数据库原理第6章 数据库恢复技术 V2.1
简述数据库恢复的原理
简述数据库恢复的原理数据库恢复是指在数据库发生故障或崩溃后，通过各种手段和技术，将数据库从故障状态恢复到正常状态的过程。
数据库恢复的原理涉及到事务、日志和检查点等关键概念。
事务是数据库操作的基本单位，一次完整的事务包括一系列的数据库操作，如数据的插入、删除和更新等。
事务具有原子性、一致性、隔离性和持久性的特性。
原子性指事务中的所有操作要么全部执行，要么全部不执行；一致性指事务执行前后数据库的完整性约束要满足；隔离性指多个事务能够并发执行而互不干扰；持久性指一旦事务提交，其结果就是永久性的。
在数据库工作时，每次事务执行的详细操作都会被记录在日志文件中。
日志文件包含了事务的开始、提交或回滚操作以及对数据库操作的详细记录。
日志文件的记录可以用于恢复数据库的一致性状态。
在数据库发生故障或崩溃后，可以通过分析和应用日志文件来恢复数据库。
数据库中还有一个重要的概念是检查点。
检查点是指数据库在某个特定时间点的状态。
为了减少数据库恢复的时间，数据库会定期创建检查点，将数据库的状态保存到磁盘上。
当数据库发生故障或崩溃时，可以通过回滚到最近的检查点来进行快速恢复。
数据库恢复的原理基本上可以分为两种方法：重做恢复和撤销恢复。
重做恢复是指通过分析日志文件，将已提交的事务所做的修改重新执行一遍，从而恢复数据库到故障前的状态。
重做恢复的过程包括了分析日志和重新执行操作两个步骤。
日志分析是指通过读取日志文件，找出未写入数据库的操作，确定哪些事务已提交。
操作的重新执行可以通过读取日志中的操作记录，然后根据记录的信息对数据库进行相应的操作。
撤销恢复是指通过分析日志文件，找出未提交事务的操作，将这些操作的影响撤销，从而恢复数据库到故障前的状态。
撤销恢复的过程包括了分析日志和撤销操作两个步骤。
日志分析是指通过读取日志文件，找出未提交的事务，确定哪些操作需要撤销。
操作的撤销可以通过读取日志中的操作记录，然后根据记录的信息对数据库进行相应的撤销操作。
数据库恢复技术
数据库恢复技术---恢复内容开始---数据库恢复技术事务：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。
事物的 ACID 特性：原⼦性、⼀致性、隔离性、持续性。
恢复的实现技术：建⽴冗余数据 -> 利⽤冗余数据实施数据库恢复。
建⽴冗余数据常⽤技术：数据转储（动态海量转储、动态增量转储、静态海量转储、静态增量转储）、登记⽇志⽂件。
ACID特性1. 原⼦性（Atomicity）⼀个原⼦事务要么完整执⾏，要么⼲脆不执⾏。
这意味着，⼯作单元中的每项任务都必须正确执⾏。
如果有任⼀任务执⾏失败，则整个⼯作单元或事务就会被终⽌。
即此前对数据所作的任何修改都将被撤销。
如果所有任务都被成功执⾏，事务就会被提交，即对数据所作的修改将会是永久性的。
2. ⼀致性（Consistency）⼀致性代表了底层数据存储的完整性。
它必须由事务系统和应⽤开发⼈员共同来保证。
事务系统通过保证事务的原⼦性，隔离性和持久性来满⾜这⼀要求; 应⽤开发⼈员则需要保证数据库有适当的约束(主键，引⽤完整性等)，并且⼯作单元中所实现的业务逻辑不会导致数据的不⼀致(即，数据预期所表达的现实业务情况不相⼀致)。
例如，在⼀次转账过程中，从某⼀账户中扣除的⾦额必须与另⼀账户中存⼊的⾦额相等。
3. 隔离性（Isolation）隔离性意味着事务必须在不⼲扰其他进程或事务的前提下独⽴执⾏。
换⾔之，在事务或⼯作单元执⾏完毕之前，其所访问的数据不能受系统其他部分的影响。
当我们编写了⼀条 update 语句，提交到数据库的⼀刹那间，有可能别⼈也提交了⼀条 delete 语句到数据库中。
也许我们都是对同⼀条记录进⾏操作，可以想象，如果不稍加控制，就会出⼤⿇烦来。
我们必须保证数据库操作之间是“隔离”的（线程之间有时也要做到隔离），彼此之间没有任何⼲扰。
4. 持久性（Durability）持久性表⽰在某个事务的执⾏过程中，对数据所作的所有改动都必须在事务成功结束前保存⾄某种物理存储设备。
数据库原理数据库恢复技术
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事务内部的故障
• 概述
• 事务内部故障，有的可以通过事务程序本身发现，有的是非预期的，不能有事务程序处理。
• 示例：银行转账
• begin transaction
• 读取帐户甲的余额balance;
• balance=balance-amount;
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系统故障的恢复 • 任务
