数据库概论 （七）恢复技术

数据库恢复技术

保证数据库数据的可靠性。

一个简单的例子：

• 从A帐户向B帐户转帐1000元人民币
• 读取A帐户的余额
• 余额足够，扣除一千元
• 读取B帐户的余额
• 将余额加上1000元

在扣除余额到余额增长的步骤之间，若是出现了系统性的故障，硬件故障，致使整个流程没有顺利完成，就会致使错帐。

简单分析可知出错是由于整个流程并非原子性的，或者说，想要完成原子性，可是没有对中间错误发生的预案。

事务

事务的基本特性有四个特性，ACID，保证了事务的原子性，一致性，永久性，隔离性。

1. 原子性（Atomicity）

事务被视为不可分割的最小单元，事务的全部操做要么所有提交成功，要么所有失败回滚。

回滚能够用回滚日志（Undo Log）来实现，回滚日志记录着事务所执行的修改操做，在回滚时反向执行这些修改操做便可。

2. 一致性（Consistency）

数据库在事务执行先后都保持一致性状态。在一致性状态下，全部事务对同一个数据的读取结果都是相同的。若是出问题可能会致使不可重复读，幻影读等问题。

3. 隔离性（Isolation）

一个事务所作的修改在最终提交之前，对其它事务是不可见的。在并发的时候使用锁机制来保证隔离性。

4. 持久性（Durability）

一旦事务提交，则其所作的修改将会永远保存到数据库中。即便系统发生崩溃，事务执行的结果也不能丢失。

系统发生崩溃能够用重作日志（Redo Log）进行恢复，从而实现持久性。与回滚日志记录数据的逻辑修改不一样，重作日志记录的是数据页的物理修改。

事务的目的是保障在任何状况下，无论是正常运行仍是发生了系统故障，不管是单用户，串行执行仍是多用户并发执行都要保证事务的执行。

关于锁和并发的问题放在下一章讲 [锁与并发](./数据库概论 （八）)

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日志系统

日志文件是用来记录事务对数据库的更新操做的文件，日志每每以记录为最小单位，或者以数据库定义的数据块为最小单位。

以记录为单位的日志文件的内容

• 各个事务的开始标记(BEGIN TRANSACTION)
• 各个事务的结束标记(COMMIT或ROLLBACK)
• 各个事务的全部更新操做
• 事务标识（标明是哪一个事务）
• 操做类型（插入、删除或修改）
• 操做对象（记录内部标识）
• 更新前数据的旧值（对插入操做而言，此项为空值）
• 更新后数据的新值（对删除操做而言, 此项为空值）

重点是为了记录：哪一个事务改变了哪一个数据块。

登记日志文件的基本原则

1. 登记的次序严格按照事务执行的时间次序登记
2. 必须先写日志文件，再写数据库

并非全部的操做都要写日志文件，只有在要把数据写到数据库中的时候才须要先写日志文件，再写数据库

由于能够经过日志文件恢复UNDO失败的数据库操做，若是先写数据库那么若是出现了错误就没有机会恢复刚刚的修改了。

恢复策略

事务运行过程当中发生了故障

由恢复子系统利用日志文件撤销刚刚发生的对数据库的修改。此处的恢复操做是对用户透明的，用户不须要干预此处的修复。

1. 从日志文件的末尾开始反向扫描日志文件，找到故障事务的数据库修改操做
2. 执行修改操做的逆操做
3. 继续反向扫描，遇到修改操做则执行2，直到抵达故障事务的开始语句。

系统故障致使的数据库状态不一致

形成不一致的缘由

• 未完成的事务的数据已经写入到数据库中
• 已经提交的事务对数据库的修改还在缓冲区中，尚未执行修改

恢复的方法

• Undo 针对未完成的，已经修改的操做
  • 反向扫描日志文件，对修改数据库的操做执行逆操做
  • 将更新前的值写入到数据库，覆盖数据
• Redo 针对缓冲区中的操做
  • 正向扫描日志文件，找到每个要执行数据库修改的操做
  • 将数据从新写入数据库

介质故障

首先要转入最新的，正常的数据库备份副本，使之恢复到最近的正常状态。

• 对于静态存储的数据库副本，装入以后就已经处于一致性状态。
• 对于动态存储的数据库副本，还要装入转储时刻的日志文件副本，使用Undo和Redo机制恢复到一致性状态。

而后对于备份以后的数据，咱们要经过存储的日志文件来恢复，重作全部已经完成的事务。

• 扫描日志文件，找出故障发生时已经提交的事务的标志，而后将其记入Redo队列，等待Redo
• 而后正向扫描日志文件，对重作队列中的全部事务进行重作，而后写入数据库