一、数据库故障恢复思路

1.1 故障类型 影响

1.1.1 DMBS运行方式

利用主存(内存) 和 辅存(外存) 存储体系进行数据库管理
主存中分为：程序数据 + 系统数据

1.1.2 故障类型

事务故障

• 某个事务自身运行引起的故障
• 影响该事物本身

系统故障

• 掉电、非正常关机等引起的故障
• 影响正在运行的事务以及数据库缓冲区

介质故障

• 介质损坏影响的故障
• 影响是全面的，既影响内存中的数据，又影响介质中的数据

1.2 故障恢复

1.2.1 数据库故障恢复

把DB的当前不正确的状态恢复成已知的正确的状态
需要保证事务的：

• 原子性：事务的所有操作为一个整体
• 持久性：已经提交的事务，落盘 是 肯定的

1.2.2 事务故障恢复

事务可以通过重做事务Redo 和 撤销事务Undo来恢复

1.2.3 系统故障恢复

运行日志SystemLog

• Log是DBMS维护的一个文件，以流水方式记录了每一事务对DB的每一次操作&操作的顺序
• 运行日志直接写入介质存储上，会保持正确性
• 事务对DB操作时，先写日志(1) 成功后 在写入DB(2)
  

系统故障可以通过运行日志来恢复
故障恢复是需要时间的
DBMS在运行日志中定期设置河更新检查点Checkpoint

• 检查点是这样的时刻：在该时刻，DBMS强制使内存DBbuffer中的内容和介质DB中的内容保持一致，将DBbuffer更新的所有内容写会DB中
• 检查点表示：在检查点之前，内存中的数据与介质中的数据保持一致

系统故障的恢复

• 检查点之前的事务不需要恢复(因为已经落盘)
• 检查点之后的事务需要恢复（结束的重做，未结束的撤销）

1.2.4 介质故障恢复

副本：在某一时刻，数据库的备份
用备份来替换损坏的数据库
介质故障的恢复：用副本来替换数据库
由于介质故障影响全面，在副本替换后 还需要 日志恢复

备份时刻：转储点
过频，影响性能；过疏，运行日志过大，恢复起来慢
频率和运行日志大小有关

二、运行日志及其检查点

2.1 DB Log

2.1.1 事务的操作

事务读写元素

• Read(X,t):将元素X读到局部变量t中
• writex(X,t)：将事物局部变量t学回元素X
• Input(X):将元素X从磁盘读入到内存缓冲区中
• Output(X):将元素X写回到磁盘中
  每个事务都可以提交或者撤销
• commit
• abort

2.1.2 缓冲区处理策略

持久性的特性：

Force：内存中的数据最晚在commit的时候写入磁盘
No Steal：只能在commit的时候提交，不允许事务提前提交
No force：数据在内存中可以一直保留，在commit之后一段时间再写入磁盘，commit之后崩溃还没写，需要redo
Steal：允许commit之前落盘，if commit is failed， 需要undo

2.2 日志记录

三、三种类型的运行日志

3.1 Undo日志

记录原始值

Undo型日志:“将事务改变的所有数据写到磁盘前不能提交该事务”
记录的原始值
故障时直接恢复原始值
Undo日志：Undo日志记录了事务进行之前数据的原始状态，以及每个事务所做的修改，用于在回滚时恢复数据原始状态。在数据库回滚操作中，首先会根据事务的ID，找到该事务对应的Undo日志，然后根据Undo日志中的信息，恢复数据到事务之前的状态。例如，如果一个事务对某个用户的姓名进行了修改，在回滚时，可以使用Undo日志中记录的原始姓名信息，将数据恢复至修改之前的状态。

3.1.1 检查点

3.2 Redo日志

记录修改的操作
记录修改操作 +1 +2 之类的
Redo日志：Redo日志记录了每个事务所做的修改操作，用于在系统发生崩溃时进行恢复。在数据库恢复操作中，首先会根据Redo日志中的信息，将缺失的数据重新写入磁盘中，以保证数据的完整性。例如，在一个在线购物网站中，如果在用户提交订单后，系统崩溃了，使用Redo日志可以将该订单重新写入磁盘中，确保订单信息不会丢失。

只能有非静止检查点(增量检查点)

3.3 Undo/Redo日志结合

记录原始值和修改的值

Undo、Redo日志对比：

• Undo
  • output必须先做
  • if commit T可见，那么T已经落盘，不必重做。
  • 导致频繁写磁盘
• Redo
  • output必须后做
  • if commit T 不可见，T确定没有任何数据落盘，因此无需撤销。
  • 灵活性差，数据必须在commit之后才能见到

Redo/Undo日志：Redo/Undo日志综合了Undo和Redo日志的功能，在事务进行过程中，同时记录当前状态和操作，用于在系统崩溃时和事务回滚时进行数据恢复。在Redo/Undo日志中，Undo操作和Redo操作都会被记录下来，以保证数据的完整性和一致性。例如，如果在一个医院管理系统中，一个医生修改了某个病人的病历记录，系统同时会记录下原始病历记录和修改后的病历记录，以便在医生需要撤销修改或系统崩溃时恢复数据

四、利用运行日志进行故障恢复