• 撤销故障发生时未完成的事务 • 重做已完成的事务。
• 步骤
• 正向扫描日志文件，找出故障发生前已经提交的事务（既有begin transaction,又 有commit），将其事务标识记入重做（redo）队列；同时找出故障发生时尚未完 成的事务，将其事务标识记入撤消（undo）队列。
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恢复概念
• 概念 • 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态（也称一致状态或完整状态）。
• 恢复技术的地位 • 恢复技术是数据库管理系统的重要组成部分； • 对系统的可靠性起决定作用； • 对系统的效率有很大影响； • 是衡量系统性能优劣的重要指标。
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3 故障的种类
• if(balance<0) then{打印‘金额不足，不能转帐’;rollback;}
• else{写回balance;读取帐户乙的余额balance；
•
balance=balance+amount;
•
写回帐户乙的余额balance;commit;
•
}
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示例中事务内部故障
• 可预料故障 • 如：资金不足。
检查点Ci的 重新开始记录
数据库恢复技术课件
故障分析
定位故障原因，确需要恢复的数据。
事务日志恢复
通过日志恢复操作，将数据库恢复到故 障前的一致状态。
数据库故障预防措施
监控和报警
定期检测数据库故障的迹象， 并设置及时的报警机制。
容灾和备份
建立容灾系统和定期进行数据 库备份，以防止数据丢失。
性能优化
优化数据库的性能，提升稳定 性和可靠性。
数据库恢复的未来发展趋势
数据还原
将备份数据恢复到数据库服务器，以恢复数据库的 完整性和可用性。
快速恢复技术
1 事务日志恢复
通过回滚和重做操作，将数据库恢复到故障前的状态。
2 数据库镜像
通过实时复制和同步，将数据库复制到其他服务器，以保证可用性和灾难恢复能力。
单机数据库恢复案例
1
备份恢复
2
从备份中恢复数据，确保数据库可用。
基础恢复技术
包括数据备份和还原、数据镜像等技术，用于快速恢复数据库到某个时间点的状态。
日志恢复技术
通过数据库的事务日志，将数据库从断点处恢复到崩溃前的一致状态。
数据文件恢复技术
用于修复损坏或损失的数据库文件，以保证数据库的完整性和可用性。
备份和还原技术
数据备份
通过备份数据库，可以在数据丢失时恢复到备份点， 保证数据的安全性。
未来数据库恢复技术将更加智能化和自动化，结合人工智能和大数据分析，提高恢复的效率和准确性。
数据库恢复技术的前景和挑战
数据库恢复技术在数据安全和业务连续性方面的重要性日益凸显，但同时也 面临着快速增长的数据量和复杂性带来的挑战。
数据库恢复技术ppt课件
本课件将介绍数据库恢复技术的全貌，包括分类、原理以及各种恢复技术的 应用等内容，帮助您更好地了解和掌握数据库恢复的关键知识。
数据库恢复 原理
数据库恢复原理
数据库恢复（Database Recovery）是指在数据库发生故障时，通过一定的技术手段将数据库恢复到一个可用状态的过程。
数据库恢复的原理主要包括日志记录和数据备份。
1.日志记录：数据库在运行时产生大量的日志信息，记录了各种更新操作的详细情况，如插入数据、修改数据、删除数据等。
这些日志信息可以被用来还原数据库的状态，并防止意外的数据丢失。
在数据库发生故障时，可以通过重放数据库日志的方式，将故障发生前的所有操作重新执行一遍，从而最大限度地恢复数据库。
2.数据备份：数据库备份是指将数据库中的数据和日志信息定期地复制到另一个存储位置，以防止数据库故障时数据的丢失。
数据库备份可以通过不同的方式来实现，包括完全备份、增量备份和差异备份等方法。
在数据库发生故障时，可以通过恢复备份数据的方式来重新构建数据库，从而实现数据库的恢复。
总之，数据库恢复的原理是通过日志记录和数据备份的方式来还原数据库的状态，让数据库在故障后能够尽快恢复到可用的状态，确保数据库的可靠性和安全性。
数据库恢复技术
数据库恢复技术随着信息技术的不断发展，数据库已经成为了现代企业管理的重要工具。
然而，在日常使用过程中，数据库可能会遭受各种各样的损坏，导致数据丢失或者无法访问。
为了保障数据的安全，数据库恢复技术变得越来越重要。
本文将介绍数据库恢复技术的基本概念、常见故障类型和恢复方法，希望能够为读者提供帮助。
