第六章数据库恢复ppt课件

1、数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to An Introduction to Database SystemDatabase System第六章第六章 数据库恢复技术数据库恢复技术第六章第六章 数据库恢复技术数据库恢复技术6.1 事务的根本概念6.2 数据库恢复概述6.3 缺点的种类6.4 恢复的实现技术6.5 恢复战略6.6 具有检查点的恢复技术6.7 数据库镜像6.8 Oracle的恢复技术6.9 小结6.1 事务的根本概念事务的根本概念一、什么是事务二、如何定义事务三、事务的特性一、什么是事务一、什么是事务n事务(Transaction)是用户定义的一个数据库操

2、作序列，这些操作要么全做，要么全不做，是一个不可分割的任务单位n事务和程序是两个概念n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n一个运用程序通常包含多个事务n事务是恢复和并发控制的根本单位二、如何定义事务二、如何定义事务n显式定义方式n BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACTIONn SQL 语句1 SQL 语句1n SQL 语句2 SQL 语句2n 。 。n COMMIT ROLLBACKn隐式方式n当用户没有显式地定义事务时，nDBMS按缺省规定自动划分事务事务终了事务终了COMMIT事务正常终了 提交事务的一切操作读+更新事务中一切

3、对数据库的更新永久生效ROLLBACK事务异常终止事务运转的过程中发生了缺点，不能继续执行回滚事务的一切更新操作事务滚回到开场时的形状三、事务的特性三、事务的特性(ACID特性特性)事务的ACID特性：原子性Atomicity一致性Consistency隔离性Isolation继续性Durability 1. 原子性原子性n事务是数据库的逻辑任务单位n事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做2. 一致性一致性事务执行的结果必需是使数据库从一个 一致性形状变到另一个一致性形状一致性形状：数据库中只包含胜利事务提交的结果不一致形状：数据库中包含失败事务的结果一致性与原子性一致性与原子性银行转帐：从帐

4、号A中取出一万元，存入帐号B。定义一个事务，该事务包括两个操作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形状。假设只做一个操作，数据库就处于不一致性形状。 B=B+1 A=A-1BA3. 隔离性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运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相互关扰T1的修正被的修正被T2覆盖了！覆盖了！ 读A=16 AA-3写回A=13 读A=16 AA-1 写回A=15 T2T14. 继续性继续性n继续性也称永久性Permanencen一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改动就应该是永久性的。n接下来的

5、其他操作或缺点不应该对其执行结果有任何影响。事务的特性事务的特性 n保证事务ACID特性是事务处置的义务n破坏事务ACID特性的要素n多个事务并行运转时，不同事务的操作交叉执行n事务在运转过程中被强行停顿6.2 数据库恢复概述数据库恢复概述n缺点是不可防止的n计算机硬件缺点n系统软件和运用软件的错误n操作员的失误n恶意的破坏n缺点的影响n运转事务非正常中断n破坏数据库数据库恢复概述续数据库恢复概述续n数据库管理系统对缺点的对策nDBMS提供恢复子系统n保证缺点发生后，能把数据库中的数据从错误形状恢复到某种逻辑一致的形状n保证事务ACIDn恢复技术是衡量系统优劣的重要目的6.3 缺点的种类缺点的

6、种类一、事务缺点一、事务缺点n什么是事务缺点n某个事务在运转过程中由于种种缘由未运转至正常终止点就夭折了n事务缺点的常见缘由n输入数据有误n运算溢出n违反了某些完好性限制n某些运用程序出错n并行事务发生死锁n。事务缺点的恢复事务缺点的恢复n发惹事务缺点时，夭折的事务能够已把对数据库的部分修正写回磁盘n事务缺点的恢复：吊销事务UNDOn强行回滚ROLLBACK该事务n去除该事务对数据库的一切修正，使得这个事务象根本没有启动过一样二、系统缺点二、系统缺点n什么是系统缺点n整个系统的正常运转忽然被破坏n一切正在运转的事务都非正常终止n内存中数据库缓冲区的信息全部丧失n外部存储设备上的数据未受影响系统

7、缺点的常见缘由系统缺点的常见缘由n操作系统或DBMS代码错误n操作员操作失误n特定类型的硬件错误如CPU缺点n忽然停电系统缺点的恢复系统缺点的恢复n 去除尚未完成的事务对数据库的一切修正n系统重新启动时，恢复程序要强行吊销UNDO一切未完成事务n将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库n系统重新启动时，恢复程序需求重做REDO一切已提交的事务三、介质缺点三、介质缺点n硬件缺点使存储在外存中的数据部分丧失或全部丧失n介质缺点比前两类缺点的能够性小得多，但破坏性大得多介质缺点的常见缘由介质缺点的常见缘由n硬件缺点n磁盘损坏n磁头碰撞n操作系统的某种潜在错误n瞬时强磁场干扰介质缺点的恢复介质缺点的恢

