【专题】数据库原理与应用之故障恢复

1. 数据库故障恢复概述

数据库的可恢复性：

DBMS能把数据库从被破坏、不正确的状态、恢复到最近一个正确的状态。

恢复管理任务的种类：

一是在未发生故障而系统正常运行时，采取一些必要措施为恢复工作打基础。
二是在发生故障后进行恢复处理。

转储和建立日志：

周期地（比如一周一次）对整个数据进行复制，转储到另一个磁盘或磁带一类的存储介质上。
建立日志数据库。记录事务的开始、结束标志，记录事务对数据库的每一次插入、删除和修改前后的值，写到日志库中，以便有案可查。

数据库系统基本的共同恢复方法：

优先写日志。

任何对数据库中数据元素的变更都必须先写入日志；将变更的数据写入磁盘前，日志中的所有相关记录必须写入磁盘。
REDO（重做）已提交事务的操作。

当发生故障而使系统崩溃后，对那些已提交但其结果尚未真写到磁盘上去的事务操作要重做，使数据库恢复到崩溃时所处理状态。
UNDO（撤销）未提交事务的操作。

系统崩溃时，那些未提交事务操作所产生的数据库变更必须恢复到原状，使数据库只反映已提交事务的操作结果。

2. 故障分类

2.1 事务故障

可预期的事务故障：

即在程序中可以预先估计到的错误，可由程序本身解决。

非预期的事务故障：

事务内部更多的故障是非预期的，不能由应用程序处理。
非预期的情况：
1. 运算溢出；
1. 并发事务发生死锁而被选中撤销的事务；
1. 违反某些完整性限制而被终止。
解决方案：

作事务撤消（UNDO）处理。

2.2 系统故障

系统故障指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。

系统故障的情况：

硬件错误（CPU故障）；
操作系统故障；
系统断电。

系统故障可能导致事务的两种情况：

未完成的事务：

系统重启后作撤销（UNDO）处理。
已提交的事务，但更新还留在内存缓冲区：

系统重启后作重作（REDO）处理。

2.3 介质故障

介质故障也称为硬故障，指外存故障，破坏性最大。

介质故障的情况：

磁盘损坏；
磁头碰撞；
瞬时强磁场干扰；
地震、火灾、爆炸等自然灾害造成外存的严重毁坏。

解决方案：

装入最新的数据库后备副本。
装入相应的日志文件副本，重做REDO已完成的事务。

3. 恢复的实现技术

3.1 数据备份

海量转储：每次复制整个数据库。
增量转储：每次只转储上次转储后被更新过的数据。
动态转储：指转储期间允许对数据库进行存取或修改的转储操作。
静态转储：指在系统中无运行事务时进行的转储操作。

3.2 登记日志文件

日志记录类型：

关于事务活动的记录。
- 事务的唯一标识符。
- 事务的输入数据。
- 事务的开始。
- 事务的提交。但它所作的变更不一定写到磁盘上。
- 事务的夭折。要保证事务的任何变更不能出现在磁盘上。
- 事务完全结束。仅有COMMIT或ABORT日志记录是不够的，因为此后还有一些活动必须要完成，如收回事务所占有的工作缓冲区等。
- 事务在数据对象上进行的操作。如插入、删除、读取、修改操作。

关于数据库变更的记录。
- 更新前数据的旧值（对于插入操作而言，此项为空值）。
- 更新后数据的新值（对于删除操作而言，此项为空值）。

登记日志文件：

登记的次序严格按并发事务执行的时间次序。

必须先写日志文件，后写数据库。

4. 恢复策略

4.1 事务故障的恢复

引起事务故障原因：

事务无法执行而中止。

用户主动撤销事务。

因系统调度差错而中止。

事务故障恢复步骤：

从后向前的扫描日志，找到故障事务。

撤消该事务已做的所有更新操作。

从正在运行的事务列表中删除该事务，释放该事务所占资源

4.2 系统故障的恢复

系统故障导致数据不一致状态的原因：

未提交事务对数据库的更新已写入数据库。

已提交事务对数据库的更新还留在内存缓冲区中，没来得及写入数据库

系统故障恢复步骤：

重新启动OS和DBMS。
从前向后扫描日志，将已提交的事务记入重做（REDO）队列。未提交的事务记入撤销（UNDO）队列。
对撤销队列中的各个事务进行撤销回退操作。
对重做队列中的每个事务重新执行日志文件登记的操作。