一、基本概念1.1 数据库恢复数据库恢复是指在数据库发生故障或者出现数据丢失的情况下，通过一系列的操作和技术手段，将数据库恢复到之前的状态或者尽可能地恢复数据。
数据库恢复是保障数据安全的重要手段，也是数据库管理人员必须掌握的技能之一。
1.2 数据库故障数据库故障是指数据库的硬件或者软件出现了问题，导致数据库无法正常工作或者数据丢失。
常见的数据库故障包括硬件故障、软件故障、人为错误等。
1.3 数据库备份数据库备份是指将数据库的数据和日志文件复制到另一个存储介质中，以便在数据库损坏或者数据丢失的情况下进行数据恢复。
数据库备份是数据库恢复的重要前提，也是保障数据安全的有效手段。
二、常见故障类型2.1 硬件故障硬件故障是指数据库服务器的硬件设备出现了问题，导致数据库无法正常工作。
常见的硬件故障包括硬盘故障、电源故障、内存故障等。
硬件故障可能导致数据丢失或者无法访问，需要通过数据库恢复技术进行修复。
2.2 软件故障软件故障是指数据库管理系统出现了问题，导致数据库无法正常工作。
常见的软件故障包括操作系统崩溃、数据库软件崩溃、网络故障等。
软件故障可能导致数据丢失或者无法访问，需要通过数据库恢复技术进行修复。
2.3 人为错误人为错误是指数据库管理人员或者用户在使用数据库的过程中出现了错误，导致数据丢失或者无法访问。
常见的人为错误包括误删除数据、误修改数据等。
人为错误可能导致数据丢失或者无法访问，需要通过数据库恢复技术进行修复。
三、恢复方法3.1 数据库备份恢复数据库备份恢复是指通过已经备份的数据库数据和日志文件，将数据库恢复到之前的状态。
数据库恢复技术 教学PPT课件
➢不受干扰
10.1 事务的基本概念
1. 事务（Transaction）
【定义】用户定义的一个对数据库读写操作序列， 是一个不可分割的工作单位。 （1）在关系数据库中，事务可以是一条、一组SQL 语句，或整个程序。 （2）数据库系统中通常有多个事务并行运行。 （3）数据库恢复和并发控制的基本单位。
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故障的种类
2. 系统故障(system) 系统重启、OS故障、DBMS代码错误、掉电等。
发生系统故障时： （1）一些尚未完成的事务的结果可能已经写入数 据库。（UNDO） （2）有些已完成的事务的结果甚至驻留在缓冲区 中。 （REDO）
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故障的种类 3. 介质故障(medium)
介质故障也称为硬故障。如：磁盘损坏等。 这类事故破坏数据库或部分数据库。
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10.3 故障的种类及其影响
10.3.1 故障的种类
1. 事务内部故障
事务在运行至正常终止点(commit或rollback)前
被终止。
预期故障
包括（预期的、非预期的）
能由事务所在程序处理的，如条件不满足等。
不能由事务所在程序处理的，如运算溢出等(主要
讨论的)。
这类恢复操作称为事务撤消。
非预期故障
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commit用法
• oracle数据库 • update,delete,insert 需要执行commit; • • create,drop,alter 不需要执行commit; • mysql数据库 • 不需要执行commit; • set autocommit=0/1 (禁止/开启自动提交)
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事务的性质(ACID特性）
第六章 数据库的备份与恢复
6.1备份与恢复
•事务故障
事务故障是指事务运行时由于某种原因， 没有被正常结束提交，就终止了。 可由SQL Sever2005本身进行修复，不需要 DBA手工干预。
6.1备份与恢复
•介质故障
又称为硬故障，例如：
由于物理存储介质的故障发生读写错误
或者保存有数据库文件的磁盘驱动器彻底崩 溃或损坏
三、SQL Server 2005数据库的恢复模型
6.4SQL Server 2005数据库的恢复模型
6.4.2简单恢复模型（Simple Recovery）
工作在简单恢复模型下的SQL Server 2005数 据库的日志虽然会记录下数据库的所有操作， 但是在检查点进程发生以后就会自动截断日志 中不活动的部分（也就是已经完成的事务）， 这样每发生一次检查点，日志已经完成的部分 就被删除了。 因此，只能将数据库恢复到最后一次备份时的 状态，无法还原到故障点或特定的即时点。只 能进行完整备份和差异备份。
