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1、琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 数据库恢复技术,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 事务的基本概念,一、事务定义 二、事务的特性,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 一个数据库操作序列 一个不可分割的工作单位 恢复和并发控制的基本单位 事务和程序比较 在关系数据库中，一个事务可以是一条或多条SQL语句,也可以包含一个或多个程序。 一个程序通常包含多个事务,琼州学院电子信息工程学
2、院,An Introduction to Database Systemhttp:/ BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACTION SQL 语句1 SQL 语句1 SQL 语句2 SQL 语句2 。 。 COMMIT ROLLBACK 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 原子性（Atomicity） 一致性（Consistency） 隔离性（Isolation） 持续性（Durability ）,琼州学院电子信息工程学院,An
3、 Introduction to Database Systemhttp:/ 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。 数据库的恢复 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),琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 系统故障 介质故障 计算机病毒,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 有的是可以通过事务程序本身发现的(见下面转账事 务的例子) 有的是非预期的,琼州学院
4、电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ BEGIN TRANSACTION 读账户甲的余额BALANCE； BALANCE=BALANCE-AMOUNT；(AMOUNT 为转账金额) 写回BALANCE； IF(BALANCE 0 ) 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； ,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database
5、Systemhttp:/ 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。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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等 以后，事务故障仅指这类非预期的故障 事务故障的恢复：撤消事务（UNDO）,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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
6、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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 操作系统故障 DBMS代码错误 系统断电,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 称
7、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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 一是数据库
8、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。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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 如何建立冗余数据 数据转储（backup） 登录日志文件（logging） 如何利用这些冗余数据实施数据库恢复,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 数据转储,一、什么是数据转储 二、转储
9、方法,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 2海量转储与增量转储 3转储方法小结,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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
10、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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 需要把动态转储期间各
11、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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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 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往往更方便 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ Introduction to Database Systemhtt
12、p:/ 登记日志文件,一、日志文件的格式和内容 二、日志文件的作用 三、登记日志文件,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 日志文件(log)是用来记录事务对数据库的更新操作的文 件 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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 以上均作为日志文件中的一个日志记录
13、(log record),琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 事务标识（标明是哪个事务） 操作类型（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）,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 事务标识（标明是那个事务） 被更新的数据块,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 进行系统故障恢复 协助后
14、备副本进行介质故障恢复,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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 继续运行 恢复 ,登记日志文件,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 系统在Ta时刻停止运行事务，进行数据库转储 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，将数据库恢复至Tb时刻的状态 重新运行自TbTf时刻的所有更新事务，把数据库恢复到故障发
15、生前的一致状态,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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
16、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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 恢复策略,5.1 事务故障的恢复 5.2 系统故障的恢复 10.5.3 介质故障的恢复,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 事务故障的恢复,事务故障：事务在运行至正常终止点前被终止 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，对用户是透明的，不需要用户干预,琼州学院电子信息工程学院,An
17、 Introduction to Database Systemhttp:/ 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。 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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
18、障恢复就完成了。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 系统故障的恢复,系统故障造成数据库不一致状态的原因 未完成事务对数据库的更新已写入数据库 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 正向扫描日志文件（即从头扫描日志文件） 重做(REDO) 队列: 在故障发生前已经
19、提交的事务 这些事务既有BEGIN TRANSACTION记录，也有COMMIT记录 撤销 (Undo)队列:故障发生时尚未完成的事务 这些事务只有BEGIN TRANSACTION记录，无相应的COMMIT记录,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 对撤销(Undo)队列事务进行撤销(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 即将日志记录中“更新前的值”写入数据库 3. 对重做(Redo)队列事务进行重做(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 即将日志记录中
