数据库技术 第七章 数据库恢复技术 中国科学技术大学网络学院 阚卫华

第三篇 系统篇 数据库系统中的数据是由DBMS统一管理 和控制的,为了适应数据共享的环境,DBMS必须提供数据保护能力,以保证数据库中数据的安全可靠和正确有效。 数据保护 安全性 完整性 并发控制 数据库恢复 2019年5月11日星期六

第七章 数据库恢复技术 第三篇 系统篇 第七章 数据库恢复技术 第八章 并发控制 第九章 数据库安全性 第十章 数据库完整性 第三篇 系统篇 第七章 数据库恢复技术 第八章 并发控制 第九章 数据库安全性 第十章 数据库完整性 2019年5月11日星期六

第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 7.6 具有检查点的恢复技术 7.7 数据库镜像 7.8 Oracle的恢复技术 7.9 小结 2019年5月11日星期六

7.1 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 2019年5月11日星期六

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。 2019年5月11日星期六

二、如何定义事务 BEGIN TRANSACTION [开始] BEGIN TRANSACTION [开始] 　　　　 事务开始与结束可以由用户显式定义控制。如果用户没有显式地定义事务，则由DBMS按缺省规定自动划分事务。在SQL语言中，定义事务的语句有三条: BEGIN TRANSACTION ; COMMIT; ROLLBACK。如 BEGIN TRANSACTION [开始] BEGIN TRANSACTION [开始] SQL 语句1 SQL 语句1 SQL 语句2 SQL 语句2 … … … … … … COMMIT [结束] ROLLBACK [结束] 2019年5月11日星期六

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。 2019年5月11日星期六

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) 2019年5月11日星期六

1. 原子性 事务是数据库的逻辑工作单位 事务中包括的许多操作要么都做，要么都不做。 2019年5月11日星期六

2. 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] 。 　　　 因此,当数据库只包含成功事务提交的结果时,就说数据库处于一致性状态;如果数据库系统在运行中发生故障 , 有些事务尚未完成就被迫中断,这些尚未完成的事务对数据库所做的修改 , 有一部分已写入物理数据库,这时数据库就处于一种不正确的状态,或者说是不一致状态。　 2019年5月11日星期六

一致性与原子性 例如,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。 A B   A=A-1   B=B+1  2019年5月11日星期六

3. 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。即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。 2019年5月11日星期六

图示: T1的修改被T2覆盖了 读A=16 A←A-3 写回A=13 ① 读A=16 ② ③ A←A-1 写回A=15 ④ T2 T1   读A=16 A←A-3 写回A=13 ① 读A=16 ② ③ A←A-1 写回A=15 ④ T2 T1 2019年5月11日星期六

4. 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。 2019年5月11日星期六

事务的特性 保证事务ACID特性是事务处理的重要任务。 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。 2019年5月11日星期六

第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 7.6 具有检查点的恢复技术 7.7 数据库镜像 7.8 Oracle的恢复技术 7.9 小结 2019年5月11日星期六

7.2 数据库恢复概述 　 (尽管数据库系统中采取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)故障是不可避免的: 计算机硬件故障; 系统软件和应用软件的错误; 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; 破坏数据库。 2019年5月11日星期六

数据库恢复概述（续） 数据库管理系统DBMS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逻辑一致的状态; 保证事务的ACID。 恢复技术是衡量系统优劣的重要指标。 2019年5月11日星期六

第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 7.6 具有检查点的恢复技术 7.7 数据库镜像 7.8 Oracle的恢复技术 7.9 小结 2019年5月11日星期六

一、事务故障 什么是事务故障 事务故障的常见原因: 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。 输入数据有误; 运算溢出; 　 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。 事务故障的常见原因: 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。 2019年5月11日星期六

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）; 　　　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。 2019年5月11日星期六

二、系统故障 什么是系统故障 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; 内存中数据库缓冲区的信息全部丢失; 外部存储设备上的数据未受影响。 2019年5月11日星期六