8、复n装入数据库发生介质缺点前某个时辰的数据副本n重做自此时始的一切胜利事务，将这些事务已提交的结果重新记入数据库恢复操作的根本原理恢复操作的根本原理n恢复操作的根本原理：冗余n利用存储在系统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n恢复的实现技术：复杂n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6.4 恢复的实现技术恢复的实现技术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登录日志文件logging2. 如何利用这些冗余数据实施数据库恢复6.4.1 数据转储数据转储一、什么是转储一、什么是转储n转储是指DBA将整个数据库复制到磁带或另一

9、个磁盘上保管起来的过程。n这些备用的数据文本称为后备副本或后援副本。二、转储二、转储 缺点发生点缺点发生点 转储转储 运转事务运转事务 正常运转正常运转 Ta Ta Tb TfTb Tf 重装后备副本重装后备副本 重新运转事务重新运转事务恢复恢复 三、转储方法三、转储方法1静态转储与动态转储2海量转储与增量转储3转储方法小结1静态转储与动态转储静态转储与动态转储n在系统中无运转事务时进展转储n转储开场时数据库处于一致性形状n转储期间不允许对数据库的任何存取、修正活动n优点：实现简单n缺陷：降低了数据库的可用性n转储必需等用户事务终了n新的事务必需等转储终了利用静态转储副本进展恢复利用静态转储副

10、本进展恢复 缺点发生点缺点发生点 静态转储静态转储 运转事务运转事务 正常运转正常运转 Ta Ta Tb TfTb Tf 重装后备副本重装后备副本 恢复恢复 动态转储动态转储n转储操作与用户事务并发进展n转储期间允许对数据库进展存取或修正n优点n不用等待正在运转的用户事务终了n不会影响新事务的运转n动态转储的缺陷n不能保证副本中的数据正确有效动态转储动态转储n利用动态转储得到的副本进展缺点恢复n需求把动态转储期间各事务对数据库的修正活动登记下来，建立日志文件n后备副本加上日志文件才干把数据库恢复到某一时辰的正确形状利用动态转储副本进展恢复利用动态转储副本进展恢复 运转事务运转事务 缺点缺点发生

11、点发生点 动态转储动态转储 运转事务运转事务 正常运转正常运转 Ta Ta Tb TfTb Tf重装后备副本重装后备副本 利用日志文件恢复利用日志文件恢复恢复恢复 利用动态转储副本进展恢复利用动态转储副本进展恢复 Ta Ta Tb TfTb Tf 动 态 转 储动 态 转 储 运 转 事 务运 转 事 务 缺点发生点缺点发生点正常运转正常运转 登记日志文件登记日志文件 登记新日志文件登记新日志文件 转储日志文件转储日志文件 重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复恢复到一恢复到一 致性形状致性形状2海量转储与增量转储海量转储与增量转储n海量转储: 每次转

12、储全部数据库n增量转储: 只转储上次转储后更新过的数据n海量转储与增量转储比较n从恢复角度看，运用海量转储得到的后备副本进展恢复往往更方便n但假设数据库很大，事务处置又非常频繁，那么增量转储方式更适用更有效3转储方法小结转储方法小结n转储方法分类 转储形状转储形状动态转储动态转储静态转储静态转储转储转储方式方式海量转储海量转储动态海量转储动态海量转储静态海量转储静态海量转储增量转储增量转储动态增量转储动态增量转储静态增量转储静态增量转储转储战略转储战略n应定期进展数据转储，制造后备副本。n但转储又是非常耗费时间和资源的，不能频繁进展。nDBA应该根据数据库运用情况确定适当的转储周期和转储方法。

13、n 例：n每天晚上进展动态增量转储n每周进展一次动态海量转储n每月进展一次静态海量转储6.4.2 登记日志文件登记日志文件一、日志文件的内容一、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日志文件的内容续日志文件的内容续3. 日志文件内容各个事务的开场标志(BEGIN TRANSACTION)各个事务的终了标志(COMMIT或ROLLBACK)各个事务的一切更新操作与事务有关的内部更新操作日志文件中的一个日志记录 (log record)4. 基于记录的日志文件基于记录的日志文件每条

14、日志记录的内容事务标识操作类型插入、删除或修正操作对象记录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除操作而言, 此项为空值5. 基于数据块的日志文件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, 此项为空值二、日志文件的用途二、日志文件的用途1用途进展事务缺点恢复进展系统缺点恢复协助后备副本进展介质缺点恢复日志文件的用途续日志文件的用途续2与静态转储后备副本配合进展介质缺点恢复静态转储的数据已是一致性的数据假

