第十章 数据库恢复技术

六个方面：事务的基本概念、数据库恢复概述、故障种类、恢复的实现技术、恢复策略、具有检查点的恢复技术

第十章 数据库恢复技术

• 事务的基本概念
  • 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
  • 事务的ACID特性
    • 原子性（Atomicity）
    • 一致性（Consistency）
    • 隔离性（Isolation）
    • 持续性（Durability ）
• 数据库恢复概述
  • 故障是不可避免的
    • 计算机硬件故障
    • 软件的错误
    • 操作员的失误
    • 恶意的破坏
  • 故障的影响
    • 运行事务非正常中断，影响数据库中数据的正确性
    • 破坏数据库，全部或部分丢失数据
  • 数据库的恢复
    • 恢复子系统是数据库管理系统的一个重要组成部分
    • 恢复技术是衡量系统优劣的重要指标
• 故障的种类
  • 1.事务内部的故障
    • 通过事务程序本身发现
    • 有的是非预期的，不能由事务程序处理的
    • 事务故障的恢复：事务撤消（UNDO）
    • 意味着
      • 事务没有达到预期的终点(COMMIT或者显式的ROLLBACK)
      • 数据库可能处于不正确状态。
  • 2.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
    • 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
      • 数据库管理系统代码错误
      • 系统断电
    • 系统故障的恢复
      • 恢复策略：系统重新启动时，恢复程序让所有非正常终止的事务回滚，强行撤消（UNDO）所有未完成事务
      • 恢复策略：系统重新启动时，恢复程序需要重做（REDO）所有已提交的事务
  • 3.介质故障
    • 称为硬故障，指外存故障
      • 磁盘损坏
      • 磁头碰撞
      • 瞬时强磁场干扰
    • 可能性小得多，但破坏性大得多
  • 4.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，造成对计算机系统包括数据库的危害
    • 种类
      • 小的病毒只有20条指令，不到50B
      • 大的病毒像一个操作系统，由上万条指令组成
    • 危害
      • 有的病毒传播很快，一旦侵入系统就马上摧毁系统
      • 有的病毒有较长的潜伏期，计算机在感染后数天或数月才开始发病
      • 有的病毒感染系统所有的程序和数据
      • 有的只对某些特定的程序和数据感兴趣
  • 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。
• 恢复的实现技术
  • 数据转储
    • 转储是指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
    • 备用的数据文本称为后备副本(backup)或后援副本
    • 转储方法
      • （1）静态转储与动态转储
        • 静态转储
          • 优点：实现简单
          • 缺点：降低了数据库的可用性
        • 动态转储
          • 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
          • 缺点
            • 不能保证副本中的数据正确有效
      • （2）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
        • 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
          • 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
  • 登记日志文件
    • 1.日志文件的格式和内容
      • 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
      • 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
    • 2.日志文件的作用
      • 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
    • 3.登记日志文件
      • 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
• 恢复策略
  • 事务故障的恢复
    • （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。
    • （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。
  • 系统故障的恢复
    • 1. Undo 故障发生时未完成的事务
    • 2. Redo 已完成的事务
  • 介质故障的恢复
    • 1.重装数据库
    • 2.重做已完成的事务
• 具有检查点的恢复技术
  • 问题的提出
    • 搜索整个日志将耗费大量的时间
    • 重做处理：重新执行，浪费了大量时间
  • 具有检查点（checkpoint）的恢复技术
    • 在日志文件中增加检查点记录（checkpoint）
    • 增加重新开始文件
    • 恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护日志
  • 检查点技术