系统故障的常见原因 操作系统故障或DBMS代码错误; 操作员操作失误; 特定类型的硬件错误（如CPU故障）; 突然停电; 计算机病毒。 2019年5月11日星期六

系统故障的恢复 清除尚未完成的事务对数据库的所有修改: 系统重新启动时，恢复程序要强行撤消（UNDO）所有未完成事务; 　 清除尚未完成的事务对数据库的所有修改: 系统重新启动时，恢复程序要强行撤消（UNDO）所有未完成事务; 将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库: 系统重新启动时，恢复程序需要重做(REDO)所有已提交的事务。 2019年5月11日星期六

7.3 故障的种类 事务故障 系统故障 介质故障 2019年5月11日星期六

三、介质故障 硬件故障使存储在外存中的数据部分丢 失或全部丢失。 介质故障比前两类故障的可能性小得多， 但破坏性大得多。 　　 硬件故障使存储在外存中的数据部分丢 失或全部丢失。 　　　介质故障比前两类故障的可能性小得多， 但破坏性大得多。 2019年5月11日星期六

介质故障的常见原因 　 硬件故障: 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。 2019年5月11日星期六

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; 重做自此时开始的所有成功事务，将这 些事务已提交的结果重新记入数据库中。 　　　装入数据库发生介质故障前某个时刻的数据副本; 重做自此时开始的所有成功事务，将这 些事务已提交的结果重新记入数据库中。 2019年5月11日星期六

恢复操作的基本原理 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。 恢复的实现技术：复杂 　　一个大型数据库产品，恢复子系统的代码要占全部代码的10%以上。 2019年5月11日星期六

第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 7.6 具有检查点的恢复技术 7.7 数据库镜像 7.8 Oracle的恢复技术 7.9 小结 2019年5月11日星期六

7.4 恢复的实现技术 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）。 7.4 恢复的实现技术 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。 2019年5月11日星期六

7.4.1 数据转储 一、什么是转储 二、转储的用途 三、转储方法 2019年5月11日星期六

一、什么是转储 转储是指DBA定期地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。 　　这些备用的数据文本称为后备副本或后援副本。 2019年5月11日星期六

图7.1 转储和恢复 说明见下页 正常运行 ─┼───────┼───────────── 故障发生点 转储 运行事务 ↓ 正常运行 ─┼───────┼───────────── Ta 　　　Tb Tf 重装后备副本 重新运行事务 恢复 ─┼───────┴－－－－－－－－－－－－→ 说明见下页 2019年5月11日星期六

图7.1 转储和恢复的说明 　　　例如，在图7.1中，系统在Ta时刻停止运行事务，进行数据库的转储，在Tb时刻转储完毕，得到Tb时刻的数据库一致性副本。系统运行到Tf时刻发生故障。为恢复数据库，首先由DBA重装数据库后备副本，将数据库恢复到Tb时刻的状态，然后重新运行自Tb ~ Tf时刻的所有更新事务，这样就把数据库恢复到故障发生前的一致状态。 2019年5月11日星期六

三、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．转储方法小结。 2019年5月11日星期六

1．静态转储 在系统中无运行事务时进行的转储操作。 　　　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（或不存在）对数据库的任何存取、修改活动。显然，静态转储得到的一定是一个数据一致性的副本。 优点：静态转储实现简单。 缺点：降低了数据库的可用性 转储必须等用户事务结束； 新的事务必须等转储结束。 2019年5月11日星期六

利用静态转储副本进行恢复图示 静态转储 运行事务 ↓ 正常运行 ─┼───────┼───────────── 恢复 ─┼───────┥ 故障发生点 静态转储 运行事务 ↓ 正常运行 ─┼───────┼───────────── Ta 　　　Tb Tf 重装后备副本 恢复 ─┼───────┥ 2019年5月11日星期六

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。 动态转储的优点： 不用等待正在运行的用户事务结束； 　　　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。 2019年5月11日星期六

动态转储 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。 　 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。 2019年5月11日星期六