15、设静态转储完成后，仍能定期转储日志文件，那么在出现介质缺点重装数据副本后，可以利用这些日志文件副本对已完成的事务进展重做处置这样不用重新运转那些已完成的事务程序就可把数据库恢复到缺点前某一时辰的正确形状日志文件的用途续日志文件的用途续 缺点发生点缺点发生点 静态转储静态转储 运转事务运转事务 正常运转正常运转 Ta Ta Tb TfTb Tf 登记日志文件登记日志文件 重装后备副本重装后备副本 利用日志文件恢复事务利用日志文件恢复事务 继续运转继续运转介质缺点恢复介质缺点恢复 登记日志文件登记日志文件 日志文件的用途续日志文件的用途续3介质缺点恢复：LOG FILE + 动态转储后备副本动态转

16、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干将数据库恢复到一致性形状。利用这些日志文件副本进一步恢复事务，防止重新运转事务程序。三、登记日志文件的原那么三、登记日志文件的原那么n为保证数据库是可恢复的，登记日志文件时必需遵照两条原那么n登记的次序严厉按并行事务执行的时间次序n必需先写日志文件，后写数据库n写日志文件操作：把表示这个修正的日志记录n 写到日志文件n写数据库操作：把对数据的修正写到数据库中登记日志文件的原那么续登记日志文件的原那么续n为什么要先写日志文件n写数据库和写日志文件是两个不同的操作n在这两个操作之间能够发生缺点n假设先写了数据库修正，而在日志文件中

17、没有登记下这个修正，那么以后就无法恢复这个修正了n假设先写日志，但没有修正数据库，按日志文件恢复时只不过是多执行一次不用要的UNDO操作，并不会影响数据库的正确性6.5.1 事务缺点的恢复事务缺点的恢复n事务缺点：事务在运转至正常终止点前被中止n恢复方法n由恢复子系统应利用日志文件吊销UNDO此事务已对数据库进展的修正n事务缺点的恢复由系统自动完成，不需求用户干涉事务缺点的恢复步骤事务缺点的恢复步骤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“更新前的值Befor Image, BI写入数据库。插入操作， “更新前的值

18、为空，那么相当于做删除操作删除操作，“更新后的值为空，那么相当于做插入操作假设是修正操作，那么用BI 替代 AIAfter Image事务缺点的恢复步骤事务缺点的恢复步骤3. 继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做同样处置。4. 如此处置下去，直至读到此事务的开场标志，事务缺点恢复就完成了。6.5.2 系统缺点的恢复系统缺点的恢复n系统缺点呵斥数据库不一致形状的缘由n一些未完成事务对数据库的更新已写入数据库n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n恢复方法n1. Undo 缺点发生时未完成的事务n2. Redo 已完成的事务n系统缺点的恢复由系统在重新启动时自

19、动完成，不需求用户干涉系统缺点的恢复步骤系统缺点的恢复步骤1.正向扫描日志文件即从头扫描日志文件Redo队列: 在缺点发生前曾经提交的事务 T1, T3, T8.Undo队列:缺点发生时髦未完成的事务 T2, T4, T5, T6, T7, T9 .系统缺点的恢复步骤系统缺点的恢复步骤2. 对Undo队列事务进展UNDO处置 反向扫描日志文件，对每个UNDO事务的更 新操作执行逆操作 T2, T4, T5, T6, T7, T9 3. 对Redo队列事务进展REDO处置 正向扫描日志文件，对每个REDO事务重新 执行登记的操作 T1, T3, T8.6.5.3 介质缺点的恢复介质缺点的恢复1.

20、 重装数据库， 使数据库恢复到一致性形状2. 重做已完成的事务6.5.3 介质缺点的恢复介质缺点的恢复n恢复步骤n1. 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形状。n对于静态转储的数据库副本，装入后数据库即处于一致性形状n对于动态转储的数据库副本，还须同时装入转储时辰的日志文件副本，利用与恢复系统缺点一样的方法即REDO+UNDO，才干将数据库恢复到一致性形状。利用静态转储副本将数据库恢复到一致性形状利用静态转储副本将数据库恢复到一致性形状 缺点发生点缺点发生点 静态转储静态转储 运转事务运转事务 正常运转正常运转 Ta Ta Tb TfTb Tf 登记日志文件登记日志

