數(shù)據(jù)庫的故障及其恢復策略是怎樣的

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在數(shù)據(jù)庫運行過程中，可能會出現(xiàn)各種各樣的故障，這些故障可分為以下三類：事務(wù)故障、系統(tǒng)故障和介質(zhì)故障。應(yīng)該根據(jù)故障類型的不同，采取不同的恢復策略。
　　1，事務(wù)故障及其恢復：
　　事務(wù)故障表示由非預期的、不正常的程序結(jié)束所造成的故障。
　　造成程序非正常結(jié)束的原因包括輸人數(shù)據(jù)錯誤、運算溢出、違反存儲保護、并行事務(wù)發(fā)生死鎖等。
　　發(fā)生事務(wù)故障時，被迫中斷的事務(wù)可能已對數(shù)據(jù)庫進行丁修改，為了消除該事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的影響，要利用日志文件中所記載的信息，強行回滾（RoLLBAcK）該事務(wù)，將數(shù)據(jù)庫恢復到修改前的初始狀態(tài)。
　　為此，要檢查日志文件中由這些事務(wù)所引起的發(fā)生變化的記錄，取消這些沒有完成的事務(wù)所做的一切改變。
　　這類恢復操作稱為事務(wù)撤銷（uNDo），具體做法如下。
　?。?）反向掃描日志文件，查找該事務(wù)的更新操作。
　?。?）對該事務(wù)的更新操作執(zhí)行反操作，即對已經(jīng)插入的新記錄進行刪除操作，對己刪除的記錄進行插入操作，對修改的數(shù)據(jù)恢復舊值，用舊值新值。這樣由后向前逐個掃描該事務(wù)已做的所有更新操作，并做同樣處理，直到掃描到此事務(wù)的開始標記，事務(wù)故障恢復完畢為止。
　　因此，一個事務(wù)是一個工作單位，也是一個恢復單位。一個事務(wù)越短，越便于對它進行UNDO操作。如果一個應(yīng)用程序運行時間較長，則應(yīng)該把該應(yīng)用程序分成多個事務(wù)，用明確的coMMIT語句來結(jié)束各個事務(wù)。
　　2，系統(tǒng)故障及其恢復系統(tǒng)故障是指系統(tǒng)在運行過程中，由于某種原因，造成系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，致使所有正在運行的事務(wù)都以非正常方式終止，要求系統(tǒng)重新啟動。引起系統(tǒng)故障的原因可能有硬件錯誤（如CPu故障、操作系統(tǒng)）或DBMS代碼錯誤、突然斷電等。
　　這時，內(nèi)存中數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)的內(nèi)容全部丟失，雖然存儲在外部存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)庫并未破壞，但其內(nèi)容不可靠了。系統(tǒng)故障發(fā)生后，對數(shù)據(jù)庫的影響有以下兩種情況。
　　一種情況是一些未完成事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新已寫入數(shù)據(jù)庫，這樣在系統(tǒng)重新啟動后，要強行撤銷（uNDo）所有未完成的事務(wù)，清除這些事務(wù)對數(shù)據(jù)庫所做的修改。這些末完成事務(wù)在日志文件中只有BEGIN TRANsLATl0N標記，而無COMMIT標記。
　　另一種情況是有些已提交的事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新結(jié)果還保留在緩沖區(qū)中，尚未寫到磁盤上的物理數(shù)據(jù)庫中，這也使數(shù)據(jù)庫處于不一致狀態(tài)，因此應(yīng)將這些事務(wù)已提交的結(jié)果重新寫入數(shù)據(jù)庫。這類恢復操作稱為事務(wù)的重做（REDo）。這種巳提交事務(wù)在日志文件中既有BGIN TRANSCATION標記，也有COMMIT標記。
