第23讲-数据库事务处理技术之故障恢复

2300-第23讲本讲学习什么（1分43秒）及第23讲教学课件

2301-数据库故障类型（6分44秒）

(1)你要知道的

DBMS 的运行方式：

  • DBMS 利用内存（主存）和外存（辅存）这样的存储体系来进行数据库管理
  • 在内存中，又将其分为程序数据（事务数据）和系统数据

事务是DBMS对数据库进行控制的基本逻辑单元。

事务：宏观上是由程序员设置的一条或多条SQL语句的一次执行；微观上是对数据元素的一系列基本操作，如读写等。需要提交和撤销。

数据元素：

  • 通常 1 数据元素= 1 磁盘块/内存页
  • 也可以更小 (=1 记录)或更大 (=1 关系)

事务具有四个特性：ACID特性

  • 原子性 Atomicity
  • 一致性 Consistency
  • 隔离性 Isolation
  • 持久性 Durability

故障恢复涉及如何保证原子性和持久性

2302-数据库故障恢复的宏观思路（12分10秒）

(1)故障恢复与事务故障恢复

数据库故障恢复

把DB由当前不正确状态恢复到已知为正确的某一状态。

需要保证事务的：

√原子性：事务的所有操作，要么全都执行，要么全都不执行。

√持久性：已提交的事务对数据库产生的影响是持久的，未提交的事务对数据库不应有影响。

事务故障的恢复

事务故障可通过重做事务（Redo）和撤消事务（Undo）来恢复。重做事务可保证已提交事务的持久性，而撤销事务则消除未提交事务的影响

系统故障可通过运行日志来恢复

按照运行日志记录的事务操作顺序重做事务（当事务在发生故障时已正确结束）或撤消事务（当事务在发生故障时未结束）

但故障恢复是需要时间的

运行日志保留了若干天的记录，当发生系统故障时应从哪一个点开始恢复呢？

(3)介质故障恢复

副本(Copy)

  • 在某一时刻，对数据库在其他介质存储上产生的另一份等同记录
  • 用副本替换被损坏的数据库

介质故障的恢复

  • 用副本替换被破坏的数据库
  • 由于介质故障影响全面，在用副本恢复后还需要依据运行日志进行恢复

如何确定备份的时刻：转储点

  • 过频，影响系统工作效率；过疏，会造成运行日志过大，也影响系统运行性能
  • 备份转储周期与运行日志的大小密切相关，应注意防止衔接不畅而引起的漏洞

2303-运行日志的概念（13分57秒）

DBMS需要保证事务的：

√持久性：已提交的事务对数据库产生的影响是持久的，未提交的事务对数据库不应有影响。

√原子性：事务的所有操作，要么全都执行，要么全都不执行。

持久性：

已提交事务——缓冲区内容保证写回磁盘

未提交事务——缓冲区内容不能影响磁盘

2304-UNDO型日志及其故障恢复（9分59秒）

（4）检查点及其使用

静止检查点：周期性地对日志设置检查点

  • 停止接受新的事务， 等到所有当前活跃事务提交或终止，并在日志中写入了COMMIT或ABORT记录后
  • 将日志刷新到磁盘，写入日志记录<CKPT>，并再次刷新日志

非静止检查点

  • 在设置检查点时不必关闭系统，允许新事务进入
  • 写入一条 <START CKPT(T1,...,Tk) >，其中T1,...,Tk是所有活跃的未结束的事务
  • 继续正常的操作，直到T1,...,Tk都完成时，写入<ENDCKPT>