利用动态转储副本进行恢复图示1 图示1 动态转储 运行事务 ↓ 正常运行 ─┼───────┼───────────── 运行事务 故障发生点 动态转储 运行事务 ↓ 正常运行 ─┼───────┼───────────── Ta 　　　Tb Tf 重装后备副本 利用日志文件恢复 恢复 ━━━━━━╋ ━ ━ ━ ┥ 图示1 2019年5月11日星期六

利用动态转储副本进行恢复图示2 图示2 动态转储 运行事务 故障发生点 正常运行 ─┼───────┼───────────── Ta 　　　Tb Tf 动态转储 运行事务 故障发生点 正常运行 ─┼───────┼───────────── 登记日志文件 登记新日志文件 ─────────┼─────────────  转储日志文件 重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复 恢复到一 ━━━━━━┥ 致性状态 图示2 2019年5月11日星期六

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: 只转储上一次转储后、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一般畜产品说来往往会更方便些。 　　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。 2019年5月11日星期六

3．转储方法小结 表7.1 数据转储分类 转储状态 动态转储 静态转储 转储方式 海量转储 动态海量转储 静态海量转储 增量转储   转储状态 动态转储 静态转储 转储方式 海量转储 动态海量转储 静态海量转储 增量转储 动态增量转储 静态增量转储 2019年5月11日星期六

转储策略 应定期进行数据转储，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应该根据数据库使用情况确定适当的转储周期和转储方法。 例： 每天晚上进行动态增量转储; 每周进行一次动态海量转储; 每月进行一次静态海量转储。 2019年5月11日星期六

7.4 恢复的实现技术 7.4.1 数据转储 7.4.2 登记日志文件 2019年5月11日星期六

7.4.2 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 2019年5月11日星期六

一、日志文件的格式和内容 1. 什么是日志文件 2. 日志文件的格式 日志文件(log)是用来记录事务对数据库的 更新操作的文件。 　 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。 2019年5月11日星期六

日志文件的内容（续） 　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; 与事务有关的内部更新操作。 　　这里,每个事务开始的标记、每个事务结束的标记和每个更新操作，均为日志文件中的一个日志记录 (log record)。 2019年5月11日星期六

4. 基于记录的日志文件 每个日志记录的内容: 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(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)。 2019年5月11日星期六

*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） 操作对象（记录ID、Block NO.） 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） 2019年5月11日星期六

二、日志文件的用途 1．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。 2019年5月11日星期六

日志文件的用途（续） 2．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; 　 2．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。 如下页图所示: 2019年5月11日星期六

图7.2 利用日志文件恢复 图示: 正常运行 ─┼──────┼──────────┼── Ta Tb Tf └───────────┴── 故障发生点 　静态转储 运行事务 ↓ 正常运行 ─┼──────┼──────────┼── Ta 　　　Tb Tf 登记日志文件 └───────────┴── 重装后备副本 利用日志文件恢复事务 继续运行 介质故障恢复 ─────────┴－－－－－─－－－－－－－┴────── └────── 2019年5月11日星期六

图7.2 利用日志文件恢复 图解: (1) 事务故障恢复和系统故障恢复必须用日志文件; 　 (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,后援副本和日志文件综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,然后利用建立日志文件,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。 2019年5月11日星期六

日志文件的用途（续） 3．介质故障恢复：日志文件+ 动态转储后备副本 动态转储数据库：同时转储同一时点的; 　 3．介质故障恢复：日志文件+ 动态转储后备副本 动态转储数据库：同时转储同一时点的; 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; 利用这些日志文件副本进一步恢复事务，避免重新运行事务程序。 2019年5月11日星期六

三、登记日志文件的原则 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行事务执行的时间次序。 　　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。 2019年5月11日星期六

登记日志文件的原则（续） 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; 在这两个操作之间可能发生故障; 　　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。 2019年5月11日星期六

第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 7.6 具有检查点的恢复技术 7.7 数据库镜像 7.8 Oracle的恢复技术 7.9 小结 2019年5月11日星期六

