在数据库系统中，数据的安全性和一致性至关重要。无论是面对事务故障、系统故障还是介质故障，数据库都需要具备强大的恢复机制来应对这些潜在风险。本文将带领大家详细了解数据库恢复的实现技术，重点介绍如何利用冗余数据、转储和日志文件来实现各种故障后的数据恢复。
9.2 恢复的实现技术
数据库恢复的核心理念是基于冗余数据，即通过保存额外的副本或日志信息，确保在出现异常时，数据库能够恢复到一致状态。数据库恢复机制的两个关键问题是：如何建立冗余数据以及如何利用这些冗余数据进行恢复。
9.2.1 数据转储
数据转储是指数据库管理员（DBA）定期将整个数据库的数据复制并保存到安全的存储设备上。通过这种方式，即使数据库数据损坏或丢失，也可以从转储的副本中恢复。
1. 转储的分类
转储操作可以根据不同的标准进行分类：
（1）按转储期间是否允许事务运行
- 静态转储：在没有任何事务运行的情况下进行的转储。静态转储期间，数据库停止服务，所有事务执行完毕后才会进行备份。其优点是操作简单，且生成的副本是一致性副本。但缺点是系统在转储期间不可用，降低了数据库的可用性。
- 动态转储：允许在转储期间继续执行事务。动态转储并发进行，但可能会导致备份中的数据不一致。尽管转储期间系统可用，但备份副本中的部分数据可能因为事务的更新而过时。
（2）按转储数据量的不同
- 海量转储：将整个数据库完整地备份，适用于大规模的全面备份。
- 增量转储：仅备份自上次转储后更新过的数据，这种方式可以节省存储空间和转储时间。
2. 转储策略
DBA需要根据数据库的使用情况来制定合适的转储策略。例如：
- 对于银行、购票系统等需要24小时不间断服务的数据库，适合采用每小时动态增量转储的策略。
- 对于一些使用频率不高的数据库，每月进行一次静态海量转储即可。
9.3 故障恢复机制：应对不同类型故障的策略
数据库系统会遇到多种类型的故障，最常见的包括事务故障、系统故障和介质故障。恢复过程通常依赖于提前生成的日志文件和转储副本。接下来，我们将介绍如何针对不同的故障进行恢复。
9.3.1 事务故障的恢复
事务故障是指事务在执行过程中未能正常完成，导致数据不一致。事务故障的恢复过程依赖日志文件，具体步骤如下：
-
反向扫描日志，从最后一条日志记录开始，查找该事务的所有更新操作。
-
对每个更新操作执行逆操作：
- 对于插入操作，将其删除。
- 对于删除操作，将其重新插入。
- 对于修改操作，将数据恢复为更新前的值。
-
继续反向扫描，直到找到该事务的开始标记，恢复完成。
总结：事务故障的恢复主要通过UNDO操作（撤销操作）来确保数据的一致性。
9.3.2 系统故障的恢复
系统故障（如断电或系统崩溃）会影响所有正在运行的事务。恢复过程涉及两类事务：已完成的事务和未完成的事务。
恢复步骤如下：
- 正向扫描日志文件，找出故障发生前已提交的事务，将其加入重做（REDO）队列，未完成的事务则加入撤销（UNDO）队列。
- 对UNDO队列中的事务进行撤销，方法是反向扫描日志文件，将每个更新操作恢复为更新前的值。
- 对REDO队列中的事务进行重做，方法是正向扫描日志文件，重新执行每个事务的操作，确保所有已提交的事务的结果被正确写入数据库。
总结：系统故障恢复通过UNDO和REDO的结合，确保事务数据的一致性和完整性。
9.3.3 介质故障的恢复
介质故障是指存储介质（如磁盘）损坏，导致数据库数据和日志文件丢失或损坏。这是最严重的故障类型，恢复难度较大。
恢复步骤如下：
- 修复或更换损坏的存储设备，并重新启动数据库系统。
- 装入最近的转储副本，将数据库恢复到上一次转储时的一致状态。如果是静态副本，数据库直接恢复到一致状态；如果是动态副本，还需要利用日志文件来完成恢复。
- 利用日志文件：根据日志文件记录的更新操作，执行REDO（重做）操作，确保数据库恢复到故障前的状态。
静态副本恢复示例：
假设数据库在时刻T₀发生了故障，使用最近的静态副本可以直接恢复到T₀时刻的一致状态，如图所示：
动态副本恢复示例：
使用动态副本和日志文件结合的方式，可以将数据库恢复到T₁时刻，如图：
介质故障恢复通过转储副本和日志文件结合，确保数据库恢复到故障发生前的最新一致状态。
总结与展望
数据库恢复技术是保障数据安全和系统稳定的核心手段。通过冗余数据的建立、定期数据转储和日志文件的登记，数据库能够从各种故障中快速恢复，确保业务不中断。对于不同类型的故障，数据库系统提供了UNDO和REDO操作来实现一致性恢复。