6.6 SQLServer2005数据库的备份与恢复操作
一、使用Management Studio备份数据库
6.6 SQLServer2005数据库的备份操作
二、使用备份设备备份数据库 SQL Sever2005将备份数据库的场所称为备 份设备，它支持将数据库备份到磁带或磁盘上。 备份设备实际上就是物理存在的磁盘文件。 SQL Sever2005支持两种备份方式，一种是 先建立备份设备，然后再将数据库备份到备份 设备上；一种是直接将数据库备份到物理文件 上。
6.5SQL Server 2005数据库的 备份与恢复组合策略
6.5.1备份方案
完整备份（每个星期天一次）+差异备 份（每天备份一次）+日志备份（每2小时或 更短时间备份一次）
数据库第6章数据库恢复技术PPT课件
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6.3 恢复的实现技术
事务T的执行步骤
➢ 在T开始执行前，向日志中写入记录<T START> ➢ T的一次write（X）操作导致向日志中写入一条
新记录 ➢ 最后，当T全部操作结束，向日志中写入记录<T
隔离性（Isolation）：当多个事务并发执行时， 一个事务的执行不能被其他事务干扰
持续性（Durability）：一个事务一旦提交，它对 数据库中数据的改变应该是永久性的，即使系统 可能出现故障
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6.1 事务概念
事务的状态
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6.3 恢复的实现技术
恢复机制常用的技术
➢ 记录日志文件 ➢ 数据转储
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6.3 恢复的实现技术
6.3.1 日志
日志是DBMS用来记录事务对数据库的更新操作 的文件，是日志记录的序列
日志记录描述内容主要包括：
➢ 事务标识符:执行写操作事务的唯一标识符。 ➢ 数据项标识符:事务操作对象的唯一标识符。 ➢ 前像（BI）:更新前数据的旧值。 ➢ 后像（AI）:更新后数据的新值。
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6.1 事务概念
事务的显式定义
BEGIN TRANSACTION SQL 语句1 SQL 语句2 …
COMMIT END TRANSACTION
BEGIN TRANSACTION SQL 语句1 SQL 语句2 …
第6章数据库恢复技术
6.6 故障类型及恢复方法
2.
•
系统故障
系统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。例如，特定类型的硬件错误(CPU故障)、操作系统故障、 DBMS代码错误、突然停电等等。 这类故障影响正在运行的所有事务，但不破坏数据库。这时主 存内容，尤其是数据库缓冲区(在内存)中的内容都被丢失，所 有运行事务都非正常终止。 发生系统故障时，一些尚未完成的事务的结果可能已送入物理 数据库，有些已完成的事务可能有一部分甚至全部留在缓冲区， 尚未写回到磁盘上的物理数据库中，从而造成数据库可能处于 不正确的状态。 为保证数据一致性，恢复子系统必须在系统重新启动时让所有 非正常终止的事务回滚，强行撤消(UNDO)所有未完成事务。 重做(Redo)所有已提交的事务，以将数据库真正恢复到一致状 态。
6.6 故障类型及恢复方法
• 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。如下图所示：
• • • • • • • •
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。 T3和T5在故障发生时还未完成，所以予以撤消； 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。
•
• •
6.6 故障类型及恢复方法
1. •
•
事务内部的故障 事务内部的故障有的是可以通过事务程序本身发现的（见下面转帐事 务的例子），有的是非预期的，不能由事务程序处理的。 例如：银行转帐事务，这个事务把一笔金额从一个帐户甲转给另一个 帐户乙。 BEGIN TRANSACTION 读帐户甲的余额BALANCE； BALANCE = BALANCE-AMOUNT；（AMOUNT 为转帐金额） IF（BALANCE〈0 ） THEN { 打印′金额不足，不能转帐′； ROLLBACK；（撤消该事务）} ELSE{ 写回 BALANCE； 读帐户乙的余额BALANCE1； BALANCE1 = BALANCE1+AMOUNT； 写回BALANCE1； COMMIT；}
