資料庫，資料庫學習

資料庫，資料庫學習
登記記錄檔

基本原則
登記的次序嚴格按並行事務執行的時間次序
必須先寫記錄檔，後寫資料庫
寫記錄檔操作：把表示這個修改的日誌記錄
寫到記錄檔
寫資料庫操作：把對資料的修改寫到資料庫中

為什麼要先寫記錄檔 (The Write-Ahead Log)
寫資料庫和寫記錄檔是兩個不同的操作
在這兩個操作之間可能發生故障
如果先寫了資料庫修改，而在記錄檔中沒有登記下這個修改，則以後就無法恢複這個修改了
如果先寫日誌，但沒有修改資料庫，按記錄檔恢複時只不過是多執行一次不必要的UNDO操作，並不會影響資料庫的正確性

事務故障的恢複

事務故障：事務在運行至正常終止點前被終止
恢複方法
由恢複子系統應利用記錄檔撤消（UNDO）此事務已對資料庫進行的修改
事務故障的恢複由系統自動完成，對使用者是透明的，不需要使用者幹預

事務故障的恢複步驟系統故障的恢複

系統故障造成資料庫不一致狀態的原因
未完成事務對資料庫的更新已寫入資料庫
已提交事務對資料庫的更新還留在緩衝區沒來得及寫入資料庫
恢複方法
1. Undo 故障發生時未完成的事務
2. Redo 已完成的事務
系統故障的恢複由系統在重新啟動時自動完成，不需要使用者幹預

1.正向掃描記錄檔（即從頭掃描記錄檔）重做(REDO) 隊列: 在故障發生前已經提交的事務這些事務既有BEGIN TRANSACTION記錄，也有COMMIT記錄撤銷 (Undo)隊列:故障發生時尚未完成的事務 這些事務只有BEGIN TRANSACTION記錄，無相應的COMMIT記錄

2. 對撤銷(Undo)隊列事務進行撤銷(UNDO)處理反向掃描記錄檔，對每個UNDO事務的更新操作執行逆操作即將日誌記錄中“更新前的值”寫入資料庫 3. 對重做(Redo)隊列事務進行重做(REDO)處理正向掃描記錄檔，對每個REDO事務重新執行登記的操作即將日誌記錄中“更新後的值”寫入資料庫 

介質故障的恢複

恢複步驟
1. 裝入最新的後備資料庫副本(離故障發生時刻最近的轉儲副本) ，使資料庫恢複到最近一次轉儲時的一致性狀態。
對於靜態轉儲的資料庫副本，裝入後資料庫即處於一致性狀態
對於動態轉儲的資料庫副本，還須同時裝入轉儲時刻的記錄檔副本，利用與恢複系統故障的方法（即REDO+UNDO），才能將資料庫恢複到一致性狀態。

兩個問題
搜尋整個日誌將耗費大量的時間
REDO處理：重新執行，浪費了大量時間
具有檢查點（checkpoint）的恢複技術
在記錄檔中增加檢查點記錄（checkpoint）
增加重新開始檔案
恢複子系統在登入記錄檔期間動態地維護日誌
檢查點記錄的內容
1. 建立檢查點時刻所有正在執行的事務清單
2. 這些事務最近一個日誌記錄的地址
重新開始檔案（Oracle控制檔案）的內容
記錄各個檢查點記錄在記錄檔中的地址

動態維護記錄檔的方法

周期性地執行如下操作：建立檢查點，儲存資料庫狀態。
具體步驟是：
1.將當前日誌緩衝區中的所有日誌記錄寫入磁碟的記錄檔上
2.在記錄檔中寫入一個檢查點記錄
3.將當前資料緩衝區的所有資料記錄寫入磁碟的資料庫中
4.把檢查點記錄在記錄檔中的地址寫入一個重新開始檔案

恢複子系統可以定期或不定期地建立檢查點,儲存資料庫狀態
定期
按照預定的一個時間間隔，如每隔一小時建立一個檢查點
不定期
按照某種規則，如記錄檔已寫滿一半建立一個檢查點

