《数据库第10章数据库恢复技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据库第10章数据库恢复技术.ppt（80页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第十章 数据库恢复技术,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轻则造成运行事务非正常中断，影响数据库中数据的正确性重则破坏数据库，使数据库中数据部分或全部丢失。例，银行转帐。,恢复（续）,数据库管理系统对故障的对策DBMS提供了恢复子系统，用来保证各种故障发生后，能把数据库中的数据从错误状态恢复到某种逻辑一致的状态。即保证各个事务中的操作要么全部完成，要么全部不做。数据库系统所采用的恢复技术是否行之有效是衡量系统性能优劣的重要指标。,数据库恢复技术,10.1 恢复的原理10.2 恢复的实现技术10.3 ORACLE的恢复技术10.4 数据库镜像,
2、10 恢复,10.1 恢复的原理10.2 恢复的实现技术10.3 ORACLE的恢复技术10.4 数据库镜像,10.1 恢复的原理,事务故障系统故障介质故障,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正常终止点就夭折了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（续）,事务故障的恢复发生事务故障时，夭折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：事务撤消（UNDO）恢复程序要在不影响其它事务运行的情况下，强行回滚（ROLLBACK）该事务，即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启动过
3、一样,二、系统故障,什么是系统故障由于某种原因造成整个系统的正常运行突然停止，致使所有正在运行的事务都以非正常方式终止。发生系统故障时，内存中数据库缓冲区的信息全部丢失，但存储在外部存储设备上的数据未受影响,系统故障（续）,系统故障的常见原因操作系统或DBMS代码错误操作员操作失误特定类型的硬件错误（如CPU故障）突然停电,系统故障（续）,系统故障的恢复1.清除尚未完成的事务对数据库的所有修改如果DBMS无法确定哪些事务已更新过数据库，则系统重新启动后，恢复程序要强行撤消（UNDO）所有未完成事务，使这些事务象没有运行过一样。2.将缓冲区中已完成事务提交的结果写入数据库如果DBMS无法确定哪些
4、事务的提交结果尚未写入物理数据库，则系统重新启动后，恢复程序需要重做（REDO）所有已提交的事务。,三、介质故障,什么是介质故障硬件故障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，但破坏性最大。,介质故障(续),介质故障的常见原因硬件故障磁盘损坏磁头碰撞操作系统的某种潜在错误瞬时强磁场干扰,介质故障（续）,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,故障的种类小结,数据库系统中各类故障对数据库的影响数据库本身被破坏（介质故障）数据库处于不一致状态数据库中包含了未完成事务对数据库的修改（事
5、务故障、系统故障）数据库中丢失了已提交事务对数据库的修改（系统故障）不同类型的故障应采用不同的恢复操作,故障的种类小结（续）,恢复操作的基本原理：简单任何恢复操作的原理都是一样的原理：利用存储在系统其它地方的冗余数据来重建数据库中已经被破坏或已经不正确的那部分数据恢复的实现技术：复杂一般一个大型数据库产品，恢复子系统的代码要占全部代码的10%以上,10 恢复,10.1 恢复的原理10.2 恢复的实现技术10.3 ORACLE的恢复技术10.4 数据库镜像,10.2 恢复的实现技术,恢复技术的原理利用存储在系统其它地方的冗余数据来修复或重建数据库中被破坏的或不正确的数据。恢复机制涉及的关键问题1
6、.如何建立冗余数据数据转储登记日志文件2.如何利用这些冗余数据实施数据库恢复,10.2 恢复的实现技术,10.2.1 数据转储10.2.2 登记日志文件10.2.3 恢复策略,10.2 恢复的实现技术,10.2.1 数据转储10.2.2 登记日志文件10.2.3 恢复策略,10.2.1 数据转储,一、什么是转储二、转储的用途三、转储方法,一、什么是转储,转储是指DBA将整个数据库复制到磁带或另一个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、转储的用途,用途：供介质故障恢复时使用一旦系统发生介质故障，数据库遭到破坏，可以将后备副本重新装入，把数据库恢复起来。恢复的程度重
7、装后备副本只能将DB恢复到转储时的状态要想恢复到故障发生时的状态，必须重新运行自转储以后的所有更新事务,转储的用途（续）,例：,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,三、转储方法,1静态转储与动态转储2海量转储与增量转储3转储方法小结,1静态转储与动态转储,静态转储静态转储是在系统中无运行事务时进行的转储操作转储操作开始的时刻，数据库处于一致性状态转储期间不允许（或不存在）对数据库的任何存取、修改活动静态转储得到的一定是一个数据一致性的副本,静态转储与动态转储（续）,静态转储的优点实现简单静态转储的缺点降低了数据库的可用性转储必须等待用户事务结