7.5 恢复策略 7.5.1 事务故障的恢复 7.5.2 系统故障的恢复 7.5.3 介质故障的恢复 2019年5月11日星期六

7.5.1 事务故障的恢复 事务故障：事务在运行至正常终止点前被中止。 恢复方法： 7.5.1 事务故障的恢复 　　事务故障：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。 2019年5月11日星期六

事务故障的恢复步骤 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”（Befor Image, BI）写入数据库。 插入操作: “更新前的值”为空，则相当于做删除操作; 删除操作:“更新后的值”为空，则相当于做插入操作; 若是修改操作:则相当于用修改前值代替修改后值。 2019年5月11日星期六

事务故障的恢复步骤(续) 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。 2019年5月11日星期六

7.5.2 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; 7.5.2 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. Undo 故障发生时未完成的事务; 2. Redo 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。 2019年5月11日星期六

系统故障的恢复步骤 1. 正向扫描日志文件（即从头扫描日志文件） Redo队列: 在故障发生前已经提交的事务 T1, T3, T8….. 　　　　1. 正向扫描日志文件（即从头扫描日志文件） Redo队列: 在故障发生前已经提交的事务 T1, T3, T8….. Undo队列:故障发生时尚未完成的事务 T2, T4, T5, T6, T7, T9 …... 2019年5月11日星期六

系统故障的恢复步骤 2. 对Undo队列事务进行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 T2, T4, T5, T6, T7, T9 …… 3. 对Redo队列事务进行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 T1, T3, T8….. 2019年5月11日星期六

7.5.3 介质故障的恢复 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。 2019年5月11日星期六

7.5.3 介质故障的恢复 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。 7.5.3 介质故障的恢复 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，还需同时装入转储开始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。 2019年5月11日星期六

利用静态转储副本将数据库恢复到一致性状态 图示 故障发生点 静态转储 运行事务 ↓ 正常运行 ─┼───────┼───────────── Ta 　　　Tb Tf 登记日志文件 └───────────── 重装后备副本 恢复 ━━━━━━┥ 2019年5月11日星期六

利用动态转储副本将数据库恢复到一致性状态 图示 Ta 　　　Tb Tf 动态转储 运行事务 故障发生点 正常运行 ─┼───────┼───────────── 登记日志文件 登记新日志文件 ─────────┼─────────────  转储日志文件 重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复 恢复到一 ━━━━━━┥ 致性状态 2019年5月11日星期六

介质故障的恢复（续） 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。 2019年5月11日星期六

介质故障的恢复（续） 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。 2019年5月11日星期六

第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 7.6 具有检查点的恢复技术 7.7 数据库镜像 7.8 Oracle的恢复技术 7.9 小结 2019年5月11日星期六

7.6 具有检查点的恢复技术 一、问题的提出 二、检查点技术 三、利用检查点的恢复策略 2019年5月11日星期六

一、问题的提出 两个问题: 搜索整个日志将耗费大量的时间; 　 REDO处理：重新执行，浪费了大量时间。 2019年5月11日星期六

解决方案 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。 2019年5月11日星期六

图7.3 具有检查点的日志文件和重新开始文件 2019年5月11日星期六

二、检查点技术 检查点记录的内容: 重新开始文件的内容: 1. 建立检查点时刻所有正在执行的事务清单; 2. 这些事务最近一个日志记录的地址。 重新开始文件的内容: 记录各个检查点记录在日志文件中的地址。 2019年5月11日星期六

图7.3 具有检查点的日志文件和重新开始文件 图解见下页起 2019年5月11日星期六

在检查点 维护日志文件 1. 将当前日志缓冲区中的所有日志记录写入磁盘的日志文件上。 2. 在日志文件中写入一个检查点记录。 　　　1. 将当前日志缓冲区中的所有日志记录写入磁盘的日志文件上。 　　　2. 在日志文件中写入一个检查点记录。 　　　3. 将当前数据缓冲区的所有数据记录写入磁盘的数据库中。 　　　4. 把检查点记录在日志文件中的地址写入一个重新开始文件。 2019年5月11日星期六

