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Database Recovery

Transaction

  • 事务(Transaction)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

事物的定义

显示地定义

BEGIN TRANSACTION
  <SQL STATEMENT 1>
  <SQL STATEMENT 2>
  ...
COMMIT  

BEGIN TRANSACTION
  <SQL STATEMENT 1>
  <SQL STATEMENT 2>
  ...
ROLLBACK

这里 COMMIT 和 ROLLBACK 是显示地终止一个事物的两条指令

当用户没有显式地定义事务时, 数据库管理系统按缺省规定自动划分事务

  • 事务正常结束

  • 提交事务的所有操作（读+更新）

  • 事务中所有对数据库的更新写回到磁盘上的物理数据库中

  • 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

  • 系统将事务中对数据库的所有已完成的操作全部撤销

  • 事务滚回到开始时的状态

  • ACID特性

    • 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, 要么都不做
    • Consistency: 数据库中只包含成功事务提交的结果 (也就是说失败的事物必须rollback)
    • Isolation: 一个事务的执行不能被其他事务干扰, 并发执行的各个事务之间不能互相干扰
    • Durability: 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

  • 事务的控制语句：事务的提交(commit)与回滚(rollback)

Fault and Database Recovery

故障 (Fault) 的种类

  • 事务内部的故障 (事务故障)
  • 系统故障
  • 介质故障
  • 计算机病毒

各类故障，对数据库的影响有两种可能性

  • 数据库本身被破坏
  • 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.

事务内部更多的故障是非预期的, 是不能由应用程序处理的.

  • 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而被终止等

事务故障仅指这类非预期的故障

事务故障的恢复：事务撤消（UNDO）

  • 强行回滚（ROLLBACK）该事务
  • 撤销该事务已经作出的任何对数据库的修改，使得该事务像根本没有启动一样

系统故障, 称为软故障, 是指造成系统停止运转的任何事件 (特定类型的硬件错误（如CPU故障）、 操作系统故障、数据库管理系统代码错误、系统断 电），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

  • 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，造成数据库可能处于不正确状态。

    • 恢复策略：系统重新启动时，恢复程序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

  • 发生系统故障时，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， 系统故障使得这些事务对数据库的修改部分或全部丢失

    • 恢复策略：系统重新启动时，恢复程序需要重做（REDO） 所有已提交的事务

介质故障，称为硬故障，指外存故障

  • 磁盘损坏
  • 磁头碰撞
  • 瞬时强磁场干扰

介质故障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

介质故障比前两类故障的可能性小得多，但破 坏性大得多

病毒是数据库的主要威胁

恢复操作的基本原理：冗余: 利用存储在系统别处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

恢复机制涉及的关键问题:

  • 如何建立冗余数据（数据转储，登记日志文件）
  • 如何利用这些冗余数据实施数据库恢复

Data Dumping & Logs

数据转储

转储 (dumping) 是指数据库管理员定期地将整个数据库复制到 磁带、磁盘或其他存储介质上保存起来的过程

转储方法:

  • 静态: 在系统中无运行事务时进行的转储操作
  • 动态: 转储操作与用户事务并发进行

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

日志

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

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

Schedule

  • 串行调度(serial schedule)

  • 可串行化调度(Serializability Schedule)

  • 冲突 与 冲突可串行化调度

  • 串行调度/可串行化调度/冲突可串行化调度 三者之间的关系

Two-Phase Locking

  • 封锁

    • 排它锁的作用与申请规则

    • 共享锁的作用与申请规则

  • 两阶段封锁协议

  • 死锁的定义

Logs

  • UNDO日志的内容，记载规则和作用

  • REDO日志的内容，记载规则和作用

  • UNDO/REDO日志的内容，记载规则和作用

恢复策略

  • 事务故障：UNDO
  • 系统故障：UNDO and REDO
  • 介质故障：重装数据库，UNDO and REDO