20、“更新后的值”写入数据库,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 介质故障的恢复,1.重装数据库 2.重做已完成的事务,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 1. 装入最新的后备数据库副本(离故障发生时刻最近的转储副本) ，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，还须同时装入转储时刻的日志文件副本，利用与恢复系统故障的方法（即REDO+UNDO），才能将数据库恢复到一致性状
21、态。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 装入有关的日志文件副本(转储结束时刻的日志文件副本) ，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。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子
22、信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息工程学院
23、,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ Introduction to Database Systemhttp:/ 周期性地执行如下操作：建立检查点，保存数据库状态。 具体步骤是： 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
24、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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 定期 按照预定的一个时间间隔，如每隔一小时建立一个检查点 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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 写入时间是在这个检查点建立之前或在这个检查点建立之时 在进行恢复处理时，没有必要对事务T执行REDO操作,琼州学院电子信息工程
25、学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ Introduction to Database Systemhttp:/ T2：在检查点之前开始执行，在检查点之后故障点之前提交 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 恢复策略： 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,琼州学院电子信息
26、工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ Introduction to Database Systemhttp:/ 建立两个事务队列 UNDO-LIST REDO-LIST 把ACTIVE-LIST暂时放入UNDO-LIST队列，REDO队列暂为空。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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
27、作 对REDO-LIST中的每个事务执行REDO操作,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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）,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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库的一致性 每当主数据库更新时，DBM
28、S自动把更新后的数据复制过去（如下图所示）,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ Introduction to Database Systemhttp:/ 可由镜像磁盘继续提供使用 同时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(如下图所示),琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 可用于并发操作 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,琼州学院电子信息工程学院,An In
29、troduction to Database Systemhttp:/ 在实际应用中用户往往只选择对关键数据和日志文件镜像，而不是对整个数据库进行镜像,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 恢复中最经常使用的技术：数据库转储
30、和登记日志文件 恢复的基本原理：利用存储在后备副本、日志文件和数据库镜像中的冗余数据来重建数据库,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 事务故障的恢复 UNDO 系统故障的恢复 UNDO + REDO 介质故障的恢复 重装备份并恢复到一致性状态 + REDO,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 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,琼州学院电子信息
31、工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ SERVER2000 备份与恢复技术,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ Introduction to Database Systemhttp:/ Introduction to Database Systemhttp:/ Server组】|【(LOCAL)】|【数据库】，右击“教学成绩管理数据库”，单击【所有任务】、【备份数据库】命令，则弹出【SQL Server 备份 教学成绩管理数据库】对话框，如图10.36(2)所示。,(
32、3)单击【添加】按钮，弹出【选择备份目的】对话框，如图10.36(3)所示，在【文件名】文本框中输入“e:数据库备份教学成绩数据库备份.bak”，单击【确定】按钮完成添加。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ Introduction to Database Systemhttp:/ Server 2000支持在线备份，因此通常情况下可以一边进行备份，一边进行其他操作，但是在备份过程中不允许执行创建或删除数据库文件、创建索引、执行非日志操作和自动或手工缩小数据库或数据库文件大小等操作。,(2) SQL Server支持数据
33、库-完整、数据库-差异、事务日志、文件和文件组备份类型。完整数据库备份是指数据库的完整副本，包括数据文件和事务日志的整个数据库。差异数据库备份是指仅备份自上次数据库备份之后修改过的数据库页。,【知识点】,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ Introduction to Database Systemhttp:/ backup database 数据库名 to 备份设备名 | disk=物理磁盘文件名,【知识点】,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ d
34、atabase语句。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 数据库定时自动备份,【演练10.13】使用企业管理器设置数据库自动定时备份：在每天凌晨3:00夜深人静、连接用户最少的时候开始将“教学成绩管理数据库”备份到“e:数据库备份教学成绩管理数据库每日备份.bak”文件。,(1)打开企业管理器，展开【SQL Server组】|【(LOCAL)】|【数据库】，右击“教学成绩管理数据库”，单击【所有任务】|【备份数据库】命令，弹出【SQL Server 备份教学成绩管理数据库】对话框，在【名称】文本框中输入“教学成绩管理数据库
35、 每天备份”，单击【添加】按钮，弹出【选择备份目的】对话框，在【文件名】文本框中输入“e:数据库备份教学成绩管理数据库每日备份.bak”，单击【确定】按钮完成添加，如图10.37所示。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 数据库定时自动备份,(2)在【SQL Server 备份教学成绩管理数据库】对话框中，在【备份】选项组中选择【数据库完全】单选按钮，在【重写】选项组中选择【重写现有媒体】单选按钮，用新的备份来覆盖原来的备份，选择【调度】复选框并单击右面【】按钮，弹出【编辑调度】对话框，在【名称】文本框中输入“每日3时备份
36、调度”，在【调度类型】选项组单击【更改】按钮，弹出【编辑反复出现的作业调度】对话框，如图10.38(3)所示，然后发生频率选择【每天】和【1】天、每日频率选择【一次发生于】和【3:00:00】、持续时间填写开始日期和选中【无结束日期】单选按钮，单击【确定】按钮完成时间设置，在【编辑调度】对话框中单击【确定】按钮返回。,琼州学院电子信息工程学院,An Introduction to Database Systemhttp:/ 数据库定时自动备份,(3)在【SQL Server 备份教学成绩管理数据库】对话框中，单击【确定】按钮完成备份设置。如果【SQL Server代理】服务器未启动，会弹出如图10.39(2)所示的提示框，然后展开【SQL Server组】|【(LOCAL)】|【管理】，右击【SQL Server代理】，单击【启动】命令启动代理服务器，如图10.39所示。如果不存在“e:数据库备份”文件