华中科技大学数据库课件第10章数据库恢复技术.ppt

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1、An Introduction to Database System,10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8 SQL Server的恢复技术10.9 小结,第10章 数据库恢复技术,An Introduction to Database System,一、什么是事务事务(Transaction)是用户定义的一个独立逻辑工作单位的数据库操作序列，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

2、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,10.1 事务的基本概念,An Introduction to Database System,二、如何定义事务显式定义方式 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,10.1 事务的基本概念,An Introduction to Database System,事务的结束COMMIT事务正常结束 提交事务的所有操作（读+更新

3、）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,10.1 事务的基本概念,An Introduction to Database System,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）,10.1 事务的基本概念,An Introduction to Database System,1.原子性事务是不可分割的逻辑工作单位事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做,10.1 事

4、务的基本概念,An Introduction to Database System,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,10.1 事务的基本概念,An Introduction to Database System,例：银行转帐事务从帐户A取出X元，存入帐户B定义一个事务:Update 存款 set 金额=金额 X where 帐户=AUpdate 存款 set 金额=金额+X where 帐户=B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

5、一个操作，数据库就处于不一致性状态,10.1 事务的基本概念,An Introduction to Database System,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,10.1 事务的基本概念,An Introduction to Database System,下列两个并发执行的事务T1和T2，如按表中所示顺序执行，则事务T1的修改被T2覆盖了，即T2干挠了T1。违背了事务的隔离性，是错误的调度。,10.1 事务的基本概念,An Introduction to Database Sys

6、tem,4.持久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。,10.1 事务的基本概念,An Introduction to Database System,保证事务ACID特性是事务处理的任务破坏事务ACID特性的因素事务在运行过程中被强行停止多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行DBMS的恢复机制和并发控制机制来保证,10.1 事务的基本概念,An Introduction to Database System,10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类

7、10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8 SQL Server的恢复技术10.9 小结,第10章 数据库恢复技术,An Introduction to Database System,DB恢复：将因破坏或故障而导致的DB数据的错误状态恢复到最近一个正确状态的技术。目标 1、保持事务原子性；2、保持事务持久性。实现由DBMS专门的恢复子系统完成。,10.2 数据库恢复概述,An Introduction to Database System,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

8、正常中断破坏数据库,10.2 数据库恢复概述,An Introduction to Database System,数据库管理系统对故障的对策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ACID恢复技术是衡量系统优劣的重要指标,10.2 数据库恢复概述,An Introduction to Database System,10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8 SQL Server的恢复技术10.9 小结,第10

9、章 数据库恢复技术,An Introduction to Database System,事务故障系统故障介质故障计算机病毒,10.3 故障的种类,An Introduction to Database System,一、事务故障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因发生死锁而被选中“牺牲”,10.3 故障的种类,An Introduction to Database System,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

10、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,10.3 故障的种类,An Introduction to Database System,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,10.3 故障的种类,An Introduction to Database System,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）所有未完成事务将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库系统重新

11、启动时，恢复程序需要重做（REDO）所有已提交的事务,10.3 故障的种类,An Introduction to Database System,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,10.3 故障的种类,An Introduction to Database System,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,10.3 故障的种类,An Introduction to Database System,恢复操作的基本原理：冗余利用存储在系统

12、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冗余的数据：备份、日志、镜像恢复的实现技术：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,10.3 故障的种类,An Introduction to Database System,四、计算机病毒可能表现为：系统故障(软故障，仅系统崩溃)介质故障(硬故障，数据库文件被删),10.3 故障的种类,An Introduction to Database System,10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据

13、库镜像10.8 SQL Server的恢复技术10.9 小结,第10章 数据库恢复技术,An Introduction to Database System,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）-备份登录日志文件（logging）2.如何利用这些冗余数据实施数据库恢复,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,10.4.1 数据转储10.4.2 登记日志文件,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,转储(备份)技术1静态转储与动态转储2海量转储与增量转储3

14、转储方法小结,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,静态转储在系统中无运行事务时进行转储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,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,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,10.4 恢复的实现技术,An I

15、ntroduction to Database System,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,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,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,10.4 恢复的实现技术,An Introduction

16、 to Database System,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,10.4.1 数据转储10.4.2 登记日志文件,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,日志文件1日志文件的内容2日志文件的用途3登记日志文件的原则,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,一、日志文件的内容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,1

17、0.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,3.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)各个事务的所有更新操作与事务有关的内部更新操作作为日志文件中的一个日志记录(log record),10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,4.基于记录的日志文件每条日志记录的内容事务标识操作类型（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

18、除操作而言,此项为空值）,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,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）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）,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,二、日志文件的作用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,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Datab

19、ase System,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,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,3.介质故障恢复：LOG FILE+动态转储后备副本动态转储数据库：同时转储同一时点的日志文件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

20、序。,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,三、登录日志文件的原则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,10.4 恢复的实现技术,An Introduction to Database System,10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8 SQL Server的恢复技术10.9 小结,第10章 数据库恢复技术,An Introduction to Database System,

21、10.5.1 事务故障的恢复10.5.2 系统故障的恢复10.5.3 介质故障的恢复,10.5 恢复的策略,An Introduction to Database System,10.5.1 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,10.5 恢复的策略,An Introduction to Database System,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“

