數據庫概論 （七）恢復技術

數據庫恢復技術

保證數據庫數據的可靠性。

一個簡單的例子：

• 從A帳戶向B帳戶轉帳1000元人民幣
• 讀取A帳戶的餘額
• 餘額足夠，扣除一千元
• 讀取B帳戶的餘額
• 將餘額加上1000元

在扣除餘額到餘額增長的步驟之間，若是出現了系統性的故障，硬件故障，致使整個流程沒有順利完成，就會致使錯帳。

簡單分析可知出錯是由於整個流程並非原子性的，或者說，想要完成原子性，可是沒有對中間錯誤發生的預案。

事務

事務的基本特性有四個特性，ACID，保證了事務的原子性，一致性，永久性，隔離性。

1. 原子性（Atomicity）

事務被視爲不可分割的最小單元，事務的全部操做要麼所有提交成功，要麼所有失敗回滾。

回滾能夠用回滾日誌（Undo Log）來實現，回滾日誌記錄着事務所執行的修改操做，在回滾時反向執行這些修改操做便可。

2. 一致性（Consistency）

數據庫在事務執行先後都保持一致性狀態。在一致性狀態下，全部事務對同一個數據的讀取結果都是相同的。若是出問題可能會致使不可重複讀，幻影讀等問題。

3. 隔離性（Isolation）

一個事務所作的修改在最終提交之前，對其它事務是不可見的。在併發的時候使用鎖機制來保證隔離性。

4. 持久性（Durability）

一旦事務提交，則其所作的修改將會永遠保存到數據庫中。即便系統發生崩潰，事務執行的結果也不能丟失。

系統發生崩潰能夠用重作日誌（Redo Log）進行恢復，從而實現持久性。與回滾日誌記錄數據的邏輯修改不一樣，重作日誌記錄的是數據頁的物理修改。

事務的目的是保障在任何狀況下，無論是正常運行仍是發生了系統故障，不管是單用戶，串行執行仍是多用戶併發執行都要保證事務的執行。

關於鎖和併發的問題放在下一章講 [鎖與併發](./數據庫概論 （八）)

---

日誌系統

日誌文件是用來記錄事務對數據庫的更新操做的文件，日誌每每以記錄爲最小單位，或者以數據庫定義的數據塊爲最小單位。

以記錄爲單位的日誌文件的內容

• 各個事務的開始標記(BEGIN TRANSACTION)
• 各個事務的結束標記(COMMIT或ROLLBACK)
• 各個事務的全部更新操做
• 事務標識（標明是哪一個事務）
• 操做類型（插入、刪除或修改）
• 操做對象（記錄內部標識）
• 更新前數據的舊值（對插入操做而言，此項爲空值）
• 更新後數據的新值（對刪除操做而言, 此項爲空值）

重點是爲了記錄：哪一個事務改變了哪一個數據塊。

登記日誌文件的基本原則

1. 登記的次序嚴格按照事務執行的時間次序登記
2. 必須先寫日誌文件，再寫數據庫

並非全部的操做都要寫日誌文件，只有在要把數據寫到數據庫中的時候才須要先寫日誌文件，再寫數據庫

由於能夠經過日誌文件恢復UNDO失敗的數據庫操做，若是先寫數據庫那麼若是出現了錯誤就沒有機會恢復剛剛的修改了。

恢復策略

事務運行過程當中發生了故障

由恢復子系統利用日誌文件撤銷剛剛發生的對數據庫的修改。此處的恢復操做是對用戶透明的，用戶不須要干預此處的修復。

1. 從日誌文件的末尾開始反向掃描日誌文件，找到故障事務的數據庫修改操做
2. 執行修改操做的逆操做
3. 繼續反向掃描，遇到修改操做則執行2，直到抵達故障事務的開始語句。

系統故障致使的數據庫狀態不一致

形成不一致的緣由

• 未完成的事務的數據已經寫入到數據庫中
• 已經提交的事務對數據庫的修改還在緩衝區中，尚未執行修改

恢復的方法

• Undo 針對未完成的，已經修改的操做
  • 反向掃描日誌文件，對修改數據庫的操做執行逆操做
  • 將更新前的值寫入到數據庫，覆蓋數據
• Redo 針對緩衝區中的操做
  • 正向掃描日誌文件，找到每個要執行數據庫修改的操做
  • 將數據從新寫入數據庫

介質故障

首先要轉入最新的，正常的數據庫備份副本，使之恢復到最近的正常狀態。

• 對於靜態存儲的數據庫副本，裝入以後就已經處於一致性狀態。
• 對於動態存儲的數據庫副本，還要裝入轉儲時刻的日誌文件副本，使用Undo和Redo機制恢復到一致性狀態。

而後對於備份以後的數據，咱們要經過存儲的日誌文件來恢復，重作全部已經完成的事務。

• 掃描日誌文件，找出故障發生時已經提交的事務的標誌，而後將其記入Redo隊列，等待Redo
• 而後正向掃描日誌文件，對重作隊列中的全部事務進行重作，而後寫入數據庫