淺談集中式數據庫的事務恢復機制

【摘要】集中式數據庫系統由一個處理器、與它相關聯的數據存儲設備以及其他外圍設備組成，它被物理地定義到單個位置。系統提供數據處理能力，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程終端來操作，系統及其數據管理被某個或中心站點集中控制，本文探討了集中式數據庫的事務恢復機制。

【關鍵詞】集中式數據庫；事務恢復；機制

一、事務恢復

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

二、基于運行記錄的恢復技術

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

三、運行記錄的結構

下面列出運行記錄中的一些基本內容，實際DBMS的運行記錄還可能包括若干其它細節，具體結構也不一定相同：其一，活動事務表。活動事務表（active transaction list，簡稱為ATL）記錄所有正在執行，尚未提交的事務的標識符（transaction identifier，簡稱TID）。其二，提交事務表。提交事務表（committed transaction list，簡稱CTL）記錄所有已提交的事務的標識符。如果先從活動事務表中刪除TID，再將TID加入提交事務表，則可能冒如下的危險：即TID剛從活動事務表中刪除后，該事務的狀態在系統中將無任何記錄。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識符（block identifier，簡稱BID）。設BID由TID、關系名和邏輯塊號所組成，其中TID表示執行更新操作的事務，關系名表示被更新的關系，邏輯塊號表示該塊是關系中哪塊的前像。邏輯塊號在關系中是唯一的，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，即使數據庫中的某塊還沒有來得及更新，在恢復時對它做一次undo操作也無妨，無非在這一塊上寫入同樣的內容而已。其四，后像文件。結構與前像文件相仿，不過其中記的是后像。在恢復時，可按提交事務表中的事務次序，按邏輯塊號寫入其后像。這相當于按提交的次序，重做各個事務。Redo操作也滿足冪等性。

參 考 文 獻

[1]簡云松．數據庫恢復技術探討[J]．軟件導刊．2008（8）

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[3]陳菲．數據庫復制系統的設計與實現[J]．科協論壇（下半月）．2010（1）

[4]鮑曉娟．淺談數據庫恢復技術[J]．赤峰學院學報（自然科學版）．2011（4）