SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)備份與恢復(fù)的研究與實(shí)踐

周勇強(qiáng)

摘要：如何設(shè)計(jì)良好的數(shù)據(jù)庫(kù)備份方案，正確處理各種備份恢復(fù)問(wèn)題，在出現(xiàn)各種軟硬件故障及人為誤操作問(wèn)題后及時(shí)有效地恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而將數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)降到最小，是很多數(shù)據(jù)庫(kù)管理員面臨的問(wèn)題。該文力圖從較深入的層次對(duì)SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)的備份和恢復(fù)機(jī)制進(jìn)行研究，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，分析一個(gè)有代表性的數(shù)據(jù)庫(kù)備份恢復(fù)策略，提供有益的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞： SQL Server；備份；恢復(fù)；事務(wù)日志；檢查點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TP311.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）18-0003-03

1 引言

SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)已在各種應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)的重要性不言而喻，但各種軟硬件故障及人為誤操作問(wèn)題難以避免，如果對(duì)SQL Server的數(shù)據(jù)庫(kù)備份和恢復(fù)機(jī)制沒(méi)有透徹的理解，就無(wú)法掌握正確的備份恢復(fù)技術(shù)。本文對(duì)SQL Server 2005及以上版本用戶數(shù)據(jù)庫(kù)的三種基本備份方式及相應(yīng)的介質(zhì)恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究，不涉及文件和文件組的備份恢復(fù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的備份恢復(fù)、高可用性方案等內(nèi)容的探討。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)備份

2.1 完整備份

完整備份是所有其他備份類型的基準(zhǔn)備份，備份的內(nèi)容為備份時(shí)的所有數(shù)據(jù)以及能將數(shù)據(jù)庫(kù)基于這些數(shù)據(jù)恢復(fù)到備份結(jié)束時(shí)一致?tīng)顟B(tài)的事務(wù)日志。

使用不帶DIFFERENTIAL選項(xiàng)的Backup Database命令執(zhí)行完整備份：

Backup Database database_name TO backup_device

完整備份過(guò)程分為三個(gè)階段：

① 執(zhí)行檢查點(diǎn)（Checkpoint）。將內(nèi)存中的臟日志和臟數(shù)據(jù)存盤，對(duì)處于非完整日志序列維護(hù)狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行日志截?cái)啵谌罩疚募袑懭胍欢螜z查點(diǎn)記錄（首條記錄的LSN為檢查點(diǎn)起點(diǎn)的LSN，即CheckpointLSN），內(nèi)容為當(dāng)前的MinLSN及所有活動(dòng)事務(wù)的起始LSN，MinLSN是檢查點(diǎn)起點(diǎn)的LSN和當(dāng)前最早活動(dòng)事務(wù)起點(diǎn)的LSN中的最老LSN。

② 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)。將所有已分配區(qū)（Extent）的數(shù)據(jù)復(fù)制到備份集。

③ 日志轉(zhuǎn)儲(chǔ)。將LSN滿足條件FirstLSN≤LSN

2.2 差異備份

差異備份和完整備份類似，二者主要差別是備份的數(shù)據(jù)不同，差異備份以最近一次完整備份為基準(zhǔn)，捕獲基準(zhǔn)備份后發(fā)生更改的數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)。

使用帶DIFFERENTIAL選項(xiàng)的BACKUP DATABASE命令執(zhí)行差異備份：

Backup Database database_name TO backup_device WITH DIFFERENTIAL

2.3 日志備份

使用BACKUP LOG命令執(zhí)行日志備份：

Backup LOG database_name TO backup_device

日志備份的范圍是LSN滿足條件FirstLSN≤LSN

① 如果是第一次執(zhí)行事務(wù)日志備份，會(huì)備份所有日志記錄，即FirstLSN是第一次完整備份的FirstLSN。

② 否則備份上次日志備份以來(lái)新增的日志記錄，即FirstLSN是上次日志備份的LastLSN。

LastLSN是執(zhí)行日志備份時(shí)最后一個(gè)成功結(jié)束事務(wù)的下一個(gè)事務(wù)的開(kāi)始LSN。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)

