数据库数据库恢复技术.ppt

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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。,第一页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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。,第二页，编辑于星期一：二十点 十八分。,数

2、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,第三页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第四页，编辑于星期一：二十点 十八分。,10.1,恢复的原理,事务故障,系统故障,介质故障,第五页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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

3、锁,第六页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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一样,第七页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第八

4、页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第九页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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（,R

5、EDO,）所有已提交的事务。,第十页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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。,第十一页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第十二页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第十三页，编辑于星期一：二十点 十八分。

6、,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,第十四页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第十五页，编辑

7、于星期一：二十点 十八分。,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,第十六页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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.,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,第十七页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第十八页，编辑于星期一：

8、二十点 十八分。,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,第十九页，编辑于星期一：二十点 十八分。,10.2.1,数据转储,一、什么是转储,二、转储的用途,三、转储方法,第二十页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,。,第二十一页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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

9、,重装后备副本只能将,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,第二十二页，编辑于星期一：二十点 十八分。,转储的用途（续）,例：,故障发生点,转储,正常运行,运行事务,Ta,Tb,Tf,重装后备副本,重新运行事务,恢复,第二十三页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第二十四页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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

10、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,第二十五页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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束才能进行,新的事务必须等待转储结束才能执行,第二十六页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第二十七页，编辑于星期一：二十点 十八分。,利用静态转储副本进行恢复,故障发生点,静态转储,正常运行,运行事务,Ta,Tb,

11、Tf,重装后备副本,恢复,第二十八页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第二十九页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第三十页，编辑于星期一：二十点 十八分。,利

12、用动态转储副本进行恢复,Ta,Tb,Tf,运行事务,故障发生点,动态转储,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,第三十一页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第三十二页，编辑于星期一：二十点 十八分。,3,转储方法小结,转储方法分类,转储状态,动态转储,静态转储,转储,方

13、式,海量转储,增量转储,动态海量转储,动态增量转储,静态海量转储,静态增量转储,第三十三页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第三十四页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第三十五页，编辑于星期一：二十点 十

14、八分。,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,第三十六页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第三十七页，编辑于星期一：二十点 十八分。,日志文件的内容（续）,3.,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、每个事务的结束标记和每个,

15、更新操作均作为日志文件中的一个日志记录,(log,record),第三十八页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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）,第三十九页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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）,?,更新后整个数据块

16、的值（对删除操作而言,此项为空值）,第四十页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第四十一页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第四十二页，编辑于星期一：二十点 十八分。,日志文件的用途（续）,

17、故障发生点,静态转储,运行事务,正常运行,Ta,Tb,登记日志文件,Tf,重装后备副本,介质故障恢复,利用日志文件恢复事务,继续运行,登记日志文件,第四十三页，编辑于星期一：二十点 十八分。,日志文件的用途（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。,第四十四页，编辑于星期一：二十点 十八分。,三、登记日志

18、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,第四十五页，编辑于星期一：二十点 十八分。,登记日志文件的原则（续）,为什么要先写日志文件,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

19、,UNDO,操作，并,不会影响数据库的正确性,第四十六页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第四十七页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第四十八页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第四十九页，编辑于星期一：二

20、十点 十八分。,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,第五十页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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

21、了。,第五十一页，编辑于星期一：二十点 十八分。,2.,系统故障的恢复,系统故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,第五十二页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第五十三页，编辑于星

22、期一：二十点 十八分。,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.,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,第五十四页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第五十五页

23、，编辑于星期一：二十点 十八分。,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态。,第五十六页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,正常运行,Ta,运行事务,Tb,Tf,登记日志文件,重装后备副本,恢复,第五十七页，编辑于星期一：二十点 十八分。,利用动态转储副本

24、将数据库恢复到一致性状态,Tf,运行事务,故障发生点,Ta,Tb,动态转储,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,第五十八页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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。,第五十九页，编辑于星期一：二十点 十八分。,介质故障的恢复（续）,介质故障的恢复需要,DBA,介入,DBA,的

25、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,第六十页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第六十一页，编辑于星期一：二十点 十八分。,10.3 Oracle,的恢复技术,ORACLE,恢复机制,1.,转储,2.,登记日志文件,第六十二页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,SPOO

26、L,?,自己编程实现,第六十三页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第六十四页，编辑于星期一：二十点 十八分。,Oracle,的恢复技术（续）,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,第六十五页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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

27、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）,第六十六页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,行,REDO,处理,第六十七页，编辑于星期一：二十点 十八分。,Oracle,的恢复技术（续）,ORACLE V.7,的恢复技术,R

28、EDO,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,第六十八页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第六十九页，编辑于星期一：二十点 十八分。,Or

29、acle,的恢复技术（续）,图,Oracle,的恢复过程,T,a,T,1,T,2,T,3,T,4,4,T,f,时间,(a),发生故障，事务非正常终止,第七十页，编辑于星期一：二十点 十八分。,Oracle,的恢复技术（续）,时间,T,1,T,2,T,3,T,4,4,(b),利用,REDO,文件，重做所有操作,第七十一页，编辑于星期一：二十点 十八分。,Oracle,的恢复技术（续）,时间,T,1,T,2,(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,第七十二页，编辑于星期一：二十点 十八分。,Oracle,的恢复技术（续）,ORACLE V.7,的恢复技术,(,续,),介质故障恢复

30、,?,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,),第七十三页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第七十四页，编辑于星期一：二十点 十八分。,小结（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

31、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,第七十五页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第七十六页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,）,第七十七页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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),第七十八页，编辑于星期一：二十点 十八分。,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,第七十九页，编辑于星期一：二十点 十八分。,