第7章数据库

6
第二节
一、恢复 1.概念
数据库恢复
当计算机系统遇到各种故障，为了防止他们对数据库数据
正确性的破坏，系统应具有检测故障并把数据从错误状态 恢复到某一正确状态的能力。 2.基本原则 “冗余”，即数据库重复存储
7
第二节
3. 与事务原子性的联系
数据库恢复
银行转账系统 A=2000 B=1000
假设没有事务的 原子性，那么重 新启动事务时要 么A因为再执行一 遍而为1800，要 么B因从未执行而 保持原值
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 ─────────┴－－－－－─－－－－－－－┴────── 登记日志文件
└──────
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第三节
一、事务故障（UNDO）
故障及恢复策略
由不可预知的、非正常的事务中断所导致的故障。
1.常见原因

事务故障的常见原因
输入数据有误
动态转储 转储和事务可以并发执行


数据库恢复
转储期间允许对数据库进行存取或修改
转储结束时后援副本上的数据不能保证正确有效 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
13
第二节
数据库恢复
需要把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。 因此数据库进行恢复时，后援副本加上日志文件就能把 数据库恢复到某一时刻的正确状态。
得到的是一个数据一致的副本

转储期间不允许对数据库的任何存取、修改活动 优点：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 ；
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第二节
数据库恢复
静态转储
故障发生点
转储
运行事务
正常运行
Ta Tb Tf
重新运 重装后备副本
行事务
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恢
复
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第二节

第七章
学习目标：
数据库恢复技术
• 理解计算机安全性的概念 • 掌握数据库的安全性控制、掌握Oracle的安全性技术 • 掌握数据完整性的设置方法 • 理解并发控制所带来的问题，并发的调度 • 理解数据的恢复技术及实现方法
1
第一节
一、概述 1.单用户系统
事务
任何时刻只允许一个用户使用的系统
2.多用户系统 允许多个用户同时使用的数据库系统，即多个事务并行执行。 并发操作——在单处理机上利用分时的方式实现多个事务的同 时操作。 并发控制——对多个用户并发地存取数据库时就会产生多个事 务同时存取同一数据进行控制。
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，则用BI 代替 AI（After Image）
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第三节
同样处理。
故障及恢复策略
c.继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做
d.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。
由系统自动完成，对用户透明
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第三节
故障及恢复策略
二、系统故障(软故障，Soft Crash)(UNDO+REDO) 指造成系统停止运转的任何事件，使得系统必须重新启动。
包括：

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
系统故障在系统重新启动时自动完成，不需要用户干预
30
第三节
故障及恢复策略
三、介质故障(硬故障，Hard Crash) (重装备份并恢复到一致性状态 + REDO) 系统在运行的过程中，由于磁盘介质受破坏导致数据库本身受 损，使数据库数据部分或全部丢失。
比前两类故障的可能性小 得多，但破坏性大得多
1.常见原因
件综合起来才能有效地恢复数据库
在静态转储方式中，可利用后援副本将数据库恢复的转储
结束时的正确状态，利用日志文件，把已完成的事务重新 处理
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第二节
静态转储 正常运行
数据库恢复
故障发生点 运行事务 ↓
─┼──────┼──────────┼──
Ta Tb 登记日志文件 Tf
└───────────┴──
28
第三节
3. 恢复方法

故障及恢复策略
Undo 故障发生时未完成的事务

Redo 已完成的事务
29
第三节
4.恢复步骤 a.正向扫描日志文件

只有BEGIN TRANSACTION标 记，
故障及恢复策略
未提交的事务，将其事务标记记入撤销（UNDO）队列； 已提交的事务，其事务标记记入重做（REDO）队列。
各个事务的所有更新操作
与事务有关的内部更新操作
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第二节
数据库恢复
日志文件中的一个日志记录 (log record)的内容
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ID、Block NO.） 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）
【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
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第二节
2.登记日志文件（Log）
数据库恢复
日志文件——用来记录数据库更新操作的文件，是系统运行的
历史记录。

日志文件的内容
各个事务的开始标记 (BEGIN TRANSACTION)
各个事务的结束标记 (COMMIT或ROLLBACK)
3.事务的定义
事务
在SQL语言中，定义事务的语句有如下三条：


BEGIN TRANSACTION 表示事务的开始 COMMIT 表示事务的提交 ROLLBACK
表示事务回滚
SAVEPOINT n 表示事物回滚到设置的保存点
4
第一节

事务
BEGIN TRANSACTION
显式定义方式 BEGIN TRANSACTION
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第四节