如果將數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容（數(shù)據(jù)和日志等）稱為狀態(tài)，則數(shù)據(jù)庫(kù)備份就是把數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)時(shí)的狀態(tài)保存到備份集的過(guò)程，而數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)則是通過(guò)重演備份集中內(nèi)容來(lái)重建數(shù)據(jù)庫(kù)并逐步推進(jìn)（或稱還原）數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)，最后重現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)在恢復(fù)點(diǎn)正確狀態(tài)的過(guò)程。

數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)操作包括確定恢復(fù)點(diǎn)、備份尾日志、選擇恢復(fù)鏈、執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)命令四個(gè)基本步驟。

3.1 確定恢復(fù)點(diǎn)

恢復(fù)點(diǎn)是用戶指定將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到的點(diǎn)。恢復(fù)點(diǎn)可以是：

① 任何備份的尾部。

② 日志備份包含的特定時(shí)點(diǎn)（在大容量日志恢復(fù)模式下，僅當(dāng)日志備份不包含大容量更改，才能進(jìn)行時(shí)點(diǎn)還原）

如果恢復(fù)點(diǎn)是故障點(diǎn)或最后一個(gè)備份與故障點(diǎn)之間的某個(gè)時(shí)點(diǎn)，則恢復(fù)所需的事務(wù)日志還在日志文件中。因?yàn)榻橘|(zhì)恢復(fù)是通過(guò)備份進(jìn)行的，所以應(yīng)先將處于日志文件尾部的這部分日志備份出來(lái)（稱為尾日志備份）。需要注意的是，對(duì)于大容量日志恢復(fù)模式下的數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)法對(duì)包含大容量日志操作的活動(dòng)日志執(zhí)行尾日志備份。

實(shí)際上，對(duì)處于完整恢復(fù)模式或大容量日志恢復(fù)模式下的數(shù)據(jù)庫(kù)，SQL Server如果檢測(cè)到存在未備份的活動(dòng)日志，總是要求在還原前執(zhí)行尾日志備份。

3.2 備份尾日志

如果數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)可用，用帶NORECOVERY選項(xiàng)的BACKUP LOG命令執(zhí)行常規(guī)的尾日志備份。對(duì)受損數(shù)據(jù)庫(kù)可嘗試用NO_TRUNCATE或CONTINUE_AFTER_ERROR選項(xiàng)備份尾日志，這兩個(gè)選項(xiàng)指示備份操作跳過(guò)錯(cuò)誤繼續(xù)進(jìn)行，因此可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

如果以上方法都無(wú)法備份尾日志，或者服務(wù)無(wú)法啟動(dòng)，則只能嘗試用非常規(guī)方法進(jìn)行尾日志備份了，例如將日志文件“假載”到其他服務(wù)器上進(jìn)行恢復(fù)。

有時(shí)需要在沒(méi)有進(jìn)行尾日志備份的情況下恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)，例如尾日志已無(wú)法備份，或者恢復(fù)點(diǎn)不在尾日志中。可在數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)的還原階段使用以下方法跳過(guò)尾日志檢測(cè)：（1）使用帶REPLACE選項(xiàng)的RESTORE命令還原備份（跳過(guò)了一些安全性檢查）。（2）還原時(shí)在每個(gè)RESTORE命令中使用STOPAT等時(shí)點(diǎn)還原參數(shù)指定已有日志備份包含的時(shí)點(diǎn)。（3）使用MOVE選項(xiàng)將數(shù)據(jù)庫(kù)還原到新位置并具有新名稱（如果還原到不同服務(wù)器可以使用相同名稱）。

3.3 選擇恢復(fù)鏈

恢復(fù)鏈?zhǔn)菑囊延袀浞菪蛄兄羞x出的、按備份先后次序排列的、用于恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)的備份組合。恢復(fù)鏈起于完整備份、止于恢復(fù)點(diǎn)所在備份，中間可能還包含其他備份，用于將數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)沿著恢復(fù)鏈逐步還原到恢復(fù)點(diǎn)。

要成功恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)，恢復(fù)鏈中每個(gè)備份都應(yīng)該是可成功還原的，有四種備份可成功還原：

第1種 完整備份。

第2種 基準(zhǔn)備份已被選進(jìn)恢復(fù)鏈的差異備份。

第3種 恢復(fù)鏈中的第一個(gè)日志備份，如果和緊接在前面的完整備份（或差異備份）之間的LSN不存在缺口，即：日志備份的FirstLSN≤前一個(gè)備份的LastLSN≤日志備份的LastLSN，則日志備份是可成功還原的。