8、束才能进行新的事务必须等待转储结束才能执行,静态转储与动态转储（续）,利用静态转储得到的副本进行故障恢复只需要把静态转储得到的后备副本装入，就能把数据库恢复到转储时刻的正确状态,利用静态转储副本进行恢复,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,静态转储与动态转储（续）,动态转储动态转储是指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。动态转储的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,静态转储与动态转储（续）,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
9、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,利用动态转储副本进行恢复,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,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,转储方法分类,转储方法小结（续）,转储策略从恢复方便角度看，应经常进行数据转储，制
10、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,10.2 恢复的实现技术,10.2.1 数据转储10.2.2 登记日志文件10.2.3 恢复策略,10.2.2 登记日志文件,一、日志文件的内容二、日志文件的用途三、登记日志文件的原则,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,日志文件的内容（续）,3.日志文件内容各个事务的开始标记(
11、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、每个事务的结束标记和每个更新操作均作为日志文件中的一个日志记录(log record),日志文件的内容（续）,4.基于记录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）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）,日志文件的内容（续）,5.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）更新前数据所在的整个数据块的值（对插入操作而言，此项为空值）更新后整个数据
12、块的值（对删除操作而言,此项为空值）,二、日志文件的用途,1用途进行事务故障恢复进行系统故障恢复协助后备副本进行介质故障恢复,日志文件的用途（续）,2与静态转储后备副本配合进行介质故障恢复静态转储的数据已是一致性的数据如果静态转储完成后，仍能定期转储日志文件，则在出现介质故障重装数据副本后，可以利用这些日志文件副本对已完成的事务进行重做处理这样不必重新运行那些已完成的事务程序就可把数据库恢复到故障前某一时刻的正确状态,日志文件的用途（续）,故障发生点 静态转储 运行事务 正常运行 Ta Tb Tf 登记日志文件 重装后备副本 利用日志文件恢复事务 继续运行介质故障恢复 登记日志文件,日志文件的
13、用途（续）,3与动态转储后备副本配合使用进行介质故障恢复动态转储机制在转储数据库时，必须同时转储同一时间点的日志文件，后备副本与该日志文件结合起来才能将数据库恢复到一致性状态。与静态转储一样，如果动态转储完成后，仍能定期转储日志文件，则在做介质故障恢复时，可以利用这些日志文件副本进一步恢复数据库，避免重新运行事务程序。,三、登记日志文件的原则,为保证数据库是可恢复的，登记日志文件时必须遵循两条原则登记的次序严格按并行事务执行的时间次序必须先写日志文件，后写数据库写数据库操作：把对数据的修改写到数据库中写日志文件操作：把表示这个修改的日志记录写到日志文件,登记日志文件的原则（续）,为什么要先写日
14、志文件写数据库和写日志文件是两个不同的操作有可能在这两个操作之间发生故障，即这两个写操作只完成了一个如果先写了数据库修改，而在日志文件中没有登记下这个修改，则以后就无法恢复这个修改了如果先写日志，但没有修改数据库，按日志文件恢复时只不过是多执行一次不必要的UNDO操作，并不会影响数据库的正确性,10.2 恢复的实现技术,10.2.1 数据转储10.2.2 登记日志文件10.2.3 恢复策略,10.2.3 恢复策略,1.事务故障的恢复2.系统故障的恢复3.介质故障的恢复,1.事务故障的恢复,事务故障是指事务在运行至正常终止点前被中止恢复方法由恢复子系统应利用日志文件撤消（UNDO）此事务已对数据
15、库进行的修改事务故障的恢复由系统自动完成，不需要用户干预,事务故障的恢复（续）,恢复步骤1.反向扫描文件日志（即从最后向前扫描日志文件），查找该事务的更新操作。2.对该事务的更新操作执行逆操作。即将日志记录中“更新前的值”写入数据库。如果记录中是插入操作，则相当于做删除操作（因为此时“更新前的值”为空）若记录中是删除操作，则相当于做插入操作（因为此时“更新后的值”为空）若是修改操作，则相当于用修改前值代替修改后值,事务故障的恢复（续）,3.继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做同样处理。4.如此处理下去，直至读到此事务的开始标记，事务故障恢复就完成了。,2.系统故障的恢复,系统故
16、障造成数据库不一致状态的原因一些未完成事务对数据库的更新已写入数据库一些已提交事务对数据库的更新还留在缓冲区没来得及写入数据库恢复方法1.撤消故障发生时未完成的事务2.重做已完成的事务系统故障的恢复由系统在重新启动时自动完成，不需要用户干预,系统故障的恢复（续）,恢复步骤1.正向扫描日志文件（即从头扫描日志文件）找出在故障发生前已经提交的事务,将事务标识记入重做队列同时找出故障发生时尚未完成的事务,将事务标识记入撤消队列,系统故障的恢复（续）,2.对撤消队列中的各个事务进行撤消(UNDO)处理反向扫描日志文件，对每个UNDO事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录中“更新前的值”写入数据库 3.