建立检查点 　定期: 按照预定的一个时间间隔。 不定期: 按照某种规则，如日志文件已写满一半建立一个检查点。 2019年5月11日星期六

三、利用检查点的恢复策略 当事务T在一个检查点之前提交T对数据库所做的修改已写入数据库; 在进行恢复处理时，没有必要对事务T执行 REDO操作。 　系统出现故障时，恢复子系统将根据事务的不同状态采取不同的恢复策略。 　　　　如下页图7.4所示: 2019年5月11日星期六

图7.4 恢复子系统采取的不同策略 T1 T2 T3 Tc (检查点) 不要REDO UNDO T4 T5 Tf(系统故障) 图7.4　恢复子系统采取的不同策略 Tc (检查点) Tf(系统故障) REDO UNDO T2 T3 T4 T5 不要REDO T1 2019年5月11日星期六

图7.4 恢复子系统采取的不同策略 的说明: T1: 在检查点之前提交; T2: 在检查点之前开始执行,在检查点之后故障之 前提交; 图7.4　恢复子系统采取的不同策略 的说明: T1: 在检查点之前提交; T2: 在检查点之前开始执行,在检查点之后故障之 前提交; T3:在检查点之前开始执行,在故障点时还未完成; T4:在检查点之后开始执行,在故障点之前提交; T5:在检查点之后开始执行,在故障点时还未完成。 　　　 T3 和T5在故障发生时还未完成，所以予以撤销； T2和T4在检查点之后才提交，它们对数据库所做的修改在故障发生时可能还在缓冲区中，尚未写入数据库，所以要REDO； T1在检查点之前已提交，所以不必执行REDO操作。 2019年5月11日星期六

利用检查点的恢复步骤 1. 从重新开始文件中找到最后一个检查点记录在日志文件中的地址; 2 由该地址在日志文件中找到最后一个检查点记录。 2019年5月11日星期六

利用检查点的恢复策略（续） 2.由该检查点记录得到检查点建立时刻所有正在执行的事务清单ACTIVE-LIST。 建立两个事务队列: UNDO-LIST[需要执行UNDO操作的事务集合] REDO-LIST [需要执行REDO操作的事务集合] 把ACTIVE-LIST暂时放入UNDO-LIST队列，REDO队列暂为空。 2019年5月11日星期六

利用检查点的恢复策略（续） 3.从检查点开始正向扫描日志文件，直到日志文件结束: 如有新开始的事务Ti，把Ti暂时放入UNDO-LIST队列; 如 有 提 交 的 事 务 Tj ，把 Tj 从 UNDO-LIST队列移到REDO-LIST队列 4. 对 UNDO - LIST中的 每 个 事 务 执 行UNDO操作, 对REDO-LIST中的每个事务执行REDO操作。 2019年5月11日星期六

第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 7.6 具有检查点的恢复技术 7.7 数据库镜像 7.8 Oracle的恢复技术 7.9 小结 2019年5月11日星期六

7.7 数据库镜像 介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严重影响数据库的可用性: 介质故障恢复比较费时; 7.7 数据库镜像 介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严重影响数据库的可用性: 介质故障恢复比较费时; 为预防介质故障，DBA必须周期性地转储数据库。 　　　提高数据库可用性的解决方案: 数据库镜像（Mirror） 2019年5月11日星期六

数据库镜像（续） 数据库镜像 DBMS自动把整个数据库或其中的关键数据 复制到另一个磁盘上; DBMS自动保证镜像数据与主数据的一致性 (图7.5a)。 2019年5月11日星期六

数据库镜像的用途 DBMS自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢复，不需要关闭系统和重装数据库副本(下页图7.5b)。 没有出现故障时: 　 出现介质故障时: DBMS自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢复，不需要关闭系统和重装数据库副本(下页图7.5b)。 没有出现故障时: 可用于并发操作(下页图7.5a); 一个用户对数据加排他锁修改数据; 其他用户可以读镜像数据库上的数据,而不必等待该用户释放锁。 2019年5月11日星期六

