數(shù)據(jù)保護(hù)安全性:保護(hù)數(shù)據(jù)庫避免非法操作和故意破壞。完整性:保護(hù)數(shù)據(jù)庫避免不符合語義的數(shù)據(jù)。并發(fā)控制:保護(hù)數(shù)據(jù)庫避免因多事務(wù)并行執(zhí)行造成的數(shù)據(jù)庫不一致性。數(shù)據(jù)庫恢復(fù)：保護(hù)數(shù)據(jù)庫避免系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫不一致性。

第10章數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)（故障---恢復(fù)）事務(wù)(Transaction)是用戶定義的一個(gè)數(shù)據(jù)庫操作序列，這些操作要么全做，要么全不做，是一個(gè)不可分割的工作單位事務(wù)是恢復(fù)和并發(fā)控制的基本單位顯式定義方式

BEGINTRANSACTIONBEGINTRANSACTIONSQL語句1SQL語句1

SQL語句2SQL語句2

……

……COMMIT（提交）ROLLBACK（回滾）隱式方式當(dāng)用戶沒有顯式地定義事務(wù)時(shí)，DBMS按缺省規(guī)定自動(dòng)劃分事務(wù)COMMIT事務(wù)正常結(jié)束提交事務(wù)的所有操作（讀+更新）事務(wù)中所有對數(shù)據(jù)庫的更新永久生效事務(wù)從一個(gè)一致性狀態(tài)變化到另一個(gè)一致性狀態(tài)ROLLBACK事務(wù)異常終止事務(wù)運(yùn)行的過程中發(fā)生了故障，不能繼續(xù)執(zhí)行回滾事務(wù)的所有更新操作事務(wù)保持原來的一致性狀態(tài)事務(wù)的ACID特性：原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔離性（Isolation）持續(xù)性（Durability）

。事務(wù)的ACID特性：原子性（Atomicity）事務(wù)是數(shù)據(jù)庫的邏輯工作單位事務(wù)中包括的諸操作要么都做，要么都不做.一致性（Consistency）事務(wù)執(zhí)行的結(jié)果必須是使數(shù)據(jù)庫從一個(gè)一致性狀態(tài)變到另一個(gè)一致性狀態(tài).

一致性狀態(tài)：數(shù)據(jù)庫中只包含成功事務(wù)提交的結(jié)果不一致狀態(tài)：數(shù)據(jù)庫中包含失敗事務(wù)的結(jié)果銀行轉(zhuǎn)帳：從帳號(hào)A中取出一萬元，存入帳號(hào)B。定義一個(gè)事務(wù)，該事務(wù)包括兩個(gè)操作BegintransactionA=A-1IFA<0thenrollbackElseB=B+1……commit

這兩個(gè)操作要么全做，要么全不做全做或者全不做，數(shù)據(jù)庫都處于一致性狀態(tài)。如果只做一個(gè)操作，數(shù)據(jù)庫就處于不一致性狀態(tài)。其它例如:級(jí)聯(lián)更新的程序?qū)崿F(xiàn)等.

B=B+1

A=A-1BA隔離性（Isolation）對并發(fā)執(zhí)行而言一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)干擾一個(gè)事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對其他并發(fā)事務(wù)是隔離的并發(fā)執(zhí)行的各個(gè)事務(wù)之間不能互相干擾.如圖:T1的修改被T2的修改覆蓋了。

讀A=16

A←A-3寫回A=13①讀A=16

②

③A←A-1

寫回A=15

④T2T1

持續(xù)性（Durability）持續(xù)性也稱永久性（Permanence）一個(gè)事務(wù)一旦提交，它對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的改變就應(yīng)該是永久性的。接下來的其他操作或故障不應(yīng)該對其執(zhí)行結(jié)果有任何影響。

保證事務(wù)ACID特性是事務(wù)處理的任務(wù)破壞事務(wù)ACID特性的因素多個(gè)事務(wù)并行運(yùn)行時(shí)，不同事務(wù)的操作交叉執(zhí)行事務(wù)在運(yùn)行過程中被強(qiáng)行停止恢復(fù)概述故障是不可避免的計(jì)算機(jī)硬件故障系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的錯(cuò)誤操作員的失誤惡意的破壞故障的影響運(yùn)行事務(wù)非正常中斷破壞數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對故障的對策DBMS提供恢復(fù)子系統(tǒng)保證故障發(fā)生后，能把數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某種邏輯一致的狀態(tài)保證事務(wù)ACID恢復(fù)技術(shù)是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)故障種類:

