关系数据库——数据库恢复

快来打我* 2023-06-18 04:57 51阅读 0赞

# 实现技术 #

*  **恢复操作的基本原理：冗余** 
 *  **恢复机制涉及的两个关键问题**

1.  **如何建立冗余数据**
    
     *  **数据转储（****backup****）**
     *  **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**

# 数据转储 #

*  **数据转储定义：**

**转储是指****DBA****将整个数据库复制到其他存储介质上保存起来的过程，备用的数据称为后备副本或后援副本**

*  **如何使用**
    
    1.  **数据库遭到破坏后可以将后备副本重新装入**
    2.  **重装后备副本只能将数据库恢复到转储时的状态**
 *  **转储方法**
    
    1.  **静态转储与动态转储**
    2.  **海量转储与增量转储**

**静态转储：**

**1****）定义：在系统中无事务运行时进行的转储操作。转储开始的时刻数据库处于一****致性状态，而转储不允许对数据库的任何存取、修改活动。静态转储得到的一定是一个数据一致性的副本。**

**2****）优点：实现简单**

**3****）缺点：降低了数据库的可用性**

**转储必须等待正运行的用户事务结束才能进行；新的事务必须等待转储结束才能执行**

**动态转储：**

**1****）定义：转储期间允许对数据库进行存取或修改。转储和用户事务可以并发执行。**

**2****）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。**

**3****）实现：必须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****后备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。**

**海量转储：**

**1****）定义：每次转储全部数据库**

**2****）特点：从恢复角度，使用海量转储得到的后备副本进行恢复更方便一些。**

**增量转储：**

**1****）定义：每次只转储上一次转储后更新过的数据**

**2****）特点：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。**

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# 日志文件 #

### **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** ###

**1****）以记录为单位：**

**日志文件中需要登记的内容包括：**

*   *  **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**

**以上均作为日志文件中的一个日志记录**

**每个日志记录的内容：**

*  **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（记录内部标识）**
 *  **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）**

**2****）以数据块为单位**

**日志记录内容包括：**

**事务标识（标明是哪个事务）**

**被更新的数据块**

### **3****、日志文件的作用** ###

*  **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**

**1****）事务故障恢复和系统故障恢复必须用日志文件**

**2****）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结合起来才能有效地恢复数据库**

**3****）静态转储方式中也可以建立日志文件（重新装入后备副本，然后利用日志文件把已完成的事务进行重做，对未完成事务进行撤销）**

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### **4****、登记日志文件：** ###

*  **基本原则**
    
    1.  **登记的次序严格按并行事务执行的时间次序**
    2.  **必须先写日志文件，后写数据库**

**为什么要先写日志文件？**

**1****）写数据库和写日志文件是两个不同的操作****，在这两个操作之间可能发生故障**

**2****）如果先写了数据库修改，而在日志文件中没有登记下这个修改，则以后就无法恢复这个修改了**

**3****）如果先写日志，但没有修改数据库，按日志文件恢复时只不过是多执行一次不必要的****UNDO****操作，并不会影响数据库的正确性**

# 恢复策略 #

### 事务故障的恢复 ###

*  **事务故障：事务在运行至正常终止点前被终止**
 *  **恢复方法**
    
    1.  **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，对用户是透明的，不需要用户干预**
 *  **事务故障的恢复步骤**

**1.** **反向扫描文件日志，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“更新前的值”****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，则相当于用修改前值代替修改后值**

**3.** **继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做同样处理。**

**4.** **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。**

### 系统故障的恢复 ###

*  **系统故障造成数据库不一致状态的原因**
    
    1.  **未完成事务对数据库的更新已写入数据库**
    2.  **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**
 *  **系统故障的恢复步骤**

**1.** **正向扫描日志文件**

*   *   *  **重做****(REDO)** **队列****:** **在故障发生前已经提交的事务**
            
             *  **这些事务既有****BEGIN TRANSACTION****记录，也有****COMMIT****记录**
         *  **撤销** **(Undo)****队列****:** **故障发生时尚未完成的事务**
            
             *  **这些事务只有****BEGIN TRANSACTION****记录，无相应的****COMMIT****记录**

**2.** **对撤销****(Undo)****队列事务进行撤销****(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.** **对重做****(Redo)****队列事务进行重做****(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**

### 介质故障的恢复 ###

**恢复步骤**

**重装数据库**

*  **装入最新的后备副本，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，利用恢复系统故障的方法（即****REDO+UNDO****），才能将数据库恢复到一致性状态。**

**装入有关的日志文件副本，重做已完成的事务。**

*  **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。**
 *  **介质故障的恢复需要****DBA****介入**
 *  **DBA****的工作**
    
    1.  **重装最近转储的数据库副本和有关的各日志文件副本**
    2.  **执行系统提供的恢复命令****，具体的恢复操作仍由****DBMS****完成**

### 检查点 ###

*  **利用日志技术进行数据库恢复存在两个问题**
    
    1.  **搜索整个日志将耗费大量的时间**
    2.  **REDO****处理：事务实际上已经执行，又重新执行，浪费了大量时间**
 *  **具有检查点（****checkpoint****）的恢复技术**
    
    1.  **在日志文件中增加检查点记录（****checkpoint****）**
    2.  **增加重新开始文件****，并让恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护日志**
 *  **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**
    
    1.  **记录各个检查点记录在日志文件中的地址**

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*  **动态维护日志文件的方法**

**周期性地执行如下操作：建立检查点，保存数据库状态。**

**具体步骤是：**

**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**

**使用检查点方法可以改善恢复效率**

**当事务****T****在一个检查点之前提交：**

1.  **T****对数据库所做的修改一定都已写入数据库**
2.  **写入时间是在这个检查点建立之前或在这个检查点建立之时**
3.  **在进行恢复处理时，没有必要对事务****T****执行****REDO****操作**

**使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-LIST**
     *  **REDO-LIST**
     *  **把****ACTIVE-LIST****暂时放入****UNDO-LIST****队列，****REDO****队列暂为空**

**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**

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# 镜像 #

**为避免硬盘介质出现故障影响数据库的可用性，许多****DBMS****提供了数据库映像（****mirror****）功能用于数据库恢复。**

**将整个数据库或其中的关键数据复制到另一个磁盘上，每当主数据库更新时，****DBMS****自动把更新后的数据复制过去，由****DBMS****自动保证镜像数据与主数据库的一致性。一旦出现介质故障，可由镜像磁盘继续提供使用，同时****DBMS****自动利用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。**

**在没有出现故障时，数据库镜像还可以用于并发操作，即当一个用户对数据库加排它锁修改数据时，其他用户可以读镜像数据库上的数据，而不必等待该用户释放锁。**

**由于数据库镜像是通过复制数据实现的，频繁地赋值数据自然会降低系统运行效率。因此在实际应用中用户往往只选择对关键数据和日志文件进行镜像。**

![20191130142751720.png][]

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# **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**
    
    1.  **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**

### **常用恢复技术** ###

**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**

### **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**

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