17、对重做队列中的各个事务进行重做(REDO)处理正向扫描日志文件，对每个REDO事务重新执行登记的操作。即将日志记录中“更新后的值”写入数据库,3.介质故障的恢复,发生介质故障后，磁盘上的物理数据和日志文件被破坏，这是最严重的一种故障恢复方法1.重装数据库，使数据库恢复到一致性状态2.重做已完成的事务,介质故障的恢复（续）,恢复步骤1.装入最新的后备数据库副本，使数据库恢复到最近一次转储时的一致性状态。对于静态转储的数据库副本，装入后数据库即处于一致性状态对于动态转储的数据库副本，还须同时装入转储时刻的日志文件副本，利用与恢复系统故障相同的方法（即REDO+UNDO），才能将数据库恢复到一致性状
18、态。,利用静态转储副本将数据库恢复到一致性状态,故障发生点 静态转储 运行事务 正常运行 Ta Tb Tf 登记日志文件 重装后备副本 恢复,利用动态转储副本将数据库恢复到一致性状态,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,介质故障的恢复（续）,2.装入有关的日志文件副本，重做已完成的事务。首先扫描日志文件，找出故障发生时已提交的事务的标识，将其记入重做队列。然后正向扫描日志文件，对重做队列中的所有事务进行重做处理。即将日志记录中“更新后的值”写入数据库。,介质故障的恢复（
19、续）,介质故障的恢复需要DBA介入DBA的工作重装最近转储的数据库副本和有关的各日志文件副本执行系统提供的恢复命令具体的恢复操作仍由DBMS完成,10 恢复,10.1 恢复的原理10.2 恢复的实现技术10.3 ORACLE的恢复技术10.4 数据库镜像,10.3 Oracle的恢复技术,ORACLE恢复机制1.转储2.登记日志文件,Oracle的恢复技术（续）,1.转储转储后备副本的方法文件拷贝EXPORT实用程序用SQL命令SPOOL自己编程实现,Oracle的恢复技术（续）,重装后备副本的方法文件拷贝IMPORT实用程序SQL*LOADER实用程序自己编程实现,Oracle的恢复技术（续
20、）,2.登记日志文件ORACLE V.5：以数据块为单位ORACLE V.7：REDO日志+回滚段,Oracle的恢复技术（续）,ORACLE V.5的恢复技术日志文件以数据块为单位，恢复操作不是基于操作，而是基于数据块将更新前的旧值与更新后的新值分别放在两个不同的日志文件中记录数据库更新前旧值的日志文件称为数据库前像文件（Before Image，简称BI文件）记录数据库更新后新值的日志文件称为数据库的后像文件（After Image，简称AI文件）,Oracle的恢复技术（续）,ORACLE V.5的恢复技术(续)BI文件是必须的，AI文件是任选的没有AI文件：只能执行UNDO处理，不能执
21、行REDO处理,Oracle的恢复技术（续）,ORACLE V.7的恢复技术REDO日志文件：记录被更新数据的前像和后像回滚段(Rollback Segment）：记录尚未完成的更新事务的更新数据的前像事务故障恢复根据回滚段中的数据，撤消该事务的操作,Oracle的恢复技术（续）,ORACLE V.7的恢复技术(续)系统故障恢复首先扫描REDO日志文件，重做所有操作，并对更新操作建立回滚段数据。当遇到提交记录，取消相应回滚段中数据。再根据回滚段中的数据，撤消未正常提交的事务的操作（图7.6）优点：只需要扫描日志文件一遍,Oracle的恢复技术（续）,图 Oracle的恢复过程(a)发生故障，事
22、务非正常终止,Oracle的恢复技术（续）,(b)利用REDO文件，重做所有操作,Oracle的恢复技术（续）,(c)利用回滚段撤消未提交的事务数据库恢复到一致性状态,时间,T1,T2,Oracle的恢复技术（续）,ORACLE V.7的恢复技术(续)介质故障恢复重装数据库后备副本文件，恢复到转储时的数据库一致性状态利用在此之后转储的REDO日志文件副本将数据库恢复到最近点(类似于系统故障恢复),小结,如果数据库只包含成功事务提交的结果，就说数据库处于一致性状态。保证数据一致性是对数据库的最基本的要求。事务是数据库的逻辑工作单位DBMS保证系统中一切事务的原子性、一致性、隔离性和持续性,小结（
23、续）,DBMS必须对事务故障、系统故障和介质故障进行恢复恢复中最经常使用的技术：数据库转储和登记日志文件恢复的基本原理：利用存储在后备副本、日志文件和数据库镜像中的冗余数据来重建数据库,小结（续）,常用恢复技术事务故障的恢复UNDO系统故障的恢复UNDO+REDO介质故障的恢复重装备份并恢复到一致性状态+REDO,10.4 数据库镜像,介质故障是对系统影响最为严重的一种故障，严重影响数据库的可用性介质故障恢复比较费时为预防介质故障，DBA必须周期性地转储数据库提高数据库可用性的解决方案数据库镜像（Mirror）,数据库镜像（续）,数据库镜像DBMS自动把整个数据库或其中的关键数据复制到另一个磁盘上DBMS自动保证镜像数据与主数据的一致性(图7.5a),数据库镜像（续）,数据库镜像的用途出现介质故障时DBMS自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢复，不需要关闭系统和重装数据库副本(图10.5b)没有出现故障时可用于并发操作(图10.5a)一个用户对数据加排他锁修改数据其他用户可以读镜像数据库上的数据,数据库镜像（续）,图数据库镜像,