4.3 介质故障的恢复

介质故障恢复步骤：

重新启动系统。

装入最近的数据库后备副本，使数据库恢复到最近一次转储时的一致性数据库状态。

装入有关的日志副本，重做（REDO）已提交的事务。

介质故障的恢复需要DBA的干预

DBA的任务是重装最近转储的数据库后备副本和有关的日志副本，发出系统恢复的命令

具体的恢复操作仍由DBMS来完成。

5. 具有检查点的恢复技术

利用日志技术进行数据库恢复时，恢复子系统必须查阅日志，确定哪些事务需要REDO，哪些事务需要UNDO。

查阅日志从头检查所有日志记录。

利用日志技术进行数据库恢复的缺点：

搜索整个日志将耗费大量时间。
很多需要REDO处理的事务已将更新操作结果写到数据库中，而恢复子系统又重新执行了这些操作，浪费大量时间。

引入检查点机制以解决上述问题。

引入检查点机制数据的恢复过程：

从故障发生前的最后一个检查点处开始正向扫描日志文件；
将提交的事务放入REDO队列，未提交的事务放入UNDO队列；
对队列中每个事务执行REDO或UNDO处理。

6. MySQL的备份与恢复

6.1 数据库的备份与恢复

使用mysqldump命令备份数据：

备份单个数据库或表:

mysqldump -u 用户名 -h 主机名 -p 密码 数据库名 [表名 [表名…]] >备份文件名.sql

备份多个数据库：

mysqldump -u 用户名 -h 主机名 -p 密码 --databases 数据库名 数据库名 … >备份文件名.sql

备份所有数据库：

mysqldump -u 用户名 -h 主机名 -p 密码  --all-databases >备份文件名.sql

使用mysql命令恢复数据：

mysql -u 用户名 -p 数据库名 < 备份文件名.sql

执行mysql命令前，必须在MySQL服务器中创建命令中的数据库。

6.2 表数据的导出与导入

FIELDS后的TERMINATED BY '字符'：

设置字段之间的分隔字符，可以为单个或多个字符，默认是制表符'\t'。
[OPTIONALLY] ENCLOSED BY '字符'：

设置字段的包围字符，只能为单个字符。如果使用OPTIONALLY选项，只在CHAR和VARCAHR等字符串类型的字段值两边添加字段包围符。
ESCAPED BY '字符'：

设置如何写入或读取特殊字符，只能为单个字符，即设置转义字符，默认值为''。
STARTING BY '字符串'：

设置每行开头的字符，可以为单个或多个字符，默认情况下不使用任何字符。
LINES后的TERMINATED BY '字符串'：

设置每行的结束符，可以为单个或多个字符，默认值是'\n'。

FIELDS和LINES两个子句都是可选的，如果两个都被指定了，则FIELDS就必须位于LINES前面。

由于MySQL默认对导出的目录有权限限制，在使用SELECT …INTO OUTFILE语句进行导出时，导出的文本文件的路径需要指定为MySQL的secure_file_priv参数所指定的位置。

使用LOAD DATA INFILE语句导入表数据：

LOAD  DATA  INFILE  '文本文件'  INTO  TABLE 表名
[FIELDS   [TERMINATED BY '字符'][[OPTIONALLY] ENCLOSED BY '字符'][ESCAPED BY '字符']
]
[LINES    [STARTING BY '字符串'][TERMINATED BY '字符串'] ]
[IGNORE n LINES];

FIELDS和LINES选项功能与“SELECT …INTO OUTFILE”语句中选项的功能相同。
IGNORE n LINES：忽略文本文件中的前n条记录。
使用“SELECT …INTO OUTFILE”语句将数据从一个数据库表导出到一个文本文件，再使用“LOAD DATA INFILE”语句从文本文件中将数据导入到数据库表时，两个命令的选项参数必须匹配，否则“LOAD DATA INFILE”语句无法解析文本文件的内容。

使用mysqldump命令导出表数据：

mysqldump -u root -p -T "目标路径" 数据库名 表名
[--fields-terminated-by=字符]
[--fields-enclose-by=字符]
[--fields-optionally-enclosed-by=字符]
[--fields-escaped-by=字符]
[--lines-terminated-by=字符串]

只有指定-T参数，才能导出纯文本文件。

导出生成的文件有两个，一个是包含创建表的CREATE TABLE语句的“表名.sql”文件，一个是包含其数据的“表名.txt”文件。
目标路径必须是MySQL的secure_file_priv参数所指定的位置。
各选项功能对应“SELECT …INTO OUTFILE”语句中的各对应项功能。

使用mysqlimport命令导入表数据：

mysqlimport -u root -p 数据库名 "文本文件名.txt"[--fields-terminated-by=字符][--fields-enclose-by=字符][--fields-optionally-enclosed-by=字符][--fields-escaped-by=字符][--lines-terminated-by=字符串][--ignore-lines=n]