2305-REDO型日志及其故障恢复（7分54秒）

（4）检查点及其运用

非静止检查点

在进行检查点设置时不必关闭系统，允许新事务进入

写入一条<START CKPT(T1,...,Tk) >

其中T1,...,Tk是所有活跃的未结束的事务

将所有已提交的事务写回磁盘，继续正常的操作，直到T1,...,Tk都完成时，写入<ENDCKPT>

2306-UNDO/REDO结合型日志及其故障恢复（6分29秒）

第23讲模拟练习题

1、日志文件是用于记录对数据的所有更新操作。

解析：数据库的日志是记录对数据的所有更新操作，使于当数据库出现故障时能够顺利的恢复，保证事务的原子性和持久性。

2、下列说法正确的是检查点是DBMS强制使内存DB Buffer中的内容与介质DB中的内容保持一致的时刻点。

3、介质故障的恢复需要_________。

  • A.当前未执行完的事务撤销

  • B.当前执行完的事务需要按照运行日志记录的次序重做

  • C.用最新的备份文件替换发生故障的数据库文件

  • D.以上工作都需要，但需要注意操作的次序。

正确答案：D你错选为C

4、检查点是故障恢复技术中出现的概念。

5、DBMS管理数据库缓冲区有四种策略：No Steal, Steal, No Force, Force。对这四种策略有下面四种解释。

  1. 内存中的数据最晚在commit的时候写入磁盘；

  2. 内存中的数据可以一直保留，在commit之后过一段时间再写入磁盘；

  3. 允许在事务commit之前把内存中的数据写入磁盘；

  4. 不允许在事务commit之前把内存中的数据写入磁盘；

则策略与解释有正确对应的是Force：1； No Force：2； Steal：3； No Steal：4。

6、DBMS管理数据库缓冲区有四种策略：No Steal, Steal, No Force, Force。则效率较低但不会出现问题的策略组合是No Steal+ Force，而效率最高最常用但会出现问题的策略组合是Steal + No Force。

7、DBMS管理数据库缓冲区有四种策略：No Steal, Steal, No Force, Force。 为保证数据库系统故障能够有效地恢复，提出了三种类型的日志：Undo型日志、Redo型日志和Undo/Redo结合型日志。不同策略可以采用不同的日志予以恢复，则下列说法正确的是____________。

  • A.Steal + Force：不需要任何日志，不需要恢复

  • B.No Steal + Force：需要Undo/Redo结合型日志进行恢复，不需要Redo型日志

  • C.No Steal + No Force：需要Redo型日志进行恢复，不需要Undo型日志

  • D.Steal+ No Force：需要Undo型日志进行恢复， 不需要Redo型日志

正确答案：C你选对了

解析：本题需要理解这四种策略。Force+No Steal可以保证事务的持久性，不需恢复；

No Steal+No Force，会出现当发生系统故障时，已经提交事务却并未写入磁盘等问题，所以需要Redo型日志，以使重做事务保证持久性；

Steal+Force，会出现当发生系统故障时，未提交事务提早写入磁盘等问题，所以需要Undo型日志，以便撤销事务保证持久性；

而Steal+No Force，则在系统发生故障时，既会出现已经提交事务却并未写入磁盘等问题，也会出现未提交事务提早写入磁盘等问题，所以需要Undo/Redo结合型日志既执行已完成事务的重做，又执行未完成事务的撤销，才能保证持久性。

故此，选项C是正确的。

8、关于Undo型日志和Redo型日志的差别，下列说法正确的是Redo型日志是先将Commit记录写入日志，再将数据写回磁盘OUTPUT，而Undo型日志是先将数据写回磁盘OUTPUT，再将Commit记录写入日志。

9、关于用Undo型日志和Redo型日志进行数据库恢复，下列说法正确的是用Undo型日志恢复是从日志的尾部开始恢复，按日志记录的反序处理，直至遇到第一个检查点为止结束。

Redo型日志是先从日志尾部开始由后向前扫描直至遇到第一个检查点，然后自该检查点开始恢复，按日志记录正序处理，直至日志记录的尾部结束。

10、关于用Undo型日志进行数据库恢复，下列说法正确的是用Undo型日志恢复是对已完成的事务，跳过；而对未完成的事务，将日志记录的值写回磁盘。

Undo型日志仅保留了旧值，没有保留新值。

11、关于用Redo型日志进行数据库恢复，下列说法正确的是用Redo型日志恢复是对已完成的事务，将日志记录的值写回磁盘；而对未完成的事务，跳过。

Redo型日志仅保留了新值，没有保留旧值。