性对并发执行而言一个事务的执行不能被其他事务干扰•一个事务内部的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AnIntroductiontoDatabaseSystems12/97T1的修改被T2覆盖了！读A=16A←A-3写回A=13①读A=16②③A←A-1写回A=15④T2T1AnIntroductiontoDatabaseSystems13/974.持续性•持续性也称永久性（Permanence）–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。–接下来的其他操作或故障不应该对其执行结果有任何影响。AnIntroductiontoDatabaseSystems14/97事务的特性•保证事务ACID特性是事务处理的任务•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–事务在运行过程中被强行停止AnIntroductiontoDatabaseSystems15/97Outline•事务的基本概念•数据库恢复概述•故障的种类•恢复的实现技术•恢复策略•具有检查点的恢复技术•数据库镜像•小结AnIntroductiontoDatabaseSystems16/97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。•故障的影响–运行事务非正常中断–破坏数据库AnIntroductiontoDatabaseSystems17/97数据库恢复概述(续)•数据库管理系统对故障的对策–DBMS提供恢复子系统–保证故障发生后，能把数据库中的数据从错误状态恢复到某种已知正确的状态(亦称为一致状态或完整状态)–保证事务ACID•恢复技术是衡量系统优劣的重要指标AnIntroductiontoDatabaseSystems18/97Outline•事务的基本概念•数据库恢复概述•故障的种类•恢复的实现技术•恢复策略•具有检查点的恢复技术•数据库镜像•小结AnIntroductiontoDatabaseSystems19/97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AnIntroductiontoDatabaseSystems20/97一、事务故障•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•事务故障的类型–可以通过事务程序本身发现的(见下例)–非预期的，是不能由应用程序处理的运算溢出并发事务发生死锁而被选中撤销该事务违反了某些完整性限制AnIntroductiontoDatabaseSystems21/97示例例如，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；}AnIntroductiontoDatabaseSystems22/97事务故障(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滚回，撤销已作的修改，恢复数据库到正确状态。AnIntroductiontoDatabaseSystems23/97事务故障的恢复•发生事务故障时，夭折的事务可能已把对数据库的部分修改写回磁盘•事务故障的恢复：撤消事务（UNDO）•强行回滚（ROLLBACK）该事务•清除该事务对数据库的所有修改，使得这个事务象根本没有启动过一样AnIntroductiontoDatabaseSystems24/97二、系统故障•什么是系统故障–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所有正在运行的事务都非正常终止不破坏数据库内存中数据库缓冲区的信息全部丢失AnIntroductiontoDatabaseSystems25/97系统故障的常见原因•特定类型的硬件错误（如CPU故障）•操作系统故障•DBMS代码错误•系统断电AnIntroductiontoDatabaseSystems26/97系统故障的恢复•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AnIntroductiontoDatabaseSystems27/97三、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AnIntroductiontoDatabaseSystems28/97介质故障的恢复•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AnIntroductiontoDatabaseSystems29/97四、计算机病毒•计算机病毒–一种人为的故障或破坏，是一些恶作剧者研制的一种计算机程序–可以繁殖和传播•危害–破坏、盗窃系统中的数据–破坏系统文件AnIntroductiontoDatabaseSystems30/97故障小结•各类故障，对数据库的影响有两种可能性–一是数据库本身被破坏–二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。AnIntroductiontoDatabaseSystems31/97Outline•事务的基本概念•数据库恢复概述•故障的种类•恢复的实现技术•恢复策略•具有检查点的恢复技术•数据库镜像•小结AnIntroductiontoDatabaseSystems32/97恢复的实现技术•恢复操作的基本原理：冗余–利用存储在系统其它地方的冗余数据来重建数据库中已被破坏或不正确的那部分数据•恢复机制涉及的关键问题1.如何建立冗余数据数据转储（backup）登录日志文件（logging）2.如何利用这些冗余数据实施数据库恢复AnIntroductiontoDatabaseSystems33/97数据转储•什么是数据转储–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。•如何使用–数据库遭到破坏后可以将后备副本重新装入–重装后备副本只能将数据库恢复到转储时的状态•转储的方法–1.静态转储与动态转储–2.海量转储与增量转储AnIntroductiontoDatabaseSystems34/97转储和恢复示意图故障发生点转储运行事务↓正常运行─┼───────┼─────────────TaTbTf重装后备副本重新运行事务恢复─┼───────┴－－－－－－－－－－－－→AnIntroductiontoDatabaseSystems35/97静态转储•在系统中无运行事务时进行的转储操作•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•得到的一定是一个数据一致性的副本•优点：实现简单•缺点：降低了数据库的可用性–转储必须等待正运行的用户事务结束–新的事务必须等转储结束AnIntroductiontoDatabaseSystems36/97利用静态转储副本进行恢复故障发生点静态转储运行事务↓正常运行─┼───────┼─────────────TaTbTf重装后备副本恢复─┼───────┥AnIntroductiontoDatabaseSystems37/97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•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–[例]在转储期间的某个时刻Tc，系统把数据A=100转储到磁带上，而在下一时刻Td，某一事务将A改为200。转储结束后，后备副本上的A已是过时的数据了AnIntroductiontoDatabaseSystems38/97动态转储(续)•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AnIntroductiontoDatabaseSystems39/97利用动态转储副本进行恢复运行事务故障发生点动态转储运行事务↓正常运行─┼───────┼─────────────TaTbTf重装后备副本利用日志文件恢复恢复━━━━━━╋━━━┥AnIntroductiontoDatabaseSystems40/97利用动态转储副本进行恢复(续)TaTbTf动态转储运行事务故障发生点正常运行─┼───────┼─────────────登记日