在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，恢復是指在發(fā)生某種故障導致數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)不再正確時，將數(shù)據(jù)庫恢復到已知正確的某一狀態(tài)的過程。數(shù)據(jù)庫故障可能由多種原因引起，包括硬件故障、軟件錯誤、操作員失誤以及惡意破壞。為了確保數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）必須具有有效的恢復機制。

一.故障的種類

在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，可能發(fā)生的故障主要包括事務故障、系統(tǒng)故障、介質(zhì)故障和計算機病毒。每種故障類型都可能對數(shù)據(jù)庫的正常運行產(chǎn)生影響，因此需要相應的恢復機制來應對這些故障。

1. 事務故障

事務故障指事務未達到預期終點，使得數(shù)據(jù)庫可能處于不正確狀態(tài)。這包括事務內(nèi)部的非預期故障，如運算溢出、并發(fā)事務死鎖等。恢復程序通過事務撤銷，即回滾事務已做出的對數(shù)據(jù)庫的修改，將事務恢復到未啟動的狀態(tài)，以保證數(shù)據(jù)一致性。

2. 系統(tǒng)故障

系統(tǒng)故障是指導致系統(tǒng)停止運轉的各種事故，例如硬件錯誤、操作系統(tǒng)故障、DBMS代碼錯誤、突然停電等。這類故障影響正在運行的所有事務，可能導致數(shù)據(jù)庫非正常終止。在系統(tǒng)重新啟動時，恢復子系統(tǒng)需要回滾未完成的事務，并重做已提交的事務，以將數(shù)據(jù)庫恢復到一致狀態(tài)。

3. 介質(zhì)故障

介質(zhì)故障，也稱為硬故障，指外存故障，如磁盤損壞、磁頭碰撞等。這類故障可能破壞整個數(shù)據(jù)庫或部分數(shù)據(jù)庫，影響存取這部分數(shù)據(jù)庫的所有事務。在發(fā)生介質(zhì)故障后，需要將后援副本裝入數(shù)據(jù)庫，并重新執(zhí)行已成功完成的事務，將已提交的結果重新寫入數(shù)據(jù)庫。

4. 計算機病毒

計算機病毒是一種人為的故障或破壞，它可以繁殖和傳播，對計算機系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫，造成破壞。計算機病毒可能導致數(shù)據(jù)的損壞和系統(tǒng)的不穩(wěn)定，需要采取相應的安全防護措施來避免病毒的侵害。

二.故障恢復

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的恢復機制涉及建立備份數(shù)據(jù)和如何利用備份數(shù)據(jù)來修復數(shù)據(jù)庫。備份數(shù)據(jù)的建立通常采用數(shù)據(jù)轉儲和日志文件技術。

1. 數(shù)據(jù)轉儲

數(shù)據(jù)轉儲是將數(shù)據(jù)庫定期復制到轉儲設備（如磁帶或磁盤）的過程。轉儲設備中的備用數(shù)據(jù)庫文件稱為后備副本。靜態(tài)轉儲和動態(tài)轉儲是兩種常見的方式。

• 靜態(tài)轉儲和動態(tài)轉儲:

  • 靜態(tài)轉儲: 在系統(tǒng)中無運行事務時進行的轉儲操作，轉儲時數(shù)據(jù)庫處于一致性狀態(tài)。靜態(tài)轉儲簡單但會降低數(shù)據(jù)庫的可用性。
  • 動態(tài)轉儲: 允許在轉儲期間對數(shù)據(jù)庫進行訪問或修改，可以并發(fā)執(zhí)行。需要記錄轉儲期間各事務對數(shù)據(jù)庫的修改活動，建立日志文件。動態(tài)轉儲克服了靜態(tài)轉儲的缺點。

• 海量轉儲和增量轉儲:

  • 海量轉儲: 每次轉儲全部數(shù)據(jù)庫，便于恢復。
  • 增量轉儲: 每次只轉儲上一次轉儲后更新過的數(shù)據(jù)，適用于大型且頻繁更新的數(shù)據(jù)庫。
    