第4種 二個(gè)相鄰的日志備份，如果二者之間的LSN首尾相連，即：后一個(gè)日志備份的FirstLSN=前一個(gè)日志備份的LastLSN，則后一個(gè)日志備份是可成功還原的。

3.4 執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)命令

數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)包括還原和恢復(fù)兩個(gè)階段。

（1） 還原（RESTORE）階段

此階段使用帶“NORECOVERY”選項(xiàng)的RESTORE命令按備份的先后次序逐一還原恢復(fù)鏈中的各個(gè)備份，將數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)逐步推進(jìn)，直到恢復(fù)點(diǎn)。

① 還原完整備份。

RESTORE DATABASE database_name FROM backup_device WITH NORECOVERY

此命令將完整備份中的數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行初始化，然后在此基礎(chǔ)上應(yīng)用備份中的日志記錄（首先從備份集標(biāo)頭讀出CheckpointLSN，據(jù)此在備份日志中找到對(duì)應(yīng)的檢查點(diǎn)記錄，讀出當(dāng)時(shí)保存的MinLSN和所有活動(dòng)事務(wù)的起點(diǎn)LSN，就可找到每個(gè)活動(dòng)事務(wù)的所有日志記錄，然后重做已完成事務(wù)，保留未完成事務(wù)），將數(shù)據(jù)庫(kù)還原到完整備份完成時(shí)的狀態(tài)。

② 還原差異備份

RESTORE DATABASE database_name FROM backup_device WITH NORECOVERY

此命令將備份集中的差異數(shù)據(jù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫(kù)（用差異數(shù)據(jù)覆蓋對(duì)應(yīng)區(qū)），然后在此基礎(chǔ)上應(yīng)用備份中的日志記錄（類似還原完整備份），將數(shù)據(jù)庫(kù)推進(jìn)到差異備份完成時(shí)的狀態(tài)。

③ 還原日志備份

RESTORE LOG database_name FROM backup_device WITH NORECOVERY

此命令將備份集中的日志記錄應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫(kù)，重做已完成事務(wù)，保留未完成事務(wù)，將數(shù)據(jù)庫(kù)推進(jìn)到日志備份完成時(shí)的狀態(tài)。

（2） 恢復(fù)（RECOVERY）階段

所有備份還原后，數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)還原到了恢復(fù)點(diǎn)，接下來(lái)需要對(duì)還原后數(shù)據(jù)庫(kù)中的存疑事務(wù)（可能不符合ACID特性的事務(wù)）進(jìn)行處理，見(jiàn)圖1。

存疑事務(wù)以事務(wù)日志中的最后一個(gè)檢查點(diǎn)為界限分成二部分。第一部分是最后檢查點(diǎn)之前的事務(wù)，這些事務(wù)都已被寫入日志文件和數(shù)據(jù)文件，暫時(shí)無(wú)需處理。第二部分是最后檢查點(diǎn)和恢復(fù)點(diǎn)之間的事務(wù)，這些事務(wù)可能存在兩種問(wèn)題：一是在日志中已提交的事務(wù)可能未被寫入數(shù)據(jù)文件（T2、T4），原因是寫日志和寫數(shù)據(jù)是按WAL原則異步進(jìn)行的，事務(wù)提交會(huì)將日志存盤，但數(shù)據(jù)可能尚未在恢復(fù)點(diǎn)之前存盤。二是未完成的事務(wù)被寫到了數(shù)據(jù)庫(kù)，原因是檢查點(diǎn)會(huì)把未完成事務(wù)存盤，但直到恢復(fù)點(diǎn)還沒(méi)有提交（T3、T5）。

此階段使用帶“RECOVERY”選項(xiàng)的RESTORE命令來(lái)處理存疑事務(wù)：

RESTORE DATABASE database_name WITH RECOVERY

此命令根據(jù)最后一個(gè)檢查點(diǎn)的CheckpointLSN，在備份日志中找到對(duì)應(yīng)的檢查點(diǎn)記錄，據(jù)此讀出當(dāng)時(shí)保存的MinLSN和所有活動(dòng)事務(wù)的起點(diǎn)LSN，從而找到每個(gè)存疑事務(wù)的所有日志記錄，然后重做未存盤的已完成事務(wù)（T2、T4），撤銷已存盤的未完成事務(wù)（T3、T5），將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到恢復(fù)點(diǎn)時(shí)的一致?tīng)顟B(tài)。

