一、事务

定义

一个数据库操作序列

一个不可分割的工作单位（要么全做，要么不做）

恢复和并发控制的基本单位

事务和程序比较

在关系数据库中，一个事务可以是一条或多条SQL语句,也可以包含一个或多个程序。

一个程序通常包含多个事务

原子性（Atomicity）

事务中的所有操作要么全部执行，要么都不执行。

一致性（Consistency）

如果在执行事务之前数据库是一致的，那么在执行事务之后数据库也还应该是一致的。

隔离性（Isolation）

即使多个事务并发执行，每个事务都感觉不到系统中有其他事务在执行，以保证数据库的一致性。

持续性（Durability ）

事务成功执行后它对数据库的修改是永久的，即使系统出现故障。

数据库的恢复

把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态(亦称为一致状态或完整状态)

恢复子系统是DBMS的一个重要组成部分，而且相当庞大

事务内部的故障

事务内部更多的故障是非预期的，不能由应用程序处理

运算溢出

并发事务发生死锁

违反了某些完整性限制等

    以后，事务故障仅指这类非预期的故障

事务故障的恢复：撤消事务（UNDO）

系统故障

称为软故障，是指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。 如：

特定类型的硬件错误（如CPU故障）

操作系统故障

DBMS代码错误

系统断电

后果

整个系统的正常运行突然被破坏

所有正在运行的事务都非正常终止

内存中数据库缓冲区的信息全部丢失

不破坏数据库

发生系统故障时，事务未提交

恢复策略：强行撤消（UNDO）所有未完成事务

发生系统故障时，事务已提交，但缓冲区中的信息尚未完全写回到磁盘上。

恢复策略：重做（REDO）所有已提交的事务

介质故障

称为硬故障，指外存故障

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

计算机病毒

一种人为的故障或破坏，是一些恶作剧者研制的一种计算机程序

可以繁殖和传播

危害

破坏、盗窃系统中的数据

破坏系统文件

恢复的实现技术

数据转储：

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，备用的数据称为后备副本或后援副本

如何使用

数据库遭到破坏后可以将后备副本重新装入

重装后备副本只能将数据库恢复到转储时的状态

静态转储

在系统中无运行事务时进行的转储操作

转储开始时数据库处于一致性状态

转储期间不允许对数据库的任何存取、修改活动

优点

实现简单

得到的一定是一个数据一致性的副本

缺点：降低了数据库的可用性

转储必须等待正运行的用户事务结束

新的事务必须等转储结束

动态转储

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

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

[例]在转储期间的某个时刻Tc，系统把数据A=100转储到磁带上，而在下一时刻Td，某一事务将A改为200。转储结束后，后备副本上的A已是过时的数据了

海量转储与增量转储

海量转储（完全转储）: 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

登记日志文件

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

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

以记录为单位的日志文件内容

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

事务标识（标明是哪个事务）

操作类型（插入、删除或修改）

操作对象（记录内部标识）

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）

     以上均作为日志文件中的一个日志记录 (log  record)

日志文件的作用

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

基本原则

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

写日志文件操作：把表示这个修改的日志记录

   写到日志文件

写数据库操作：把对数据的修改写到数据库中

事务故障的恢复

事务故障：事务在运行至正常终止点前被终止

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，对用户是透明的，不需要用户干预

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。

插入操作， “更新前的值”为空，则相当于做删除操作

删除操作，“更新后的值”为空，则相当于做插入操作

若是修改操作，则相当于用修改前值代替修改后值

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。

系统故障的恢复

系统故障造成数据库不一致状态的原因

未完成事务对数据库的更新已写入数据库

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. Undo 故障发生时未完成的事务

2. Redo 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

介质故障的恢复

1.重装数据库

2.重做已完成的事务

系统在Ta时刻停止运行事务，进行数据库转储

在Tb时刻转储完毕，得到Tb时刻的数据库一致性副本

系统运行到Tf时刻发生故障

为恢复数据库，首先由DBA重装数据库后备副本，将数据库恢复至Tb时刻的状态

重新运行自Tb～Tf时刻的所有更新事务，把数据库恢复到故障发生前的一致状态

检查点技术

查点记录的内容

1. 建立检查点时刻所有正在执行的事务清单

2. 这些事务最近一个日志记录的地址

重新开始文件的内容

记录各个检查点记录在日志文件中的地址

动态维护日志文件的方法

周期性地执行如下操作：建立检查点，保存数据库状态。

具体步骤是：

1.将当前日志缓冲区中的所有日志记录写入磁盘的日志文件上

2.在日志文件中写入一个检查点记录

3.将当前数据缓冲区的所有数据记录写入磁盘的数据库中

4.把检查点记录在日志文件中的地址写入一个重新开始文件

恢复子系统可以定期或不定期地建立检查点,保存数据库状态

定期

按照预定的一个时间间隔，如每隔一小时建立一个检查点

不定期

按照某种规则，如日志文件已写满一半建立一个检查点

T1：在检查点之前提交

T2：在检查点之前开始执行，在检查点之后故障点之前提交

T3：在检查点之前开始执行，在故障点时还未完成

T4：在检查点之后开始执行，在故障点之前提交

T5：在检查点之后开始执行，在故障点时还未完成

恢复策略：

T3和T5在故障发生时还未完成，所以予以撤销

T2和T4在检查点之后才提交，它们对数据库所做的修改在故障发生时可能还在缓冲区中，尚未写入数据库，所以要REDO

T1在检查点之前已提交，所以不必执行REDO操作

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）

没有出现故障时

可用于并发操作

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，而不必等待该用户释放锁

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

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