数据库恢复原理
数据库恢复原理数据库恢复是指在数据库发生异常、损坏或丢失数据的情况下，通过各种方法将数据库恢复到正常的工作状态。
数据库恢复是一个复杂的过程，需要依赖数据库管理系统(DMS)的支持和一些恢复技术。
下面将详细介绍数据库恢复的原理和相关技术。
一、数据库恢复的原理1.原子性：数据库中的每个事务都应当被视为一个不可分割的工作单元，要么全部执行，要么全部回滚。
当数据库发生异常或故障时，可以通过回滚未完成事务的方式来保证数据的一致性。
2.一致性：数据库中的数据应当满足一些预定义的规则和约束，如关系模型中的主键、外键约束等。
在恢复过程中，需要保证这些约束条件的完整性，以保证恢复后的数据库数据与故障前的数据一致。
3.隔离性：数据库中的事务应当相互隔离，即一个事务的执行不应当被其他事务所影响。
在数据库恢复过程中，需要保证已提交的事务不会受到未提交事务的影响。
4.持久性：数据库中的数据一旦提交，应当永久保存。
即使在数据库发生异常或故障时，也需要通过恢复技术将已提交的数据从日志或备份中恢复出来。
基于以上事务处理机制的原则，数据库恢复通常包括以下几个步骤：1.故障检测：通过数据库管理系统的错误检测机制，检测数据库的异常或故障，并判断是否需要进行恢复操作。
2.事务回滚：将未完成的事务进行回滚，撤销未完成的操作，以保证数据的一致性和完整性。
3.日志重做：通过数据库的日志记录，将已提交的事务进行重做，将日志中的操作应用于数据库，以保持数据库的一致性。
4.数据恢复：从备份或者其他灾难恢复方案中，将已提交的数据恢复到数据库中，以保证数据库的完整性。
二、数据库恢复的技术1.冷备份和热备份：冷备份是在数据库关闭状态下备份数据，热备份是在数据库运行状态下备份数据。
备份可以保证数据在发生异常或故障时的可用性，通过将备份数据恢复到数据库中，可以恢复数据库的完整性。
2.日志备份和重做：数据库管理系统会将事务的操作日志持久化保存，当数据库发生异常时，可以使用日志进行数据的恢复。
数据库 6数据库恢复技术
事务的开始与结束可以由用户显式控制。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 事务开始
<对数据库的更新操作>
COMMIT
事务提交
ROLLBACK
事务回滚
举例2：显式事务（回滚）
在一个sql批文件中，若在 一个显式事务中删除数据表 SC，然后回滚事务，其删 除无效。
举例3：显式事务（提 交）
在一个sql批文件中，若 在一个显式事务中删除 数据表SC，然后提交 事务，其删除有效。
二、事务的特性 事务具有四个特性，简称ACID特性。 A．原子性(Atomicity) 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
三、事务与恢复和并发控制的关系
事务是恢复和并发控制的基本单位。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：
1. 多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行。
2. 事务在运行过程中被强行停止。
在第一种情况下，数据库管理系统必须保证多个事务的交叉 运行不影响这些事务的原子性。在第二种情况下，数据库管 理系统必须保证被强行终止的事务对数据库和其它事务没有 任何影响。
三、介质故障 介质故障称为硬故障（Hard Crash），硬故障指外存故障。 如磁盘损坏、磁头碰撞，瞬时强磁场干扰等。这类故障将破
坏数据库或部分数据库，并影响正在存取这部分数据的所有 事务。这类故障比前两类故障发生的可能性小得多，但破坏 性最大。
四、计算机病毒 计算机病毒是具有破坏性、可以自我复制的计算机程序。计
《数据库的恢复》课件
数据库恢复案例研究
#O1
企业数据丢失恢复案例
总结词
企业数据丢失恢复案例通常涉及重要业务数据的恢复，需 要快速、准确地进行操作。
详细描述
某大型企业因硬盘故障导致数据库崩溃，数据无法访问。 经过技术团队紧急恢复，成功找回所有数据，确保业务正 常运行。
5
添加标题
数据库管理工具
6
添加标题
使用数据库管理工具进行数据库的日常
管理和维护。
恢复服务
1 2
数据备份服务 提供定期的数据备份服务，确保数据安全可靠。
数据恢复服务 提供专业的数据恢复服务，帮助客户快速恢复数 据库。
3
数据库维护服务 提供数据库的日常维护和监控服务，确保数据库 的稳定运行。
05
数据库恢复的挑战与解决方案
