《数据库原理及其应用》课程教学资源（讲稿）第十七章 数据库恢复技术

第十七章数据库恢复技术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。車安全性丰完整性+数据库恢复+并发控制17.1事务的基本概念一、什么是事务事务(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；一个应用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二、如何定义事务■显式定义方式BEGINTRANSACTIONCOMMITROLLBACK■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COMMIT事务正常结束，提交事务的所有操作，事务中所有对数据库的更新永久生效。ROLLBACK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，回滚事务的所有更新操作，事务回滚到开始时的状态。三、事务的特性（ACID特性）事务的ACID特性：1.原子性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。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例：银行转帐：从帐号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ABA=A-1B=B+1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状态。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于扰。一个事务内部的操作及使用的数

B=B+1 A=A-1 A B 第十七章 数据库恢复技术 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。 安全性 完整性 数据库恢复 并发控制 17.1 事务的基本概念 一、什么是事务 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；一个应用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 二、如何定义事务 ◼ 显式定义方式 BEGIN TRANSACTION COMMIT ROLLBACK ◼ 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 COMMIT 事务正常结束，提交事务的所有操作，事务中所有对数据库的更新永久生效。 ROLLBACK 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，回滚事务的所有更新 操作，事务回滚到开始时的状态。 三、事务的特性(ACID 特性) 事务的 ACID 特性： 1. 原子性 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。 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 例：银行转帐：从帐号 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状态。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。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，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。TiT2①读A=162读A=16③ A--A-1写回A=15④A←A-3写回A=134.持续性持续性也称永久性（Permanence），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。破坏事务ACID特性的因素■多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行■事务在运行过程中被强行停止17.2数据库恢复概述故障是不可避免的-计算机硬件故障■系统软件和应用软件的错误-操作员的失误-恶意的破坏故障的影响■运行事务非正常中断-7破坏数据库数据库管理系统对故障的对策■DBMS提供恢复子系统-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一正确状态17.3故障的种类一、事务故障什么是事务故障某个事务在运行过程中由于种种原因未运行至终止点（COMMIT或ROLLBACK）事务故障的常见原因■输入数据有误■运算溢出违反了某些完整性限制■某些应用程序出错-并行事务发生死锁事务故障的恢复■发生事务故障时，未完成的事务可能已把对数据库的部分修改写回磁盘■事务故障的恢复：撤消事务（UNDO)

读A=16 A←A-3 写回A=13 ① 读A=16 ② ③ A←A-1 写回A=15 ④ T1 T2 读A=16 A←A-3 写回A=13 ① 读A=16 ② ③ A←A-1 写回A=15 ④ T1 T2 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互相干扰。 4. 持续性 持续性也称永久性（Permanence），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。 破坏事务 ACID 特性的因素 ◼ 多个事务并行运行时，不同事务的操作交叉执行 ◼ 事务在运行过程中被强行停止 17.2 数据库恢复概述 故障是不可避免的 ◼ 计算机硬件故障 ◼ 系统软件和应用软件的错误 ◼ 操作员的失误 ◼ 恶意的破坏 故障的影响 ◼ 运行事务非正常中断 ◼ 破坏数据库 数据库管理系统对故障的对策 ◼ DBMS 提供恢复子系统 ◼ 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一正确状态 17.3 故障的种类 一、事务故障 什么是事务故障 某个事务在运行过程中由于种种原因未运行至终止点（COMMIT 或 ROLLBACK） 事务故障的常见原因 ◼ 输入数据有误 ◼ 运算溢出 ◼ 违反了某些完整性限制 ◼ 某些应用程序出错 ◼ 并行事务发生死锁 事务故障的恢复 ◼ 发生事务故障时，未完成的事务可能已把对数据库的部分修改写回磁盘 ◼ 事务故障的恢复：撤消事务（UNDO）

-强行回滚（ROLLBACK）该事务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运行过一样-二、系统故障什么是系统故障-操作系统或DBMS代码错误-特定类型的硬件错误（如CPU故障）突然停电使得系统要重新启动-所有正在运行的事务都非正常终止内存中数据库缓冲区的信息全部丢失外部存储设备上的数据未受影响系统故障的恢复清除尚未完成的事务对数据库的所有修改一系统重新启动时，恢复程序要强行撤消（UNDO）所有未完成事务将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库■#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■磁盘损坏■磁头碰撞-瞬时强磁场于扰使存储在外存中的数据部分丢失或全部丢失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恢复装入数据库发生介质故障前某个时刻的数据副本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故障发生点转储+运行事务正常运行TaTbTf重装后备副本重新运行事务恢复恢复操作的基本原理恢复操作的基本原理：穴余利用存储在系统其它地方的余数据来重建数据库中已被破坏或不正确的那部分数据。17.4恢复的实现技术恢复机制涉及的关键问题1.如何建立几余数据数据转储（backup）登录日志文件（logging）2.如何利用这些几余数据进行数据库恢复17.4.1数据转储

