2010年軟考軟件設(shè)計(jì)師專題講義：數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)

　　3.介質(zhì)故障的恢復(fù)

　　發(fā)生介質(zhì)故障后，磁盤(pán)上的物理數(shù)據(jù)和日志文件被破壞，這是最嚴(yán)重的一種故障，恢復(fù)方法是重裝數(shù)據(jù)庫(kù)，然后重做已完成的事務(wù)。具體地說(shuō)就是：

　�、�. 裝入最新的數(shù)據(jù)庫(kù)后備副本(離故障發(fā)生時(shí)刻最近的轉(zhuǎn)儲(chǔ)副本)，使數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到最近一次轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)的一致性狀態(tài)。

　　對(duì)于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)副本，還須同時(shí)裝入轉(zhuǎn)儲(chǔ)開(kāi)始時(shí)刻的日志文件副本，利用恢復(fù)系統(tǒng)故障的方法(即REDO+UNDO)，才能將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到一致性狀態(tài)。

　　⑵. 裝入相應(yīng)的日志文件副本(轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)束時(shí)刻的日志文件副本)，重做已完成的事務(wù)。即：

　　首先掃描日志文件，找出故障發(fā)生時(shí)已提交的事務(wù)的標(biāo)識(shí)，將其記入重做隊(duì)列。

　　然后正向掃描日志文件，對(duì)重做隊(duì)列中的所有事務(wù)進(jìn)行重做處理。即將日志記錄中“更新后的值”寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　這樣就可以將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)至故障前某一時(shí)刻的一致?tīng)顟B(tài)了。

　　介質(zhì)故障的恢復(fù)需要DBA介入。但DBA只需要重裝最近轉(zhuǎn)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)副本和有關(guān)的各日志文件副本，然后執(zhí)行系統(tǒng)提供的恢復(fù)命令即可，具體的恢復(fù)操作仍由DBMS完成。

　　n 并發(fā)控制

　　在多用戶共享系統(tǒng)中，許多事務(wù)可能同時(shí)對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，這時(shí)候就產(chǎn)生了并發(fā)控制的問(wèn)題。DMBS的并發(fā)控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)并發(fā)事務(wù)的執(zhí)行，保證數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性不受破壞，同時(shí)避免用戶得到不正確的數(shù)據(jù)。

　　同時(shí)并發(fā)方式：在多處理系統(tǒng)中，每個(gè)處理機(jī)可以運(yùn)行一個(gè)事務(wù)，多個(gè)處理機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)事務(wù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)事務(wù)真正的并行運(yùn)行，這種并行方式稱為同時(shí)并發(fā)方式。

　　并發(fā)控制機(jī)制是衡量一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)性能的重要標(biāo)志之一。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)操作通�？赡軒�來(lái)以下的問(wèn)題：

　　u u 丟失更新問(wèn)題

　　u u 不一致分析問(wèn)題(讀過(guò)時(shí)的數(shù)據(jù))

　　u u 依賴于未提交更新問(wèn)題(讀“臟”數(shù)據(jù))

　　處理并發(fā)控制的主要方法是采用封鎖技術(shù)。封鎖是實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的一個(gè)非常重要的技術(shù)。

　　封鎖：所謂封鎖就是事務(wù)T在對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象例如表、記錄等操作之前，先向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，對(duì)其加鎖。加鎖后事務(wù)T就對(duì)該數(shù)據(jù)對(duì)象有了一定的控制，在事務(wù)T釋放它的鎖之前，其它的事務(wù)不能更新此數(shù)據(jù)對(duì)象。

　　基本的封鎖類型有兩種:排它鎖(Exclusive Locks，簡(jiǎn)記為X鎖) 和共享鎖(Share Locks，簡(jiǎn)記為S鎖)。

　　排它鎖：排它鎖又稱為寫(xiě)鎖。若事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象A加上X鎖，則只允許T讀取和修改A，其它任何事務(wù)都不能再對(duì)A加任何類型的鎖，直到T釋放A上的鎖。這就保證了其它事務(wù)在T釋放A上的鎖之前不能再讀取和修改A。