　　因此，系統(tǒng)故障的恢復要完成兩方面的工作，既要撤銷所有末完成的事務(wù)，還要重做所有已提交的事務(wù)，這樣才能將數(shù)據(jù)庫真正恢復到一致的狀態(tài)。具體做法如下。
　　（1）正向掃描日志文件，查找尚未提交的事務(wù)，將其事務(wù)標識記人撤銷隊列。同時查找已經(jīng)提交的事務(wù)，將其事務(wù)標識記入重做隊列。
　　（2）對撤銷隊列中的各個事務(wù)進行撤銷處理。方法同事務(wù)故障中所介紹的撤銷方法。
　　（3）對重做隊列中的各個事務(wù)進行重做處理。進行重做處理的方法是正向掃描日志文件，按照日志文件中所登記的操作內(nèi)容，重新執(zhí)行操作，使數(shù)據(jù)庫恢復到最近某個可用狀態(tài)。
　　系統(tǒng)發(fā)生故障后，由于無法確定哪些末完成的事務(wù)已更新過數(shù)據(jù)庫，哪些事務(wù)的提交結(jié)果尚未寫入數(shù)據(jù)庫，因此系統(tǒng)重新啟動后，要撤銷所有的末完成的事務(wù)，重做所有的已經(jīng)提交的事務(wù)。
　　但是，在故障發(fā)生前已經(jīng)運行完畢的事務(wù)有些是正常結(jié)束的，有些是異常結(jié)束的。所以無須把它們?nèi)砍蜂N或重做。
　　通常采用設(shè)立檢查點（checkPoint）的方法來判斷事務(wù)是否正常結(jié)束。每隔一段時間，比如說5分鐘，系統(tǒng)產(chǎn)生一個檢查點，做下面一些事情：a,把仍保留在日志緩沖區(qū)中的內(nèi)容寫到日志文件中；b,在日志文件中寫一個“檢查點記錄”；c,把數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)中的內(nèi)容寫到數(shù)據(jù)庫中，即把更新的內(nèi)容寫到物理數(shù)據(jù)庫中；d,把日志文件中檢查點記錄的地址寫到“重新啟動文件”中。
　　每個檢查點記錄包含的信息有在檢查點時間的所有活動事務(wù)一覽表、每個事務(wù)最近日志記錄的地址。
　　在重新啟動時，恢復管理程序先從“重新啟動文件”中獲得檢查點記錄的地址，從日志文件中找到該檢查點記錄的內(nèi)容，通過日志往回找，能決定哪些事務(wù)需要撤銷，恢復到初始的狀態(tài)，哪些事務(wù)需要重做。為此利用檢查點信息能做到及時、有效、正確地完成恢復工作。
　　3，介質(zhì)故障及其恢復介質(zhì)故障是指系統(tǒng)在運行過程中，由于輔助存儲器介質(zhì)受到破壞，使存儲在外存中的數(shù)據(jù)部分或全部丟失。
　　這類故障比事務(wù)故障和系統(tǒng)故障發(fā)生的可能性要小，但這是最嚴重的一種故障，破壞性很大，磁盤上的物理數(shù)據(jù)和日志文件可能被破壞，這需要裝入發(fā)生介質(zhì)故障前的后備數(shù)據(jù)庫副本，然后利用日志文件重做該副本后所運行的所有事務(wù)。
　　具體方法如下。
　?。?）裝入的數(shù)據(jù)庫副本，使數(shù)據(jù)庫恢復到最近一次轉(zhuǎn)儲時的可用狀態(tài)。
　?。?）裝入的日志文件副本，根據(jù)日志文件中的內(nèi)容重做已完成的事務(wù)。首先掃描日志文件，找出故障發(fā)生時己提交的事務(wù)，將其記入重做隊列。然后正向掃描日志文件，對重做隊列中的各個事務(wù)進行重做處理，方法是正向掃描日志文件，對每個重做事務(wù)重新執(zhí)行登記的操作，即將日志記錄中“更新后的值”寫入數(shù)據(jù)庫。
這樣可以將數(shù)據(jù)庫恢復至故障前某一時刻的一致狀態(tài)了。

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