RECOVERY階段的操作可以合并到RESTORE階段的最后一個(gè)還原步驟。換言之，在還原階段的最后一個(gè)步驟不使用NORECOVERY選項(xiàng)，而改用RECOVERY選項(xiàng)，該選項(xiàng)在還原最后一個(gè)備份后，立即進(jìn)入恢復(fù)階段。

4 實(shí)例研究

模擬典型的備份策略，分析備份信息，揭示備份間的內(nèi)在聯(lián)系，研究恢復(fù)到故障點(diǎn)的恢復(fù)鏈方案。

4.1 數(shù)據(jù)庫(kù)備份

生成備份序列（用逗號(hào)分隔的備份名稱表示）：F1，L1，L2，D1，L3，L4，D2，L5，L6，F(xiàn)2，L7，L8，D3，L9，L10，D4，L11，其中備份名稱由備份類型字母（F表示完整備份，D表示差異備份，L表示日志備份）加備份序號(hào)組成，每種備份類型獨(dú)立編號(hào)。

RESTORE HEADERONLY命令用于查詢備份集標(biāo)頭的基本備份信息，備份集的FirstLSN、LastLSN、CheckpointLSN、DatabaseBackupLSN反映了備份之間在日志和數(shù)據(jù)方面的內(nèi)在聯(lián)系?？捎脠D示的方法直觀顯示這種關(guān)聯(lián)，見(jiàn)圖2。圖中備份集的LSN范圍用水平線段（FirstLSN≤LSN

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)

1）確定恢復(fù)點(diǎn)、備份尾日志

恢復(fù)點(diǎn)是故障點(diǎn)，因此首先執(zhí)行尾日志備份。將尾日志備份Tail的LSN范圍也標(biāo)注在圖2。

2）選擇恢復(fù)鏈

按照選擇恢復(fù)鏈的要求，借助圖2，可方便地選出恢復(fù)鏈：

第一個(gè)備份必須是完整備份，用作后續(xù)還原的基準(zhǔn)，可選F1或F2，但為了縮短恢復(fù)鏈，減少恢復(fù)時(shí)間，選F2。最后一個(gè)備份是包含恢復(fù)點(diǎn)的Tail。由于這兩個(gè)備份并無(wú)直接關(guān)聯(lián)，故需選擇一些中間備份，以將數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)從F2逐步還原到Tail。

最佳方案：（F2，D4，L11，Tail）。F2屬于第1種可成功還原備份，D4屬于第2種，L11屬于第3種，Tail屬于第4種。這個(gè)方案的恢復(fù)鏈最短，故恢復(fù)時(shí)間最少。

備選方案：（F2，D3，L9，L10，L11， Tail）、（F2，，L7～L11， Tail）可用作最佳方案當(dāng)差異備份D4或D3有問(wèn)題時(shí)的替換方案；（F1，D2，L5～L11， Tail）及（F1，D1，L3～L11， Tail）、（F1，L1～L11， Tail）可用作最佳方案當(dāng)完整備份F2有問(wèn)題時(shí)的替換方案。

在以上方案中，任何一個(gè)備份都是必需的，如果其中一個(gè)備份丟失或被破壞，則恢復(fù)鏈中斷，按此方案只能將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到中斷點(diǎn)之前的某個(gè)狀態(tài)了，這里將這種恢復(fù)鏈稱為最簡(jiǎn)恢復(fù)鏈。

實(shí)際上，在最簡(jiǎn)恢復(fù)鏈中還可加入其他備份，只要所加入的備份滿足可成功還原的要求，并不影響恢復(fù)結(jié)果。例如最佳方案可修改為：（F1，F(xiàn)2，L7，D3，L9，D4，L11，TailLog），但這樣做除了增加恢復(fù)時(shí)間別無(wú)意義。

5 結(jié)論

SQL Server的備份恢復(fù)，還包括文件和文件組的備份恢復(fù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的備份恢復(fù)等。DBA應(yīng)在透徹理解備份恢復(fù)機(jī)制的基礎(chǔ)上，通過(guò)深入細(xì)致的研究實(shí)踐真正掌握備份恢復(fù)技術(shù)，如此才能從容應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜情況。

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