n数据库系统中的数据是由DBMS统一管理 和控制的，为了适应数据共享的环境， DBMS必须提供数据保护能力，以保证数据 库中数据的安全可靠和正确有效。n数据保护n安全性n完整性n并发控制n数据库恢复6.4 数据库的恢复6.4.1 事务的基本概念 6.4.2 数据库恢复概述 6.4.3 故障的种类 6.4.4 恢复的实现技术 6.4.5 恢复策略 6.4.6 具有检查点的恢复技术 6.4.7 数据库镜像6.4.1 事务的基本概念一、什么是事务二、如何定义事务三、事务的特性一、什么是事务n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一个应用程序通常包含多个事务n事务是恢复和并发控制的基本单位二、如何定义事务n显式定义方式BEGIN TRANSACTION BEGIN TRANSACTIONSQL 语句1 SQL 语句1SQL 语句2 SQL 语句2。 。COMMIT ROLLBACKn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事务结束COMMIT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永久生效ROLLBACK事务异常终止n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n事务滚回到开始时的状态三、事务的特性(ACID特性)事务的ACID特性：n原子性（Atomicity）n一致性（Consistency）n隔离性（Isolation）n持续性（Durability ）1. 原子性n事务是数据库的逻辑工作单位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一致性与原子性银行转帐：从帐号A中取出一万元，存入 帐号B。n定义一个事务，该事务包括两个操 作B=B+1 A=A-1BAn这两个操作要么全做，要么全不做n全做或者全不做，数据库都处于一致性状态。n如果只做一个操作，数据库就处于不一致性状态。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n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n并发执行的各个事务之间不能互相干扰T1的修改被T2覆盖了！读A=16AA-3 写回A=13 读A=16 AA-1写回A=15T2T14. 持续性n持续性也称永久性（Permanence）n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。n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。事务的特性 n保证事务ACID特性是事务处理的任务n破坏事务ACID特性的因素n多个事务并行运行时，不同事务的操作 交叉执行n事务在运行过程中被强行停止6.4.2 数据库恢复概述n故障是不可避免的n计算机硬件故障n系统软件和应用软件的错误n操作员的失误n恶意的破坏n故障的影响n运行事务非正常中断n破坏数据库数据库恢复概述（续）n数据库管理系统对故障的对策nDBMS提供恢复子系统n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n保证事务ACIDn恢复技术是衡量系统优劣的重要指标一、事务故障n什么是事务故障n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n事务故障的常见原因n输入数据有误n运算溢出n违反了某些完整性限制n某些应用程序出错n并行事务发生死锁n。事务故障的恢复n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n事务故障的恢复：撤消事务（UNDO ）n强行回滚（ROLLBACK）该事务n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二、系统故障n什么是系统故障n整个系统的正常运行突然被破坏n所有正在运行的事务都非正常终止n内存中数据库缓冲区的信息全部丢 失n外部存储设备上的数据未受影响系统故障的常见原因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故障）n突然停电系统故障的恢复n 清除尚未完成的事务对数据库的所有修改n系统重新启动时，恢复程序要强行 撤消（UNDO）所有未完成事务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，恢复程序需要重 做（REDO）所有已提交的事务三、介质故障n硬件故障使存储在外存中的数据部分 丢失或全部丢失n介质故障比前两类故障的可能性小得 多，但破坏性大得多介质故障的常见原因n硬件故障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故障的恢复n装入数据库发生介质故障前某个时刻 的数据副本n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恢复操作的基本原理n恢复操作的基本原理：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6.4.4 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n数据转储（backup）n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 另一个磁盘上保存起来的过程。n这些备用的数据文本称为后备副本或后援 副本。6.4.4.1 数据转储转储故障发生点转储 运行事务 正常运行 Ta Tb Tf重装后备副本 重新运行事务恢复 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转储方法小结二、转储的用途1静态转储n在系统中无运行事务时进行转储n转储开始时数据库处于一致性状态n转储期间不允许对数据库的任何存取 、修改活动n优点：实现简单n缺点：降低了数据库的可用性n转储必须等用户事务结束n新的事务必须等转储结束利用静态转储副本进行恢复故障发生点静态转储 运行事务 正常运行 Ta Tb Tf重装后备副本 恢复 动态转储n转储操作与用户事务并发进行n转储期间允许对数据库进行存取或修 改n优点n不用等待正在运行的用户事务 结束n不会影响新事务的运行n动态转储的缺点n不能保证副本中的数据正确有 效动态转储n利用动态转储得到的副本进行故障恢 复n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n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利用动态转储副本进行恢复运行事务 故障发生点动态转储 运行事务 正常运行 Ta Tb Tf重装后备副本 利用日志文件恢复恢复 利用动态转储副本进行恢复Ta Tb Tf动态转储 运行事务 故障发生点 正常运行 登记日志文件 登记新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 恢复到一 致性状态2海量转储与增量转储n海量转储: 每次转储全部数据库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，使用海量转储得到 的后备副本进行恢复往往更方便n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3转储方法小结n转储方法分类转储状态动态转储静态转储转储 方式海量转储动态海量转储静态海量转储增量转储动态增量转储静态增量转储转储策略n应定期进行数据转储，制作后备副本。n但转储又是十分耗费时间和资源的，不能频繁进 行。nDBA应该根据数据库使用情况确定适当的转储周 期和转储方法。例：n每天晚上进行动态增量转储n每周进行一次动态海量转储n每月进行一次静态海量转储6.4.4.2 登记日志文件一、日志文件的内容二、日志文件的用途三、登记日志文件的原则一、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）3. 日志文件内容n各个事务的开始标记(BEGIN TRANSACTION)n各个事务的结束标记(COMMIT或 ROLLBACK)n各个事务的所有更新操作n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每条日志记录的内容n事务标识n操作类型（插入、删除或修改）n操作对象（记录ID、Block NO.）n更新前数据的旧值（对插入操作而言，此项为空值）n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每条日志记录的内容n事务标识（标明是那个事务）n操作对象（记录ID、Block NO.）n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）n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1用途n进行事务故障恢复n进行系统故障恢复n协助后备副本进行介质故障恢复日志文件的用途（续）2与静态转储后备副本配合进行介质故障 恢复n静态转储的数据已是一致性的数据n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n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 的正确状态日志文件的用途（续）故障发生点静态转储 运行事务 正常运行 Ta Tb Tf登记日志文件重装后备副本 利用日志文件恢复事务 继续运行介质故障恢复 登记日志文件日志文件的用途（续）3介质故障恢复：LOG FILE + 动态转储后备副本n动态转储数据库：同时转储同一时点的日志文件n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。n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序。三、登记日志文件的原则n为保证数据库是可恢复的，登记日志文件时必须遵循两条原则n登记的次序严格按并行事务执行的 时间次序n必须先写日志文件，后写数据库n写日志文件操作：把表示这个修 改的