总结词
企业数据丢失恢复案例中，数据恢复的及时性和准确性至 关重要。
详细描述
某金融机构在数据库故障后，由于数据恢复操作失误， 导致部分数据损坏。经过多次尝试和修复，最终才成功 恢复所有数据。
总结词
对于企业数据丢失恢复案例，预防措施和备份策略的制 定至关重要。
详细描述
某大型电商企业为防止数据丢失，定期进行数据备份和 测试。在一次数据库故障中，由于备份可用，数据恢复 迅速完成，业务影响最小化。
完整备份
将数据库的所有数据和文件进行备份，包括数据表、索引、存储过程等。
差异备份
只备份自上次完整备份以来发生变化的数据库部分，以减少备份时间和存储空间。
增量备份
只备份自上次备份（无论是完整备份还是差异备份）以来发生变化的数据库部分。
数据库系统概论数据库恢复技术课件
恢复的实现技术
登记日志文件
– 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发事务执行的时间顺序。 • 必须先写日志文件，后写数据库。
数据库系统概论数据库恢复技术
恢复策略
事务故障的恢复
– 事务故障是指事务在运行至正常终止点之前被终 止。事务故障的恢复是由系统自动完成的，其步 骤是：
• 装入转储以后的日志文件副本，重做已经完成的 事务。
数据库系统概论数据库恢复技术
推迟更新技术
推迟更新技术在日志中记录对事务T的所有更 新操作，并把所有对数据库的更新操作推迟到 该事务提交时执行。它遵循以下推迟更新协议：
– 每个事务在到达提交点之前不能更新数据库。 – 一个事务的所有更新操作所对应的日志记录写入永
– 日志文件可以用来进行事务故障恢复和系统故障恢 复，并协助后备副本进行介质恢复。其具体作用是： • 事务故障和系统故障恢复必须使用日志文件。 • 在动态转储方式中必须建立日志文件，后备副本 和日志文件综合起来才能保证备份的一致性，和 有效地恢复数据库。 • 在静态转储方式中，也可以建立日志文件。当数 据库发生故障时，用后援副本把数据库恢复到转 储结束时的正确状态，然后利用日志文件重做已 完成的事务，把数据库恢复到故障前的正确状态。
转储计划的例子
周日 周一 周二 周三 周四 周五 周六
23：0据库系统概论数据库恢复技术
恢复的实现技术
– 登录日志文件
• 日志文件是用来记录事务对数据库的更新 操作的文件。日志文件主要有两种格式： 以记录为单位的日志文件和以数据块为单 位的日志文件。
• 以记录为单位的日志文件记录的内容包括：
数据库系统概论数据库恢复技术
数据库恢复技术
数据库恢复技术在当今数字化的时代，数据已经成为了企业和个人的重要资产。
数据库作为存储和管理数据的核心系统，其可靠性和可用性至关重要。
然而，由于各种原因，如硬件故障、软件错误、人为误操作、自然灾害等，数据库可能会遭受损坏或丢失数据，这时候数据库恢复技术就显得尤为重要。
数据库恢复技术的目标是将数据库从故障或损坏的状态恢复到一个一致、可用的状态，尽可能减少数据的丢失和业务的中断。
为了实现这一目标，数据库管理系统通常会采用一系列的机制和策略，包括备份与恢复、日志记录、错误检测与纠正等。
备份是数据库恢复的基础。
常见的备份方式有完全备份、增量备份和差异备份。
完全备份会将整个数据库的数据和结构完整地复制一份，这种备份方式简单直接，但备份时间长，占用存储空间大。
增量备份则只备份自上次备份以来发生变化的数据，差异备份则备份自上次完全备份以来发生变化的数据。
通过合理地组合使用这些备份方式，可以在备份效率和恢复效果之间取得平衡。
日志记录是数据库恢复的关键。
数据库在运行过程中，会将所有的操作记录在日志中，包括数据的插入、修改、删除等。
这些日志不仅可以用于恢复数据库，还可以用于故障诊断和审计。
当数据库发生故障时，通过分析日志，可以确定故障发生的时间点和操作，从而进行相应的恢复处理。
在数据库恢复过程中，错误检测与纠正是必不可少的环节。
数据库管理系统会不断地检测数据库的一致性和完整性，如果发现错误，会尝试自动纠正。
例如，当发现某个数据块损坏时，会尝试从备份中恢复该数据块或者使用纠错码进行修复。
除了上述基本的恢复技术，还有一些高级的恢复技术，如基于快照的恢复、远程备份与恢复等。
快照是数据库在某个特定时间点的一致性映像，可以快速地将数据库恢复到快照创建时的状态。
远程备份与恢复则可以在本地数据库遭受严重损坏时，从远程的备份中心恢复数据，提高了数据的安全性和可用性。
然而，数据库恢复技术并不是万能的，在实际应用中还面临着一些挑战。
首先，备份和恢复的时间窗口是一个重要的问题。
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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 一个应用程序可以包含多个事务