22、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，则用BI 代替 AI（After Image）3.继续反扫描，对下一个更新操作作同样处理。4.只到读到此事务的开始标记。,10.5 恢复的策略,An Introduction to Database System,10.5.2 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

23、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,10.5 恢复的策略,An Introduction to Database System,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Undo队列:故障发生时尚未完成的事务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,10.5 恢复的策略,An Introduction to Database System,10.5.3 介质故障

24、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,10.5 恢复的策略,An Introduction to Database System,介质故障的恢复步骤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相同的方法（即REDO+UNDO），才能将数据库恢复到一致性状态。,10.5 恢复的策略,An Introduction to Database System,介质故障的恢复步骤(续)2.装入有关的日志文件副本，重做

25、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(REDO)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。介质故障的恢复需要DBA介入,10.5 恢复的策略,An Introduction to Database System,10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8 SQL Server的恢复技术10.9 小结,第10章 数据库恢复技术,An Introduction to Da

26、tabase System,一、问题的提出二、检查点技术三、利用检查点的恢复策略,10.6 具有检查点的恢复技术,An Introduction to Database System,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,10.6 具有检查点的恢复技术,An Introduction to Database System,10.6 具有检查点的恢复技术,An Introduction to D

27、atabase System,二、检查点技术检查点记录的内容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,10.6 具有检查点的恢复技术,An Introduction to Database System,在检查点如何维护日志文件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。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。,10.6 具有检查点的恢复技术,An Introduction to Data

28、base System,三、利用检查点的恢复技术当事务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,10.6 具有检查点的恢复技术,An Introduction to Database System,10.6 具有检查点的恢复技术,An Introduction to Database System,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，由该地址在日志文件中找到最后一个检查点记录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-LI

29、ST REDO-LIST 把ACTIVE-LIST暂时放入UNDO-LIST队列，REDO队列暂为空。,10.6 具有检查点的恢复技术,An Introduction to Database System,利用检查点的恢复步骤(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,10.6 具有检查点的恢复技术,An Introduction to Datab

30、ase System,10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8 SQL Server的恢复技术10.9 小结,第10章 数据库恢复技术,An Introduction to Database System,10.7 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）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

31、上DBMS自动保证镜像数据与主数据的一致性,An Introduction to Database System,10.7 数据库镜像,镜像的作用出现介质故障时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(图7.5b)没有出现故障时可用于并发操作(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,An Introduction to Database System,10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8

32、SQL Server的恢复技术10.9 小结,第10章 数据库恢复技术,An Introduction to Database System,10.8 SQL Server的恢复技术,恢复模式简单恢复(Simple Recovery)完全恢复(Full Recovery)批量恢复(Bulk-Logged Recovery)备份机制数据库备份日志备份差异备份文件及文件组备份,An Introduction to Database System,10.8 SQL Server的恢复技术,演示SQL Server的恢复技术1.创建数据库、创建表、创建备份设备2.在表中加入行(执行事务操作)3.备份数

33、据库4.向该表追加若干行5.备份事务日志6.再向该表中加入若干行7.人为制造故障(Stop服务器后，删除数据库文件，再Restart)8.恢复到故障点,An Introduction to Database System,10.8 SQL Server的恢复技术,1.建表、备份设备create table t(no int not null primary key,moment datetime)EXEC sp_addumpdevice disk,mydiskdump,c:demodump1.bakEXEC sp_addumpdevice disk,mylogdump,c:demodump2.

34、bak2.在表中加入行(执行事务操作)declare i intselect i=1while i=3 begin insert into t values(i,cast(getdate()as char(20)select i=i+1end,An Introduction to Database System,10.8 SQL Server的恢复技术,3.备份数据库backup database example to mydiskdump4.向该表追加若干行参考2,再添第4-至第7行数据差异备份*BACKUP DATABASE example TO MyDiskDump WITH DIFFE

35、RENTIAL(仅作示范，本例恢复时未用此数据)5.备份事务日志BACKUP LOG example TO MyLogDump16.再向该表中加入若干行7.人为制造故障(Stop服务器后，删除数据库文件，再Restart),An Introduction to Database System,10.8 SQL Server的恢复技术,8.恢复到故障点-备份活动日志BACKUP LOG example TO MyLogDump2 WITH NO_TRUNCATE-还原最新的一份备份RESTORE DATABASE example FROM MyDiskDump WITH NORECOVERY-依

36、次恢复每个备份日志RESTORE LOG example FROM MyLogDump1 WITH NORECOVERY-恢复最新备份的事务日志.RESTORE LOG example FROM MyLogDump2 WITH RECOVERY,An Introduction to Database System,10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.5 恢复策略10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8 SQL Server的恢复技术7.9 小结,第10章 数据库恢复技术,An Introduction to Dat

37、abase System,10.9 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DBMS必须对事务故障、系统故障和介质故障进行恢复恢复中最经常使用的技术：数据库转储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,An Introduction to Database System,10.9 小结,常用的恢复技术：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,An Introduction to Database System,10.9 小结,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SQL Server的恢复技术简单/完全/批量恢复模式数据库/日志/差异备份,An Introduction to Database System,第10章书面作业,P289习题1,5,7,8,9,An Introduction to Database System,再见,