检查点的恢复技术
动态维护日志文件的方法（周期性执行下列操作） 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 在日志文件中写入一个检查点记录
将当前数据缓冲区的所有数据记录写入磁盘的数据库中
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
建立检查点 定期 按照预定的一个时间间隔
2
第一节
二、事务（Transaction） 1.概念
事务
是一个逻辑工作单元，即用户定义的一个数据库操作序列。
一个事务可以是一条语句或一组SQL语句或整个应用程序。
2.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
3
第一节
做处理。 介质故障的恢复需要DBA介入，但DBA只需要重装最近转储的 数据库副本和有关的各日志文件副本，然后执行系统提供的恢 复命令即可，具体恢复操作由DBA完成。
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第四节
检查点的恢复技术
检查点（Checkpoint）的恢复技术 采用日志技术进行数据库恢复时，恢复子系统必须搜索日志， 确定哪些事务需要REDO，哪些事务需要UNDO。——费时 通常采用检查点来解决问题， 在日志文件中增加一类新的记录——检查点记录，增加一个重

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
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第四节
恢复策略
T1 T2 T3 T4 T5
Tc（检查点）
无相应的 COMMIT标记 既有BEGIN TRANSACTION标记， 也有COMMIT标记
b.对撤销队列中的各个事务进行撤销（UNDO）处理
即反向扫描日志文件，对每个UNDO事务更新执行逆操作。 c.对重做队列中的各个事务进行重做(REDO）处理 即正向扫描日志文件，对每个REDO事务重新执行日志文件登 记的操作。
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
━━━━━━┥
15
第二节
按转储的方式分：
数据库恢复


海量转储
每次转储全部的数据库 增量转储 每次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 ；
新开始文件。
即检查点以前的提交的事务不需要重做。
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第四节
Ci检查点记录 地址
检查点的恢复技术
日志 记录
T1 D1
T2
D2
检查点 记录
重新开始文件
日志文件
检查点记录的内容：
－建立检查点时刻所有正在执行的事务清单
－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
SQL 语句1
SQL 语句2 …… COMMIT

SQL 语句1
SQL 语句2 …… 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
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第一节
事务
2.事务的性质（ACID准则） 原子性（Atomicity） 事务要么全部执行，要么全部不执行，不允许完成部分事务。 一致性（Consistency） 事务的执行结果必须使数据库从一个一致状态变到令一个一致 状态。它和原子性密切相关。 隔离性（Isolation） 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，并发执行的各事务之间 不能相互干扰。 持久性（Permanence) 也称永久性，事务一旦提交，它对数据库中数据的改变是永久 的，不会因故障而丢失。

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
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第三节
2.具体步骤
故障及恢复策略
a. 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 的可用状态 b. 装入最新的日志文件副本，根据日志文件中的内容重做已完 成的事务。即先正向扫描日志文件，找出发生故障前已提交
的事务，将其记入重做队列，再对重做队列中的事务进行重
来的过程，是数据库恢复的基本技术。
9
第二节
转储
数据库恢复
运行事务
Tb
故障发生点
Tf
正常运行 恢 复
Ta
重新运 重装后备副本 行事务
转储耗费时间和资源，DBA应当根据数据库的使用情况确定 一个适当的转储周期。
10
第二节
按转储的状态为:
数据库恢复

静态转储 在系统中无事务运行时的转储操作
系统中无运行事务时进行转储
事务 A=A-100 B=B+100
Output （A）
断电或其 他故障
Output （B）
8
第二节
二、实现技术
数据库恢复
占整个系统代码10% 以上
数据恢复子系统是DBMS的一个重要组成部分，对系统可靠程 度起决定性作用。其关键是：如何建立冗余数据；如何利用冗 余数据实施恢复。 1.数据转储
即DBA定期将整个数据库复制到磁带或另一个磁盘上保存起
动态转储
转储，运行事务 运行事务 故障发生点
正常运 行
Ta
Tb
Tf
重装后备副本
利用日志文件恢复
恢
复
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第二节
利用动态转储副本进行恢复：
Ta Tb
数据库恢复
Tf 运行事务 故障发生点
动态转储 正常运行
─┼───────┼─────────────
登记日志文件
登记新日志文件
─────────┼─────────────



27
第三节
1. 常见原因：

故障及恢复策略
操作系统或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
2. 系统故障造成数据库不一致状态有两个原因

未完成事务对数据库的更新已经写入到数据库中
已提交的事务对数据库的更新可能还留在缓冲区没来得及 写入
数据库
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
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第三节
2.恢复方法
故障及恢复策略
恢复子系统利用日志文件撤销（UNDO）此事务对数据库进 行的修改。 3.恢复步骤 a.反向扫描日志文件，查找该事务的更新操作 b.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”（BeforImage, BI）写入数据库。
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第二节

登记日志文件
数据库恢复
为保证数据库可恢复，登记日志文件必须遵循两条原则：
登记的次序严格按照并发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
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第二节

数据库恢复
日志文件的作用
故障恢复使用日志文件 在动态转储方式中必须建立日志文件，后援副本和日志文
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第二节
转储方法分类：
数据库恢复
转储状态 动态转储 海量转储 转储 方式 增量转储 动态海量转储 动态增量转储 静态转储 静态海量转储 静态增量转储
17
第二节
转储策略：
数据库恢复


应定期进行数据转储，制作后备副本
转储十分耗费时间和资源，不能频繁进行

DBA根据数据库使用情况确定适当的转储周期和转储方法