【数据库】数据库恢复技术

数据库恢复技术

实现恢复的焦点是利用冗余，也就是根据冗余数据重建不精确数据。
事件

事件是一个数据库操作序列，是一个不可分割的工作单元，是恢复和并发的基本单元。
在关系数据库中，一个事件是一条或多条SQL语句，也可以包含一个或多个程序。一个程序通常包含多个事件。
可以显式的界说一个事件：

1. BEGIN TRANSACTION
2.         SQL 语句1
3.         SQL 语句2
4.         ……
5. COMMIT|ROLLBACK

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COMMIT是提交事件，ROLLBACK是回滚。
事件具有四个非常紧张的特性，即ACID特性：

• 原子性（Atomicity） 原子性是指，事件要不全部完成，要不全部取消。如果事件失败，会回滚到事件之前。
  
• 一致性（Consistency） 一致性是指，只有合法的数据才能写入数据库。
  
• 隔离性（Isolation） 隔离性是指，如果两个事件同时执行，那么执行次序不影响执行结果。
  
• 持续性（Durability） 持久性是指，一旦事件提交，数据必须保存在数据库之中。
  

事件一般有五种状态，其状态图如下：

故障和恢复

常见的故障有四种：事件内部的故障、体系故障、介质故障、计算机病毒。
事件内部的故障有些是通过事件程序自己发现的，有些是非预期的。比如，有一个事件，从A转账给B。有下面的事件程序：

1. BEGIN TRANSACTION
2.         BALANCE = BALANCE - 100
3.         IF (BALANCE < 0) THEN {
4.                 ROLLBACK
5.         } ELSE {
6.                 读取用户乙的余额BALANCE1
7.                 BALANCE1 = BALANCE + AMOUNT
8.                 写回BALANCE1
9.                 COMMIT
10.         }

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如果出现了余额不敷，就可以回滚，保证数据库状态正常，而不是只减了甲的钱却不影响乙的钱。
有的时间事件故障是非预期的，比如运算溢出、死锁、违反完整性限定。这类故障一般利用撤销事件（UNDO）。
体系故障是造成体系克制运转的任何事件，使得体系要重新启动。这个时间，体系运行被粉碎，事件非正常克制，不粉碎数据库，缓存区信息丢失。
这种体系故障可能是硬件错误或操作体系故障引起的。如果发生故障的时间事件未提交，那么直接UNDO未完成事件；如果已提交但缓冲区未写入磁盘，那么进行REDO。
介质故障是外存故障，比如磁盘损坏、磁头碰撞、操作体系潜在错误、瞬时强磁场干扰。一般须要装入介质故障前某个时间的数据副本，重做全部成功事件。
计算机病毒是人为故障或粉碎。
数据转储

一、静态转储和动态转储
在没有运行事件的时间，进行的就是静态转储。转储开始前数据库一致，并且期间不能对数据库进行存取和修改。这种方法实现简单，但是降低了数据库的可用性，因为新的事件必须等转储竣事。
如果将转出操作和用户事件并发执行，进行的就是动态转储。转储期间可以进行存取修改，这种方法无需等待正在运行的用户事件，也不会影响新事件运行。但是动态转储不能保证副本中数据的精确性。
因此，做动态转储须要把各事件的修改活动记下来，创建日记，用后备副本加上日记使得数据库恢复。
二、海量转储与增量转储
海量转储是每次转储全部数据库，增量转储是只转储前次转储后的数据。
从恢复角度来看，海量转储更方便，但是数据库很大的时间增量转储更有用。
日记

日记是记录事件对数据库更新操作的文件。
一、日记文件的格式和内容
一般来说，日记有记录为单元，也有以数据块为单元。
以记录为单元的日记内容包含：

• 事件开始标记
  
• 事件竣事标记
  
• 事件全部更新操作
  

这样的称为一个日记记录。每条日记记录又分成

• 事件标识（表明事件种类）
  
• 操作类型（插入、删除、修改）
  
• 操作对象（记录内部标识）
  
• 更新前数据的旧值（对插入操作来说是空）
  
• 更新后数据的新值（对删除操作来说是空）
  

以数据块为单元的日记文件，每条日记记录内容是

• 事件标识
  
• 被更新的数据块
  

二、日记文件的作用
日记文件可以进行事件故障恢复、体系故障恢复、帮忙后备副本进行介质故障恢复。
下面是一个用静态转储副本和日记文件进行恢复的例子。

在静态转储的根本上，得到一个一致性副本，然后发生故障。那么重新运行全部事件，就可以把数据库恢复到一致状态。
三、登记日记文件
登记日记的次序须要严格按照并行事件执行的时间次序。必须先写日记文件，后写数据库。
这是因为，如果在二者之间故障发生了，先写数据库，这个记录就无法恢复；如果先写日记，只须要做一次UNDO。
四、故障的恢复
（1）事件故障
恢复事件故障，起首反向扫描文件日记，然后查找事件的更新操作。接下来，对事件更新操作进行逆操作，把更新前的值重新写入。
继续扫描文件日记，查找事件别的操作，直到读到事件开始标记。
（2）体系故障
起首正向扫描日记，然后创建两个队列。第一个叫做REDO队列，第二个叫做UNDO队列。REDO队列存放故障发生前的已经COMMIT的事件，UNDO队列存放尚未发生的队列。
对UNDO队列的事件同一进行UNDO处置惩罚，也就是在数据库中储存更新前的值；对REDO队列的事件同一做REDO处置惩罚，把更新后的值写入数据库。
（3）介质故障
介质故障一般先重装数据库，然后重做已完成的事件。
一般来说，可以装入最新的后备数据库副本。静态副本可以直接装入，动态副本还须要装入转储时的日记文件副本。
介质故障恢复每每须要DBA的介入，重装最近转储的副本和各日记文件副本，执行体系提供的恢复命令。
查抄点

之前的日记恢复技术，搜刮日记须要大量时间，同时REDO也大量耗费了时间。因此，具有查抄点的恢复技术是常见的技术。
创建查抄点一般有两种，可以是按固定时间间隔定期创建，也可以按照某种规则，比如日记文件写满一半创建一个查抄点。查抄点实际上就是一个标记，事件TTT在查抄点之前提交，那么TTT已经写入了数据库，无需进行REDO。

T3、T5在故障发生时未完成，所以撤销；T2、T4在查抄点之后提交，须要REDO；T1则无需REDO。
用查抄点的恢复步调如下：

• 找到最后一个查抄点记录的地址
  
• 由查抄点记录得到正在执行的事件ACTIVE-LIST，创建UNDO和REDO LIST，并把ACTIVE LIST放入UNDO LIST
  
• 正向扫描日记文件，新开始的事件放入UNDO LIST，提交事件放到REDO LIST
  
• UNDO LIST进行UNDO，REDO LIST进行REDO
  

数据库镜像

DBMS主动把整个数据库或其中关键数据复制到另一个磁盘上，由DBMS保证镜像数据和主数据库的一致性。在出现介质故障的时间，可以由镜像磁盘继续利用，同时DBMS利用磁盘数据进行恢复，而无需重装数据库副本。

同时，在没有出现故障的时间，数据库镜像也可以用于并发操作，如果一个用户对数据加排他锁，其他用户可以读镜像数据库的数据。
频仍的复制数据会降低效率，所以一般只对关键数据和日记进行镜像。

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