2. 日志文件

日志文件用于記錄每一次對數(shù)據(jù)庫的更新活動，分為數(shù)據(jù)塊為單位和記錄為單位的兩種格式。登記日志文件的目的是為了數(shù)據(jù)庫的恢復，包括事務故障恢復、系統(tǒng)故障恢復和介質(zhì)故障恢復。

• 作用:
  • 用于事務故障和系統(tǒng)故障恢復，協(xié)助后備副本進行介質(zhì)故障恢復。
  • 在動態(tài)轉儲方式中，必須與后備副本一起使用。
  • 在靜態(tài)轉儲方式中，可用于重新裝入后備副本和對已完成事務的重做處理。

3. 恢復事務

發(fā)生故障時，首先根據(jù)前次轉儲的后備副本恢復數(shù)據(jù)庫，然后利用日志文件進行事務的恢復。

• 恢復步驟:

  1. 從頭掃描日志文件，找出已經(jīng)結束和尚未結束的事務。
  2. 對尚未結束的事務進行撤銷（UNDO）處理和已經(jīng)結束的事務進行重做（REDO）處理。

• 撤銷和重做處理:

  • 撤銷處理: 反向掃描日志文件，對每個事務的更新操作執(zhí)行反操作，恢復修改過的數(shù)據(jù)。
  • 重做處理: 正向掃描日志文件，重新執(zhí)行登記的事務的操作，確保數(shù)據(jù)庫恢復到正確狀態(tài)。

三.恢復策略

恢復策略針對事務故障、系統(tǒng)故障和介質(zhì)故障分別制定，以確保數(shù)據(jù)庫的一致性和可靠性。

1. 事務故障恢復

事務故障是指事務在運行至正常終止點前被終止，恢復子系統(tǒng)通過利用日志文件撤銷已對數(shù)據(jù)庫進行的修改來進行事務故障恢復。

• 步驟:
  1. 反向掃描日志文件，查找該事務的更新操作。
  2. 對該事務的更新操作執(zhí)行逆操作，包括插入、刪除和修改。
  3. 繼續(xù)反向掃描日志文件，直到讀到該事務的開始標記。

事務故障的恢復由系統(tǒng)自動完成，對用戶透明，無需用戶干預。

2. 系統(tǒng)故障恢復

系統(tǒng)故障分為兩種情況：未完成事務對數(shù)據(jù)庫的更新可能已寫入數(shù)據(jù)庫，已提交事務對數(shù)據(jù)庫的更新可能還留在緩沖區(qū)沒有寫入數(shù)據(jù)庫。因此，系統(tǒng)故障的恢復操作包括撤銷故障發(fā)生時未完成的事務和重做已完成的事務。

• 步驟:
  1. 正向掃描日志文件，找出已提交和尚未完成的事務，將其分別記錄在重做隊列和撤銷隊列中。
  2. 對撤銷隊列中的事務進行撤銷操作，即反向掃描日志文件執(zhí)行逆操作。
  3. 對重做隊列中的事務進行重做操作，即正向掃描日志文件重新執(zhí)行事務的操作。

系統(tǒng)故障的恢復由系統(tǒng)自動完成，無需用戶干預。

3. 介質(zhì)故障恢復

介質(zhì)故障包括磁盤上的物理數(shù)據(jù)和日志文件的破壞，恢復操作涉及重裝數(shù)據(jù)庫并重做已完成的事務。

• 步驟:
  1. 裝入最新的數(shù)據(jù)庫副本，將數(shù)據(jù)恢復到最近一次轉儲時的一致性狀態(tài)。
  2. 若為動態(tài)轉儲，同時裝入轉儲開始時刻的日志文件副本，利用系統(tǒng)故障恢復方法（REDO+UNDO）將數(shù)據(jù)庫恢復到一致性狀態(tài)。
  3. 若為靜態(tài)轉儲，數(shù)據(jù)庫即處于一致性狀態(tài)。
  4. 裝入相應的日志文件副本，重做已完成的事務。

介質(zhì)故障的恢復需要DBA介入，但只需重裝最近轉儲的數(shù)據(jù)庫副本和相關的日志文件副本，然后執(zhí)行系統(tǒng)提供的恢復命令。

綜合這些恢復策略，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠有效地處理各類故障，確保數(shù)據(jù)的完整性和系統(tǒng)的可靠性。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-795096.html

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