学以致用 用以促学
DATABASE@UESTC
开始
活动状态
操作结束状态
提交状态
结束
失败状态
中止状态
学以致用 用以促学
DATABASE@UESTC
事务的显式定义
BEGIN TRANSACTION SQL 语句1 SQL 语句2 … COMMIT END TRANSACTION BEGIN TRANSACTION SQL 语句1 SQL 语句2 … ROLLBACK END TRANSACTION
T1： read(A) A:=A+A*0.1 write(A) read(B) B:=B-B*0.05 Write(B)
A=20，B=30
步骤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11
动作
日志 <T1 START>
READ(A) A:=A+A*0.1 Write（Ａ） <T1,A,22> READ(B) B:=B-B*0.05 Write(B) <T1,B,28.5> <T1,COMMIT> 写A到磁盘 写B到磁盘
没有显式地定义事务时，DBMS按缺省为自动划分事务
学以致用 用以促学
DATABASE@UESTC
原子性（Atomicity）
事务的所有操作在数据库中要么全部正确反映，要么全部不反映。 解决不一致问题。 在系统崩溃后，DBMS将恢复或撤销系统崩溃时处于活动状态的事务对 数据库产生的影响，从而保证事务的原子性。 事务原子性由事务管理部件（Transaction-Management Component） 处理。
（ a）
<T1 ABORT>
(b) 若<T1 COMMIT>
不在磁盘，同(a)
学以致用 用以促学
DATABASE@UESTC
后像前写：后像（AI）在事务提交前完全写入数据库
在日志中记录所有的数据库修改，一个事务的所有写操作在事务提交 前已写入磁盘 在恢复时忽略已提交的事务；撤销未完成事务的影响。
<T1,START> <T1,A,20> <T1,B,30> 写A到磁盘 写B到磁盘 <T1,COMMIT> (a) (b) (c) (d) <T1,START> <T1,A,20> <T1,B,30> 写A到磁盘 写B到磁盘 <T1,START> <T1,A,20> <T1,B,30> 写A到磁盘 <T1,START> <T1,A,20> <T1,B,30>
何时更新数据库
读数据库：将数据库中的数据先从磁盘读入内存，然后再将值赋予一 个变量。 写数据库：先将变量的值写入内存，然后再由内存写入磁盘。 减少磁盘I/O操作与防止数据不一致的权衡（内存中数据的存放时间）
学以致用 用以促学
DATABASE@UESTC
事务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
学以致用 用以促学
DATABASE@UESTC
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Click to add Title 事务概念 Click to add Title 数据库恢复概述 Click to add Title 数据库恢复实现技术 Click to add Title 故障的种类及恢复策略
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Click to add Title *RAID
学以致用 用以促学
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事务的执行时，后像（AI）在事务提交后才写入数据库
日志中记录所有的数据库修改 一个事务的所有写操作延迟到事务的操作结束时才执行，以保证事务 的原子性。
事务T的执行步骤 在T开始执行前，向日志中写入记录<T START> T的一次write（X）操作导致向日志中写入一条新记录 最后，当T全部操作结束，向日志中写入记录<T COMMIT>
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恢复机制常用的技术
记录日志文件 数据转储
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日志是DBMS用来记录事务对数据库的更新操作的文件， 是日志记录的序列
日志记录描述内容主要包括：
事务标识符:执行写操作事务的唯一标识符。
数据项标识符:事务操作对象的唯一标识符。 前像（BI）:更新前数据的旧值。 后像（AI）:更新后数据的新值。
日志记录形式包括：
