第七章分布式恢复管理

当系统单元被组建得不合理或系统内部设计存在不足时，将会引发系统 故障，此时系统的内部状态处于错误的状态，进而使系统的外部环境受 到影响，最终产生失效。
第七章 分布式恢复管理
分布式恢复概述
故障模型
引起 故障 导致 错误 失效
永久性故障
不正确的设计 不稳定或临界 不稳定环境 操作员失误
永久性错误
系 统
继续扫描，遇到A2： redo表= {T3} ， undo表={T2,T4}
2 分布式事务的执行与恢复 2.4 事务故障恢复的基本概念 • 事务恢复
– 当发生故障时，保证事务原子性的措施称为事务故障恢复，简称事务恢 复 – 主要依靠日志来实现
• 事务状态转移跟踪（操作）
– – – – – Begin_transaction：标记事务开始执行 Read & write：表示事务对某个数据项进行读写 End_transaction：表示读写操作已完成，标记事务执行结束 Commit_transaction：表示事务已经成功结束，任何改变已不可更改 Rollback (abort)：表示事务没有成功结束，撤销事务对数据库所作的任 何改变
• 档案库
– 一天要产生大量的Log – Log划分为两部分
• 一部分是当前活动的联机部分，存储在磁盘上 • 另一部分是档案存储部分，存储在磁带上
2 分布式事务的执行与恢复 2.4 事务故障恢复的基本概念
主存 日志 档案库 稳定 日志 局部恢复 管理器 读/写 取出 稳定 DB 读/写 数据库缓冲区 管理器 读/写 数据库 缓冲区 (易变数据库) 读/写 …… 日志 缓冲区
2 分布式事务的执行与恢复 2.5 事务故障的恢复
(3) 故障 发生 活动事务表 (5) 重启动文件 (1) (2) UNDO 地址 REDO
第七章 分布式恢复管理
分布式恢复概述
故障模型
数据库系统中的故障通常分为4类： （3）存储介质故障
存储介质故障是指存储数据的磁盘等硬件设备发生的故障。例如，磁盘坏损、 磁头碰撞、瞬时强磁场干扰等均为存储介质故障。这类故障的特点是：不仅 使正在运行的所有事务受到影响，而且数据库本身也被破坏。因此，同前两 种故障相比，存储介质故障是一种较严重的故障类型。 对于存储介质故障，数据库恢复机制要定期地对数据库进行转储，借助于备 份数据库和日志文件来进行故障恢复。
BB, BA
BC
2 分布式事务的执行与恢复 2.4 事务故障恢复的基本概念
数据访问
缓冲块 A 缓冲块 B
read(X)
缓冲区 x Y output(B) write(Y) 磁盘 input(A) A B
x1 y1 T1工作区 主存
x2
T2 工作区
2 分布式事务的执行与恢复 2.4 事务故障恢复的基本概念
事务内部的故障 不可预期的故障 系统故障 故障类型 存储介质故障 网络分割故障 通信故障 报文丢失故障
第七章 分布式恢复管理
分布式恢复概述
故障模型
数据库系统中的故障通常分为4类： （1）事务内部的故障 事务内部的故障可细分为可预期的和不可预期的。
可预期的事务故障是指故障的发生可以通过事务程序本身来检测。例如： 在转帐事务中，事务主动检查贷方余额是否足够支持转帐，若发现不足， 则废弃该子事务，数据库状态没有因为此事务发生变化； 事务内部的故障大多数都是不可预期的，发生这类故障的事务将不能正 不可预期的事务故障是指故障的发生不能被应用程序所检测并处理。例如： 常运行到其终点位置（ Commit或Abort）。因此，针对这类故障，数据库 死锁、算术溢出、完整性被破坏、操作员失误等故障都是不可预期的事务 恢复机制要强行废弃该事务，使数据库回滚到事务执行前的状态。 故障，这类故障无法由事务程序本身所预测。
DB 档案库
数据库、日志和档案库的存储模式
2 分布式事务的执行与恢复 2.4 事务故障恢复的基本概念
• 检查点（Checkpoint）
– 设置一个周期性（时间/容量）操作点 a) Log Buffer内容写入Log数据集 b) 写检查点Log信息：当前活动事务表, 每个事务最 近一次Log记录在Log文件中的位置 c) DB Buffer内容写入DB d) 将本次检查点Log项在Log文件中的地址记入 “重启动文件”
2 分布式事务的执行与恢复 2.4 事务故障恢复的基本概念
• 事务的提交点
– 当事务T所有的站点数据库存取操作都已成功执行； – 所有操作对数据库的影响都已记录在日志中。到达提交点 – 提交点后事务就成为已提交的事务，并假定其结果以永久 记录在数据库中 – 事务在日志中写入提交记录[commit,T] – 在系统发生故障时，需要扫描日志，检查日志中写入 [start_transaction,T],但没有写入[commit,T]的所有事务T – 恢复时必须回滚这些事务以取消他们对数据库的影响 – 此外，还必须对日志中记录的已提交子事务的所有写操作 进行恢复。