使用檢查點方法可以改善恢複效率
當事務T在一個檢查點之前提交
Oracle中，事務T對資料庫所做的修改已寫入記錄檔，但未必已寫入資料庫
Oracle寫入資料庫的時間是在這個檢查點建立之時！
在進行恢複處理時，沒有必要對事務T執行REDO操作

利用檢查點的恢複策略

T1：在檢查點之前提交
T2：在檢查點之前開始執行，在檢查點之後故障點之前提交
T3：在檢查點之前開始執行，在故障點時還未完成
T4：在檢查點之後開始執行，在故障點之前提交
T5：在檢查點之後開始執行，在故障點時還未完成
恢複策略：
T3和T5在故障發生時還未完成，所以予以撤銷
T2和T4在檢查點之後才提交，它們對資料庫所做的修改在故障發生時可能還在緩衝區中，尚未寫入資料庫，所以要REDO
T1在檢查點之前已提交，所以不必執行REDO操作

<T1 start><T1, A, 0, 10><T1 commit><T2 start><T2, B, 0, 10><T3 start>                   <T3, C, 0, 10><T3, C, 10, 20><checkpoint{T2,T3}><T4 start><T2 commit><T4, A, 10, 20><T5 start><T4, D, 0, 10><T4 commit>

   1.從重新開始檔案中（Oracle控制檔案）找到最後一個檢查點記錄在記錄檔中的地址，由該地址在記錄檔中找到最後一個檢查點記錄

2.由該檢查點記錄得到檢查點建立時刻所有正在執行的事務清單ACTIVE-LIST={T2,T3}建立兩個事務隊列UNDO-LIST REDO-LIST 把ACTIVE-LIST暫時放入UNDO-LIST隊列={T2,T3}，REDO隊列暫為空白。

3.從檢查點開始正向掃描記錄檔，直到記錄檔結束如有新開始的事務Ti，把Ti暫時放入UNDO-LIST隊列={T2,T3,T4,T5}如有提交的事務Tj，把Tj從UNDO-LIST隊列移到REDO-LIST隊列={T2,T4}4.對UNDO-LIST中的每個事務{T3,T5}執行UNDO操作    對REDO-LIST中的每個事務{T2,T4}執行REDO操作

資料庫鏡像

DBMS自動把整個資料庫或其中的關鍵資料複製到另一個磁碟上
DBMS自動保證鏡像資料與主要資料庫的一致性
每當主要資料庫更新時，DBMS自動把更新後的資料複製過去

沒有出現故障時
可用於並行作業
一個使用者對資料加獨佔鎖定修改資料，其他使用者可以讀鏡像資料庫上的資料，而不必等待該使用者釋放鎖

頻繁地複製資料自然會降低系統運行效率
在實際應用中使用者往往只選擇對關鍵資料和記錄檔鏡像，而不是對整個資料庫進行鏡像

如果資料庫只包含成功事務提交的結果，就說資料庫處於一致性狀態！保證資料一致性是對資料庫的最基本的要求。
事務是資料庫的邏輯工作單位
DBMS保證系統中一切事務的原子性、一致性、隔離性和持久性

DBMS必須對事務故障、系統故障和介質故障進行恢複
恢複中最經常使用的技術：資料庫轉儲和登記記錄檔
恢複的基本原理：利用儲存在後備副本、記錄檔和資料庫鏡像中的冗餘資料來重建資料庫

常用恢複技術
事務故障的恢複
UNDO
系統故障的恢複
UNDO + REDO
介質故障的恢複
重裝備份並恢複到一致性狀態 + REDO

提高恢複效率的技術
檢查點技術
可以提高系統故障的恢複效率
可以在一定程度上提高利用動態轉儲備份進行介質故障恢複的效率
鏡像技術
鏡像技術可以改善介質故障的恢複效率