事務(wù)故障系統(tǒng)故障介質(zhì)故障1,什么是事務(wù)故障某個(gè)事務(wù)在運(yùn)行過程中由于種種原因未運(yùn)行至正常終止點(diǎn)就夭折了(如:銀行轉(zhuǎn)帳問題,級(jí)聯(lián)更新問題等)事務(wù)故障的常見原因輸入數(shù)據(jù)有誤運(yùn)算溢出違反了某些完整性限制某些應(yīng)用程序出錯(cuò)并行事務(wù)發(fā)生死鎖事務(wù)故障的恢復(fù):發(fā)生事務(wù)故障時(shí)，夭折的事務(wù)可能已把對數(shù)據(jù)庫的部分修改寫回磁盤事務(wù)故障的恢復(fù)：撤消事務(wù)（UNDO）強(qiáng)行回滾（ROLLBACK）該事務(wù)清除該事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的所有修改，使得這個(gè)事務(wù)象根本沒有啟動(dòng)過一樣2,什么是系統(tǒng)故障整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行突然被破壞所有正在運(yùn)行的事務(wù)都非正常終止內(nèi)存中數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)的信息全部丟失外部存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)未被破壞原因:

操作系統(tǒng)或DBMS代碼錯(cuò)誤操作員操作失誤特定類型的硬件錯(cuò)誤（如CPU故障）突然停電系統(tǒng)故障的發(fā)生會(huì)出現(xiàn)這樣的情況:已完成事務(wù)的’寫’只寫入了緩沖區(qū),沒有寫入磁盤文件;未完成事務(wù)的‘寫’,已經(jīng)進(jìn)入磁盤文件.系統(tǒng)故障的恢復(fù):清除尚未完成的事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的所有修改.系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，恢復(fù)程序要強(qiáng)行撤消(UNDO）所有未完成事務(wù)將緩沖區(qū)中已完成事務(wù)提交的結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫.系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，恢復(fù)程序需要

重做(REDO）所有已提交的事務(wù)3,介質(zhì)故障硬件故障使存儲(chǔ)在外存中的數(shù)據(jù)部分丟失或全部丟失介質(zhì)故障比前兩類故障的可能性小得多，但破壞性大得多介質(zhì)故障的恢復(fù)裝入數(shù)據(jù)庫發(fā)生介質(zhì)故障前某個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)副本重做自此時(shí)始的所有成功事務(wù)，將這些事務(wù)已提交的結(jié)果重新記入數(shù)據(jù)庫恢復(fù)操作的基本原理：冗余利用存儲(chǔ)在系統(tǒng)其它地方的冗余數(shù)據(jù)來重建數(shù)據(jù)庫中已被破壞或不正確的那部分?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)：后備文件+日志文件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜,一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，恢復(fù)子系統(tǒng)的代碼要占全部代碼的10%以上恢復(fù)機(jī)制涉及的關(guān)鍵問題1.如何建立冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)（backup）登錄日志文件（logging）2.如何利用這些冗余數(shù)據(jù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫恢復(fù)

什么是轉(zhuǎn)儲(chǔ)?轉(zhuǎn)儲(chǔ)是指DBA將整個(gè)數(shù)據(jù)庫復(fù)制到磁帶或另一個(gè)磁盤上保存起來的過程。這些備用的數(shù)據(jù)文本稱為后備副本或后援副本。轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法:1.靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)2．海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)與增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ):在系統(tǒng)中無運(yùn)行事務(wù)時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)轉(zhuǎn)儲(chǔ)開始時(shí)數(shù)據(jù)庫處于一致性狀態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間不允許對數(shù)據(jù)庫的任何存取、修改活動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單缺點(diǎn)：降低了數(shù)據(jù)庫的可用性轉(zhuǎn)儲(chǔ)必須等用戶事務(wù)結(jié)束新的事務(wù)必須等轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ):轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作與用戶事務(wù)并發(fā)進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間允許對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存取或修改優(yōu)點(diǎn)不用等待正在運(yùn)行的用戶事務(wù)結(jié)束不會(huì)影響新事務(wù)的運(yùn)行動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的缺點(diǎn)不能保證副本中的數(shù)據(jù)正確有效利用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)得到的副本進(jìn)行故障恢復(fù)需要把動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間各事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的修改活動(dòng)登記下來，建立日志文件后備副本加上日志文件才能把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到某一時(shí)刻的正確狀態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)與增量轉(zhuǎn)儲(chǔ):海量轉(zhuǎn)儲(chǔ):每次轉(zhuǎn)儲(chǔ)全部數(shù)據(jù)庫增量轉(zhuǎn)儲(chǔ):只轉(zhuǎn)儲(chǔ)上次轉(zhuǎn)儲(chǔ)后更新過的數(shù)據(jù)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)與增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)比較從恢復(fù)角度看，使用海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)得到的后備副本進(jìn)行恢復(fù)往往更方便但如果數(shù)據(jù)庫很大，事務(wù)處理又十分頻繁，則增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式更實(shí)用更有效

轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法分類

轉(zhuǎn)儲(chǔ)狀態(tài)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)動(dòng)態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)動(dòng)態(tài)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)靜態(tài)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)轉(zhuǎn)儲(chǔ)策略:應(yīng)定期進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)，制作后備副本。但轉(zhuǎn)儲(chǔ)又是十分耗費(fèi)時(shí)間和資源的，不能頻繁進(jìn)行。DBA應(yīng)該根據(jù)數(shù)據(jù)庫使用情況確定適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)儲(chǔ)周期和轉(zhuǎn)儲(chǔ)方法。例：每天晚上進(jìn)行動(dòng)態(tài)增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)每周進(jìn)行一次動(dòng)態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)每月進(jìn)行一次靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)

日志文件一、日志文件的內(nèi)容二、日志文件的用途三、登記日志文件的原則1.什么是日志文件日志文件(log)是用來記錄事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新操作的文件2.日志文件的格式以記錄為單位的日志文件以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件3.日志文件內(nèi)容各個(gè)事務(wù)的開始標(biāo)記(BEGINTRANSACTION)各個(gè)事務(wù)的結(jié)束標(biāo)記(COMMIT或ROLLBACK)各個(gè)事務(wù)的所有更新操作與事務(wù)有關(guān)的內(nèi)部更新操作日志文件中的一個(gè)日志記錄(logrecord)每條日志記錄的內(nèi)容事務(wù)標(biāo)識(shí)操作類型（插入、刪除或修改）操作對象（記錄ID、BlockNO.）更新前數(shù)據(jù)的舊值（對插入操作而言，此項(xiàng)為空值）更新后數(shù)據(jù)的新值（對刪除操作而言,此項(xiàng)為空值）日志文件的用途進(jìn)行事務(wù)故障恢復(fù)(rollback)進(jìn)行系統(tǒng)故障恢復(fù)(undo+redo)協(xié)助后備副本進(jìn)行介質(zhì)故障恢復(fù)(redo)為保證數(shù)據(jù)庫是可恢復(fù)的，登記日志文件時(shí)必須遵循兩條原則登記的次序嚴(yán)格按并行事務(wù)執(zhí)行的時(shí)間次序必須先寫日志文件，后寫數(shù)據(jù)庫寫日志文件操作：把表示這個(gè)修改的日志記錄寫到日志文件寫數(shù)據(jù)庫操作：把對數(shù)據(jù)的修改寫到數(shù)據(jù)庫中為什么要先寫日志文件寫數(shù)據(jù)庫和寫日志文件是兩個(gè)不同的操作在這兩個(gè)操作之間可能發(fā)生故障如果先寫了數(shù)據(jù)庫修改，而在日志文件中沒有登記下這個(gè)修改，則以后就無法恢復(fù)這個(gè)修改了如果先寫日志，但沒有修改數(shù)據(jù)庫，按日志文件恢復(fù)時(shí)只不過是多執(zhí)行一次不必要的UNDO操作，并不會(huì)影響數(shù)據(jù)庫的正確性恢復(fù)策略:事務(wù)故障的恢復(fù)系統(tǒng)故障的恢復(fù)介質(zhì)故障的恢復(fù)事務(wù)故障：事務(wù)在運(yùn)行至正常終止點(diǎn)前被中止恢復(fù)方法由恢復(fù)子系統(tǒng)應(yīng)利用日志文件撤消（UNDO）此事務(wù)已對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行的修改事務(wù)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)自動(dòng)完成，不需要用戶干預(yù)1.反向掃描文件日志（即從最后向前掃描日志文件），查找該事務(wù)的更新操作。2.對該事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作。即將日志記錄中“更新前的值”（BeforImage,BI）寫入數(shù)據(jù)庫。插入操作，“更新前的值”為空，則相當(dāng)于做刪除操作刪除操作，“更新后的值”為空，則相當(dāng)于做插入操作若是修改操作，則用BI代替AI（AfterImage）3.繼續(xù)反向掃描日志文件，查找該事務(wù)的其他更新操作，并做同樣處理。4.如此處理下去，直至讀到此事務(wù)的開始標(biāo)記，事務(wù)故障恢復(fù)就完成了。系統(tǒng)故障的恢復(fù):系統(tǒng)故障造成數(shù)據(jù)庫不一致狀態(tài)的原因一些未完成事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新已寫入數(shù)據(jù)庫一些已提交事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新還留在緩沖區(qū)沒來得及寫入數(shù)據(jù)庫恢復(fù)方法1.Undo故障發(fā)生時(shí)未完成的事務(wù)2.Redo已完成的事務(wù)系統(tǒng)故障的恢復(fù)由系統(tǒng)在重新啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)完成，不需要用戶干預(yù)1. 正向掃描日志文件（即從頭掃描日志文件）Redo隊(duì)列:在故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務(wù)