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 ─┼───────┴－－－－－－－－－－－－→ ◼ 强行回滚（ROLLBACK）该事务 ◼ 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运行过一样 二、系统故障 什么是系统故障 ◼ 操作系统或 DBMS 代码错误 ◼ 特定类型的硬件错误（如 CPU 故障） ◼ 突然停电 使得系统要重新启动 ◼ 所有正在运行的事务都非正常终止 ◼ 内存中数据库缓冲区的信息全部丢失 ◼ 外部存储设备上的数据未受影响 系统故障的恢复 清除尚未完成的事务对数据库的所有修改 ◼ 系统重新启动时，恢复程序要强行撤消（UNDO）所有未完成事务 将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库 ◼ 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 ◼ 磁盘损坏 ◼ 磁头碰撞 ◼ 瞬时强磁场干扰 使存储在外存中的数据部分丢失或全部丢失 介质故障比前两类故障的可能性小得多，但破坏性大得多 介质故障的恢复 装入数据库发生介质故障前某个时刻的数据副本 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 恢复操作的基本原理：冗余 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。 17.4 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 数据转储（backup） 登录日志文件（logging） 2. 如何利用这些冗余数据进行数据库恢复 17.4.1 数据转储

一、什么是转储转储是指DBA将整个数据库复制到磁带或磁盘上保存起来的过程。这些备用的数据文本称为后备副本或后援副本。二、转储方法1.静态转储在系统中无运行事务时进行转储转储期间不允许对数据库的任何存取、修改活动优点：实现简单缺点：降低了数据库的可用性■转储必须等用户事务结束新的事务必须等转储结束故障发生点+静态转储运行事务正常运行TaTbTf重装后备副本T恢复转储操作与用户事务并发进行转储期间允许对数据库进行存取或修改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动态转储的缺点-不能保证副本中的数据正确有效利用动态转储得到的副本进行故障恢复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TfTaTb故障发生点动态转储运行事务正常运行登记日志文件登记新日志文件个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-Y致性状态

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 ─┼───────┥ 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 一、什么是转储 转储是指 DBA 将整个数据库复制到磁带或磁盘上保存起来的过程。 这些备用的数据文本称为后备副本或后援副本。 二、转储方法 1．静态转储 在系统中无运行事务时进行转储 转储期间不允许对数据库的任何存取、修改活动 优点：实现简单 缺点：降低了数据库的可用性 ◼ 转储必须等用户事务结束 ◼ 新的事务必须等转储结束 转储操作与用户事务并发进行 转储期间允许对数据库进行存取或修改 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 动态转储的缺点 ◼ 不能保证副本中的数据正确有效 利用动态转储得到的副本进行故障恢复 ◼ 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 ◼ 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

2.海量转储与增量转储海量转储：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海量转储与增量转储比较■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■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.转储方法小结转储状态动态转储静态转储转储海量转储动态海量转储静态海量转储方式增量转储动态增量转储静态增量转储转储策略应定期进行数据转储，制作后备副本。但转储又是十分耗费时间和资源的，不能频繁进行。DBA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：每天晚上进行动态增量转储-每周进行一次动态海量转储每月进行一次静态海量转储17.4.2登记日志文件一、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3.基于记录的日志文件内容各个事务的开始标记(BEGINTRANSACTION)■各个事务的结束标记（COMMIT或ROLLBACK）-各个事务的所有更新操作每个事务开始的标记、每个事务结束标记和每个更新操作均作为日志文件的一个日志记录(logrecord)更新操作的日志记录的内容■事务标识操作类型（插入、删除或修改）·操作对象-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）4.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）

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 2．海量转储与增量转储 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 海量转储与增量转储比较 ◼ 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 ◼ 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 转储策略 应定期进行数据转储，制作后备副本。 但转储又是十分耗费时间和资源的，不能频繁进行。 DBA 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： ◼ 每天晚上进行动态增量转储 ◼ 每周进行一次动态海量转储 ◼ 每月进行一次静态海量转储 17.4.2 登记日志文件 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 3. 基于记录的日志文件 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) ◼ 各个事务的所有更新操作 每个事务开始的标记、每个事务结束标记和每个更新操作均作为日志文件的一个日志记录 (log record) 更新操作的日志记录的内容 ◼ 事务标识 ◼ 操作类型（插入、删除或修改） ◼ 操作对象 ◼ 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） 4. 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）