<T START>：表示事务T已开始。 <T COMMIT>：表示事务T已提交。 <T ABORT>：表示事务T不能成功完成，已中止。 <T,X,V1,V2>：表示事务T对数据项X执行写操作。写之前的旧值为V1， 写之后的新值为V2。
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若<T1 COMMIT>在 磁盘，NO ACTION 若<T1 COMMIT>不 在磁盘，UNDO 补<T1 ABORT>
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UNDO
UNDO
UNDO
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后像前后写：后像（AI）在事务提交前 后写入数据库
被修改数据项写入磁盘的时间可以在日志记录<T ，COMMIT>之前进行，也可以放在之后进行 写入的更新日志记录由４个部分组成。日志记录 <T，X，V1，V2>表示：事务Ｔ对数据项Ｘ执行写 操作，写前的旧值为V1，写后的新值为V2
③ 对每个未完成的事务，在日志中写入一个<T,ABORT>记录并刷新日 志。
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恢复管理器对故障发生在不同时刻的不同处理
<T1 START> <T1,A,22> <T1,B,28.5> <T1 START> <T1,A,22> <T1,B,28.5> <T1,COMMIT>
对遇到的每一个<T，X，V1>记录，若事务T在redo-list队列中，则恢复 管理器什么都不做 对遇到的每一个<T，X，V1>记录，若事务T不在redo-list队列中，则恢 复管理器将数据项X在数据库中的值改为旧值V1。
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恢复管理器对故障发生在不同时刻的不同处理
日志要求
每次事务执行写操作，必须在数据库修改前建立此次写操作的日志记 录 日志必须存储在稳定存储器上
稳定存储器中的日志记录顺序必须与写入日志缓冲区中的日志记录顺 序完全一样（块写）
先写日志规则
在主存中的数据块输出到数据库前，所有与该数据块中数据有关的日 志记录必须已输出到稳定存储器上
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产生不一致的结果
调价：故障可能使部分价格调整而另一部分价格没有调整。
并发执行的错误
并行执行应用程序可以提高性能
但可能数据相互覆盖 例如：程序1将A提价10％，程序2将A涨价10元。
《数据库原理及应用》
第6章 数据库恢复
电子科技大学 计算机学院
郑莉华 cd_zhenglh@
2013年8月18日星期日
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执行规则：
日志先写：如果事务T改变了数据项X，则记录变化的日志记录必须在
数据项的新值写到磁盘前写入稳定的存储器；
如果事务提交，则<T
COMMIT>日志记录必须在事务改变的所有数据项 的新值写入到磁盘后再写入稳定的存储器，但应尽快。
事务T的执行步骤：
在T开始执行前，向日志中写入记录<T, START> T的一次write（X）操作导致向日志中写入一条新记录 当T全部操作结束，被改变的所有数据项已写入磁盘后向日志 中写入记录<T, COMMIT>。
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数据库系统对付故障的两种措施
尽可能提高系统的可靠性； 在系统发生故障后，把数据库恢复到一致状态。
恢复机制涉及两个关键问题
如何建立冗余数据 如何利用冗余数据实施数据库恢复
恢复技术是衡量数据库管理系统优劣的重要指标
一致性（Consistency）
是指当事务完成时，必须使所有数据都具有一致的状态。 主要由应用开发人员来确保。
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隔离性（Isolation）
当多个事务并发执行时，一个事务的执行不能被其他事务干扰。 解决前面提到的并发执行带来的错误问题。 由于性能的原因，需要对事务进行交叉调度，但交错调度的效果应该 和某个串行调度的结果是一致的。 隔离性通过数据库系统中的并发控制部件（Concurrency-Control Component）处理。
事务恢复
忽略未完成的事务；重复已提交事务的影响
恢复过程Redo(Ti)：将Fra bibliotek务Ｔi更新的所有数据项的值设为新值