T1,T3,T8…..Undo隊(duì)列:故障發(fā)生時(shí)尚未完成的事務(wù)

T2,T4,T5,T6,T7,T9…...2.對Undo隊(duì)列事務(wù)進(jìn)行UNDO處理反向掃描日志文件，對每個(gè)UNDO事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作

T9,T7,T6,T5,T4,T2……3.對Redo隊(duì)列事務(wù)進(jìn)行REDO處理正向掃描日志文件，對每個(gè)REDO事務(wù)重新執(zhí)行登記的操作

T1,T3,T8…..介質(zhì)故障的恢復(fù)1.重裝數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到一致性狀態(tài)2.重做已完成的事務(wù)恢復(fù)步驟1.裝入最新的后備數(shù)據(jù)庫副本，使數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到最近一次轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)的一致性狀態(tài)。對于靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫副本，裝入后數(shù)據(jù)庫即處于一致性狀態(tài)對于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫副本，還須同時(shí)裝入轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間的日志文件副本，利用與恢復(fù)系統(tǒng)故障相同的方法（即REDO+UNDO），才能將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到一致性狀態(tài)。2.裝入有關(guān)的日志文件副本，重做已完成的事務(wù)。首先掃描日志文件，找出故障發(fā)生時(shí)已提交的事務(wù)的標(biāo)識(shí)，將其記入重做隊(duì)列。然后正向掃描日志文件，對重做隊(duì)列中的所有事務(wù)進(jìn)行重做處理。即將日志記錄中“更新后的值”寫入數(shù)據(jù)庫。

（注意，介質(zhì)故障對于未完成的事務(wù)不需要處理）介質(zhì)故障的恢復(fù)需要DBA介入具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)技術(shù)數(shù)據(jù)庫恢復(fù)存在的兩個(gè)問題搜索整個(gè)日志將耗費(fèi)大量的時(shí)間REDO處理：重新執(zhí)行，浪費(fèi)了大量時(shí)間具有檢查點(diǎn)（checkpoint）的恢復(fù)技術(shù)在日志文件中增加檢查點(diǎn)記錄（checkpoint）增加重新開始文件恢復(fù)子系統(tǒng)在登錄日志文件期間動(dòng)態(tài)地維護(hù)日志建立檢查點(diǎn)定期按照預(yù)定的一個(gè)時(shí)間間隔不定期按照某種規(guī)則，如日志文件已寫滿一半建立一個(gè)檢查點(diǎn)檢查點(diǎn)動(dòng)作：將緩沖區(qū)內(nèi)容寫入數(shù)據(jù)文件，（無論是否應(yīng)該寫）具有檢查點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)當(dāng)事務(wù)T在一個(gè)檢查點(diǎn)之前提交

T對數(shù)據(jù)庫所做的修改已寫入數(shù)據(jù)庫在進(jìn)行恢復(fù)處理時(shí)，沒有必要對事務(wù)T執(zhí)行REDO操作1.從重新開始文件中找到最后一個(gè)檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址2由該地址在日志文件中找到最后一個(gè)檢查點(diǎn)記錄Undo操作:同上Redo操作:

檢查點(diǎn)之前已完成的事務(wù)不需要重做;(因?yàn)闄z查點(diǎn)已完成緩沖區(qū)提交到數(shù)據(jù)庫)

檢查點(diǎn)之后完成的事務(wù)要重做;數(shù)據(jù)庫鏡象介質(zhì)故障是對系統(tǒng)影響最為嚴(yán)重的一種故障，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)庫的可用性介質(zhì)故障恢復(fù)比較費(fèi)時(shí)為預(yù)防介質(zhì)故障，DBA必須周期性地轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫提高數(shù)據(jù)庫可用性的解決方案數(shù)據(jù)庫鏡像（Mirror）數(shù)據(jù)庫鏡像DBMS自動(dòng)把整個(gè)數(shù)據(jù)庫或其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)復(fù)制到另一個(gè)磁盤上DBMS自動(dòng)保證鏡像數(shù)據(jù)與主數(shù)據(jù)的一致性O(shè)RACLE的數(shù)據(jù)庫恢復(fù)1.轉(zhuǎn)儲(chǔ)2.登記日志文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)后備副本的方法文件拷貝EXPORT實(shí)用程序用SQL命令SPOOL自己編程實(shí)現(xiàn)重裝后備副本文件拷貝IMPORT實(shí)用程序SQL*LOADER實(shí)用程序自己編程實(shí)現(xiàn)REDO日志文件：更新數(shù)據(jù)的前像和后像回滾段(RollbackSegment）：記錄更新事務(wù)的更新數(shù)據(jù)的前像事務(wù)故障恢復(fù)根據(jù)回滾段中的數(shù)據(jù)，撤消未