21、文件 重装后备副本重装后备副本 恢复恢复 利用动态转储副本将数据库恢复到一致性形状利用动态转储副本将数据库恢复到一致性形状 Ta Ta Tb TfTb Tf 动 态 转 储动 态 转 储 运 转 事 务运 转 事 务 缺点发生点缺点发生点正常运转正常运转 登记日志文件登记日志文件 登记新日志文件登记新日志文件 转储日志文件转储日志文件 重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复重装后备副本，然后利用转储的日志文件恢复恢复到一恢复到一 致性形状致性形状介质缺点的恢复续介质缺点的恢复续2. 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，找出缺点发生时已提交的事务的标识，将其记入重做队列

22、。然后正向扫描日志文件，对重做队列中的一切事务进展重做处置。即将日志记录中“更新后的值写入数据库。介质缺点的恢复续介质缺点的恢复续介质缺点的恢复需求DBA介入DBA的任务重装最近转储的数据库副本和有关的各日志文件副本执行系统提供的恢复命令详细的恢复操作仍由DBMS完成6.6 具有检查点的恢复技术具有检查点的恢复技术一、问题的提出二、检查点技术三、利用检查点的恢复战略一、问题的提出一、问题的提出n两个问题n搜索整个日志将耗费大量的时间nREDO处置：重新执行，浪费了大量时间处理方案处理方案n具有检查点checkpoint的恢复技术n在日志文件中添加检查点记录checkpointn添加重新开场文件

23、n恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护日志二、检查点技术二、检查点技术n检查点记录的内容n1. 建立检查点时辰一切正在执行的事务清单n2. 这些事务最近一个日志记录的地址n重新开场文件的内容n记录各个检查点记录在日志文件中的地址在检查点在检查点 维护日志文件维护日志文件1.将当前日志缓冲区中的一切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一切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场文件。建立检查点建立检查点n定期n按照预定的一个时间间隔n不定期n按照某种规那么，如日志文件已写满一半建立一个检查点三、利用检

24、查点的恢复战略三、利用检查点的恢复战略n当事务T在一个检查点之前提交n T对数据库所做的修正已写入数据库n在进展恢复处置时，没有必要对事务T执行REDO操作利用检查点的恢复战略续利用检查点的恢复战略续Tc (检查点检查点)Tf(系统缺点系统缺点) REDOUNDOUNDO REDOT2T3T4T5不要不要REDOT1利用检查点的恢复步骤利用检查点的恢复步骤n1. 从重新开场文件中找到最后一个检查点记录在日志文件中的地址n2 由该地址在日志文件中找到最后一个检查点记录利用检查点的恢复战略续利用检查点的恢复战略续2.由该检查点记录得到检查点建立时辰一切正在执行的事务清单ACTIVE-LIST建立两

25、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。利用检查点的恢复战略续利用检查点的恢复战略续3.从检查点开场正向扫描日志文件，直到日志文件终了如有新开场的事务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6.7 数据库镜像数据库镜像n介质缺点是对系统影响最为严重的一种缺点，严重影响数据库的可用性n介质缺点恢复比较费时n为预防介质缺点，DBA必需

26、周期性地转储数据库n提高数据库可用性的处理方案n数据库镜像Mirror数据库镜像续数据库镜像续n数据库镜像nDBMS自动把整个数据库或其中的关键数据复制到另一个磁盘上nDBMS自动保证镜像数据与主数据的一致性数据库镜像的用途数据库镜像的用途n出现介质缺点时nDBMS自动利用镜像磁盘数据进展数据库的恢复，不需求封锁系统和重装数据库副本n没有出现缺点时n可用于并发操作n一个用户对数据加排他锁修正数据n其他用户可以读镜像数据库上的数据数据库镜像续数据库镜像续6.8 Oracle的恢复技术的恢复技术1. 转储2. 登记日志文件6.8 Oracle的恢复技术：转储的恢复技术：转储n转储后备副本的方法n文

27、件拷贝nEXPORT适用程序n用SQL命令SPOOLn本人编程实现重装后备副本的方法重装后备副本的方法n文件拷贝nIMPORT适用程序nSQL*LOADER适用程序n本人编程实现2. 登记日志文件登记日志文件nORACLE V.5：以数据块为单位nORACLE V.7：REDO日志 + 回滚段ORACLE V.5的恢复技术的恢复技术n日志文件以数据块为单位，恢复操作不是基于操作，而是基于数据块n将更新前的旧值与更新后的新值分别放在两个不同的日志文件中n记录数据库更新前旧值的日志文件称为数据库前像文件Before Image，简称BI文件n记录数据库更新后新值的日志文件称为数据库的后像文件After Image，简称AI文件OracleV.5 的恢复技术续的恢复技术续nBI文件是必需的，AI文件是任选的n没有AI文件