2 分布式事务的执行与恢复 2.5 事务故障的恢复
• 本地事务恢复 (与集中式恢复相同)
– 从“重启动文件” 读出最近Checkpoint的地址, 并 定出Checkpoint在Log文件中的位置 – 创建Redo表（初态为空）, Undo表(即Checkpoint相 应内容中的活动事务表) – 检查得出Undo事务（向前检索，遇到begin transaction的log记录，其对应的事务）与Redo事务 （向前检索，遇到commit的log记录，其对应事务） – 反向检索Log, 将Undo表中事务, 直到遇到对应的 Begin Trans – 正向检索Redo事务的Log记录, 并执行之, 直到对应 的Commit记录
2 分布式事务的执行与恢复 2.5 事务故障的恢复
• 事务本身也会发生故障，也是主要通过日志来实 现恢复 • 恢复原则
– 孤立和逐步退出事务的原则 undo 事务已对DB的修改 ( 不影响其他事务的可排除性 局部故障，如事务操作的删除、超时、违反完整性原 则、资源、限制和死锁等) – 成功结束事务原则 Redo 已成功事务的操作 – 夭折事务原则 撤销全部事务, 恢复到初态，两种做法：利用数据备份 和Undo
第七章 分布式恢复管理
分布式恢复概述
恢复模型
在故障恢复过程中，数据库恢复管理器依据数据库日 志文件（log）对数据库事务进行恢复操作。 日志文件的格式和内容 反做(undo)和重做(redo)恢复策略 故障恢复模型
第七章 分布式恢复管理
集中式数据库的故障恢复
针对不同的缓冲区更新策略的恢复方法
第七章 分布式恢复管理
分布式恢复概述
故障模型
数据库系统中的故障通常分为4类： （2）系统故障
系统故障的表现形式是使系统停止运转，必须经过重启后系统才能恢复正常。 例如，CPU故障、系统死循环、缓冲区溢出、系统断电等。这类故障的特点 是：仅使正在运行的事务受到影响，但数据库本身没有被破坏；内存中的数 据全部丢失。一方面，一些尚未完成的事务的结果可能已被写入数据库中； 另一方面，一些已提交的事务的结果可能还未更新到磁盘上。因此，系统故 障发生后数据库可能处于不一致的状态。 对于系统故障，数据库恢复机制要在系统重启后，将所有非正常终止的事务 强行废弃，同时将已提交的事务的结果重新更新到数据库中，以保证数据库 的正确性。
第七章 分布式恢复管理
分布式恢复概述
故障模型
数据库系统中的故障通常分为4类： （4）通信故障
前三个故障都是单场地故障、也是集中式数据库中的故障。对于分布式数据库 而言，还要进行各个场地的通信，因此还会产生通信故障。
通信故障可细分为网络分割故障和报文丢失故障。 网络分割是指通讯网络中一部分场地和另一部分场地之间完全失去联系。 报文丢失是指报文本身错误或在传送过程中丢失而导致数据不正确。
– 写动作：写Log比写数据优先 – Log存储：一般存在盘上, 还会定期备份到磁带上
2 分布式事务的执行与恢复 2.4 事务故障恢复的基本概念
Log举例
Log Write Output
<start,T0> <write,T0, A, 1000, 950> <write,T0, B, 2000, 2050> A = 950 B = 2050 <commit,T0 > <start,T1 > <write,T1, C, 700, 600> C = 600 <commit, T1 > 注: BX 表示含有X的存储块.
间歇性错误
失
临时性错误
效
永久性错误：会一直持续下去，不会自动恢复，如硬盘损坏等。
间歇性错误：时常发生，会自动恢复，如电路接触故障、计算机运行不稳定等。
暂时性错误：可能发生一次便不再发生，如偶然电流干扰导致的瞬间读写错误。
第七章 分布式恢复管理
分布式恢复概述
故障模型
数据库系统中可能发生各种各样的故障，每种故障都会在 系统中引发不同的错误状态。 可预期的故障
2 分布式事务的执行与恢复 2.4 事务故障恢复的基本概念
• 事务的提交点相关操作
– 日志文件保存到磁盘上 – 一般先将文件的相关块，从磁盘拷贝到主存的缓 冲区，然后更新，再写回磁盘 – 缓冲区中会经常存在一个或多个日志文件块，写 满后一次性写回磁盘 – 系统崩溃时，主存中的信息会丢失，这些信息无 法利用 – 因此，事务到达提交点之前，未写到磁盘的日志 必须写入，称为事务提交前强制写日志。
可恢复性，提供恢复措施，把数据库系统从故障 状态恢复到一个已知的正确状态； 高可靠性，尽量将崩溃后数据库的不可用的时间 减少到最低，并保证事务的原子性和耐久性。
第七章 分布式恢复管理
分布式恢复概述
故障模型 系统的组成
外部状态
故障的三种形式