淺談集中式數(shù)據(jù)庫的事務(wù)恢復(fù)機(jī)制

【摘要】集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由一個處理器、與它相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備以及其他外圍設(shè)備組成，它被物理地定義到單個位置。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)處理能力，用戶可以在同樣的站點上操作，也可以在地理位置隔開的其他站點上通過遠(yuǎn)程終端來操作，系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)管理被某個或中心站點集中控制，本文探討了集中式數(shù)據(jù)庫的事務(wù)恢復(fù)機(jī)制。

【關(guān)鍵詞】集中式數(shù)據(jù)庫；事務(wù)恢復(fù)；機(jī)制

一、事務(wù)恢復(fù)

事務(wù)是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）的執(zhí)行單位，事務(wù)應(yīng)滿足ACID（原子性，一致性，隔離性，持久性）準(zhǔn)則。保證事務(wù)在故障時滿足ACID準(zhǔn)則的技術(shù)稱為恢復(fù)。要恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)必須有后備的復(fù)本。對于恢復(fù)，數(shù)據(jù)冗余是必需的?；謴?fù)技術(shù)大致分為下列三種：一是單純以后備復(fù)本為基礎(chǔ)的恢復(fù)技術(shù)。即周期性地把磁盤上的數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲（dump）到磁帶上，磁帶上的數(shù)據(jù)庫復(fù)本稱為后備復(fù)本。二是以后備復(fù)本和運(yùn)行記錄（log或journal）為基礎(chǔ)的恢復(fù)技術(shù)。運(yùn)行記錄是供恢復(fù)用的數(shù)據(jù)庫運(yùn)行情況的記錄。三是基于多復(fù)本的恢復(fù)技術(shù)。如果系統(tǒng)中有多個數(shù)據(jù)庫復(fù)本，而且這些復(fù)本具有獨(dú)立的失效模式（指各個復(fù)本不致因同一故障而一起失效），則可利用這些復(fù)本互為備份，用于恢復(fù)。近來由于硬件價格下降，在某些可靠性要求高的系統(tǒng)中，采用鏡像磁盤技術(shù)，即數(shù)據(jù)庫以雙復(fù)本的形式存于兩個獨(dú)立的磁盤系統(tǒng)中。由于第二種恢復(fù)技術(shù)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用得最多，大部分商品化的DBMS都支持這種恢復(fù)技術(shù)，以下我們對這種恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

二、基于運(yùn)行記錄的恢復(fù)技術(shù)

運(yùn)行記錄是供恢復(fù)用的數(shù)據(jù)庫運(yùn)行情況的記錄。一般包括下列三個內(nèi)容：一是前像（before image，BI）。當(dāng)數(shù)據(jù)庫被一個事務(wù)更新時，所涉及的物理塊更新前的映像（image）稱為該事務(wù)的前像。前像以物理塊為單位。有了前像，如果需要，可以使數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到更新前的狀態(tài)，即撤消更新，這種操作在恢復(fù)技術(shù)中稱為撤消（undo）。二是后像（after image，AI）。當(dāng)數(shù)據(jù)庫被一個事務(wù)更新時，所涉及的物理塊更新后的映像（image）稱為該事務(wù)的后像。后像以物理塊為單位。有了后像，即使更新的數(shù)據(jù)丟失了，仍可以使數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到更新后的狀態(tài)，相當(dāng)于重做一次更新，這種操作在恢復(fù)技術(shù)中稱為重做（redo）。三是事務(wù)狀態(tài)。記錄每個事務(wù)的狀態(tài)，以便在恢復(fù)時做不同的處理。每個事務(wù)從交付DBMS到結(jié)束為止，每個事務(wù)有兩種可能的結(jié)局：一是經(jīng)提交（commit）而結(jié)束，這標(biāo)志著事務(wù)已成功地執(zhí)行（這相當(dāng)于all），只有在事務(wù)提交后，事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新才能被其它事務(wù)訪問；另一結(jié)局是由于事務(wù)本身或外部的原因，事務(wù)失敗，要消除事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的影響（這相當(dāng)于nothing）。對事務(wù)的這種處理稱為卷回（rollback或abort）。對恢復(fù)來說，不必記每個狀態(tài)，但是至少要區(qū)分出一個事務(wù)是提交的，還是未提交的。當(dāng)數(shù)據(jù)庫失效時，可取出最近后備復(fù)本，然后根據(jù)運(yùn)行記錄，對未提交的事務(wù)用前像卷回，這叫向后恢復(fù)（backward recovery）；對已提交的事務(wù)，必要時用后像重做，這叫向前恢復(fù)（forward recovery）。用這種恢復(fù)技術(shù)，必須有運(yùn)行記錄。

三、運(yùn)行記錄的結(jié)構(gòu)

下面列出運(yùn)行記錄中的一些基本內(nèi)容，實際DBMS的運(yùn)行記錄還可能包括若干其它細(xì)節(jié)，具體結(jié)構(gòu)也不一定相同：其一，活動事務(wù)表。活動事務(wù)表（active transaction list，簡稱為ATL）記錄所有正在執(zhí)行，尚未提交的事務(wù)的標(biāo)識符（transaction identifier，簡稱TID）。其二，提交事務(wù)表。提交事務(wù)表（committed transaction list，簡稱CTL）記錄所有已提交的事務(wù)的標(biāo)識符。如果先從活動事務(wù)表中刪除TID，再將TID加入提交事務(wù)表，則可能冒如下的危險：即TID剛從活動事務(wù)表中刪除后，該事務(wù)的狀態(tài)在系統(tǒng)中將無任何記錄。其三，前像文件。前像文件可以看成一個堆文件，每個物理塊有個塊標(biāo)識符（block identifier，簡稱BID）。設(shè)BID由TID、關(guān)系名和邏輯塊號所組成，其中TID表示執(zhí)行更新操作的事務(wù)，關(guān)系名表示被更新的關(guān)系，邏輯塊號表示該塊是關(guān)系中哪塊的前像。邏輯塊號在關(guān)系中是唯一的，即使一個塊被刪除了，它的邏輯塊號也不允許重新使用。必須注意：undo操作是滿足冪等（idempotent）性的，即undo（undo（undo…（x）））=undo（x）。因此，即使數(shù)據(jù)庫中的某塊還沒有來得及更新，在恢復(fù)時對它做一次undo操作也無妨，無非在這一塊上寫入同樣的內(nèi)容而已。其四，后像文件。結(jié)構(gòu)與前像文件相仿，不過其中記的是后像。在恢復(fù)時，可按提交事務(wù)表中的事務(wù)次序，按邏輯塊號寫入其后像。這相當(dāng)于按提交的次序，重做各個事務(wù)。Redo操作也滿足冪等性。

參 考 文 獻(xiàn)

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