图 7.5 数据库镜像 2019年5月11日星期六

第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 7.6 具有检查点的恢复技术 7.7 数据库镜像 7.8 Oracle的恢复技术 7.9 小结 2019年5月11日星期六

*7.8 Oracle的恢复技术 1. 转储 2. 登记日志文件 2019年5月11日星期六

7.8 Oracle的恢复技术：转储 转储后备副本的方法: 文件拷贝; EXPORT实用程序; 用SQL命令SPOOL; 自己编程实现。 2019年5月11日星期六

重装后备副本的方法 文件拷贝: IMPORT实用程序; SQL*LOADER实用程序; 自己编程实现。 2019年5月11日星期六

2. 登记日志文件 　　ORACLE V.5：以数据块为单位； 　　ORACLE V.7：REDO日志 + 回滚段。 2019年5月11日星期六

ORACLE V.5的恢复技术 日志文件以数据块为单位，恢复操作不是基于操作，而是基于数据块的。 　　 日志文件以数据块为单位，恢复操作不是基于操作，而是基于数据块的。 　　　将更新前的旧值与更新后的新值分别放在两个不同的日志文件中。 　 记录数据库更新前旧值的日志文件称为数据库前像文件（Before Image，简称BI文件）。 　 记录数据库更新后新值的日志文件称为数据库的后像文件（After Image，简称AI文件）。 2019年5月11日星期六

OracleV.5 的恢复技术（续） BI文件是必须的，AI文件是任选的; 没有AI文件：只能执行UNDO处理，不能执行REDO处理。 2019年5月11日星期六

Oracle v.7的恢复技术（续） REDO日志文件：记录了被更新数据的前像和后像; 　　　回滚段(Rollback Segment）：记录尚未完成 的更新事务的更新数据的前像; 　　 事务故障恢复: 根据回滚段中的数据，撤消该事务的操作。 2019年5月11日星期六

Oracle V.7 的恢复技术（续） 系统故障恢复 优点：只需要扫描日志文件一遍。 　　系统故障恢复 　　首先扫描REDO日志文件，重做所有操作， 并对更新操作建立回滚段数据。当遇到提交记 录，取消相应回滚段中数据。 　　再根据回滚段中的数据，撤消未正常提交的 事务的操作（图7.6） 　优点：只需要扫描日志文件一遍。 2019年5月11日星期六

图7.6 Oracle的恢复过程 (a) 图7.6 Oracle的恢复过程 (a) 发生故障，事务非正常终止 Ta Tf T1 T3 T2 时间 故障点 2019年5月11日星期六

图7.6 Oracle的恢复过程 (b) 　　　　　(b) 利用REDO文件，重做所有操作 时间 T1 T3 T2 T44 2019年5月11日星期六

图7.6 Oracle的恢复过程 (c) T1 (c) 利用回滚段撤消未提交的事务数据库恢复到一致性状态 T2 时间 2019年5月11日星期六

Oracle的恢复技术（续） ORACLE V.7的恢复技术(续) 介质故障恢复 重装数据库后备副本文件，恢复到转储时 的数据库一致性状态; 利用在此之后转储的REDO日志文件副本 将数据库恢复到最近点(类似于系统故障恢 复)。 2019年5月11日星期六

第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 第七章 数据库恢复技术 7.1 事务的基本概念 7.2 数据库恢复概述 7.3 故障的种类 7.4 恢复的实现技术 7.5 恢复策略 7.6 具有检查点的恢复技术 7.7 数据库镜像 7.8 Oracle的恢复技术 7.9 小结 2019年5月11日星期六

7.9 小结 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。 7.9 小结 　　　 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; 2019年5月11日星期六

小结（续） 常用恢复技术 事务故障的恢复 系统故障的恢复 介质故障的恢复 UNDO UNDO + REDO 2019年5月11日星期六

小结（续） 提高恢复效率的技术 检查点技术 可以提高系统故障的恢复效率; 可以在一定程度上提高利用动态转储备份进行介质故障恢复的效率。 镜像技术 镜像技术可以改善介质故障的恢复效率。 2019年5月11日星期六