　　共享鎖：共享鎖又稱為讀鎖。若事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象A加上S鎖，則事務(wù)T可以讀A，但不能修改A，其它事務(wù)只能再對(duì)A加S鎖，而不能加X(jué)鎖，直到T釋放A上的S鎖。這就保證了其它事務(wù)可以讀A，但在T釋放A上的S鎖之前不能對(duì)A做任何修改。有兩種類型：

　　uu 排他型封鎖(X封鎖)

　　uu 共享型封鎖(S封鎖)

　　在運(yùn)用X鎖和S鎖這兩種基本封鎖，對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖時(shí)，還需要約定一些規(guī)則，例如應(yīng)何時(shí)申請(qǐng)X鎖或S鎖、持鎖時(shí)間、何時(shí)釋放等。我們稱這些規(guī)則為封鎖協(xié)議(Locking Protocol)。對(duì)封鎖方式規(guī)定不同的規(guī)則，就形成了各種不同的封鎖協(xié)議。下面介紹三級(jí)封鎖協(xié)議。對(duì)并發(fā)操作的不正確調(diào)度可能會(huì)帶來(lái)丟失修改、不可重復(fù)讀和讀“臟”數(shù)據(jù)等不一致性問(wèn)題，三級(jí)封鎖協(xié)議分別在不同程度上解決了這一問(wèn)題。為并發(fā)操作的正確調(diào)度提供一定的保證。不同級(jí)別的封鎖協(xié)議達(dá)到的系統(tǒng)一致性級(jí)別是不同的。

　　一級(jí)封鎖協(xié)議是：事務(wù)T在修改數(shù)據(jù)R之前必須先對(duì)其加X(jué)鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放。事務(wù)結(jié)束包括正常結(jié)束(COMMIT)和非正常結(jié)束(ROLLBACK)。

　　二級(jí)封鎖協(xié)議是：一級(jí)封鎖協(xié)議加上事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對(duì)其加S鎖，讀完后即可釋放S鎖。二級(jí)封鎖協(xié)議除防止了丟失修改，還可進(jìn)一步防止讀“臟”數(shù)據(jù)

　　三級(jí)封鎖協(xié)議是：一級(jí)封鎖協(xié)議加上事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對(duì)其加S鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放。三級(jí)封鎖協(xié)議除防止了丟失修改和不讀‘臟’數(shù)據(jù)外，還進(jìn)一步防止了不可重復(fù)讀

　　和操作系統(tǒng)一樣，封鎖的方法可能引起活鎖和死鎖。

　　一.活鎖

　　活鎖：如果事務(wù)T1封鎖了數(shù)據(jù)R，事務(wù)T2又請(qǐng)求封鎖R，于是T2等待。T3也請(qǐng)求封鎖R，當(dāng)T1釋放了R上的封鎖之后系統(tǒng)首先批準(zhǔn)了T3的請(qǐng)求，T2仍然等待。然后T4又請(qǐng)求封鎖R，當(dāng)T3釋放了R上的封鎖之后系統(tǒng)又批準(zhǔn)了T4的請(qǐng)求，......，T2有可能永遠(yuǎn)等待，這就是活鎖的情形

　　二.死鎖

　　死鎖：如果事務(wù)T1封鎖了數(shù)據(jù)R1，T2封鎖了數(shù)據(jù)R2，然后T1又請(qǐng)求封鎖R2，因T2已封鎖了R2，于是T1等待T2釋放R2上的鎖。接著T2又申請(qǐng)封鎖R1，因T1已封鎖了R1，T2也只能等待T1釋放R1上的鎖。這樣就出現(xiàn)了T1在等待T2，而T2又在等待T1的局面，T1和T2兩個(gè)事務(wù)永遠(yuǎn)不能結(jié)束，形成死鎖。

　　死鎖的預(yù)防：

　　在數(shù)據(jù)庫(kù)中，產(chǎn)生死鎖的原因是兩個(gè)或多個(gè)事務(wù)都已封鎖了一些數(shù)據(jù)對(duì)象，然后又都請(qǐng)求對(duì)已被其他事務(wù)封鎖的數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖，從而出現(xiàn)死等待。防止死鎖的發(fā)生其實(shí)就是要破壞產(chǎn)生死鎖的條件。預(yù)防死鎖通常有兩種方法：

　　一次封鎖法： 一次封鎖法要求每個(gè)事務(wù)必須一次將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，否則就不能繼續(xù)執(zhí)行。一次封鎖法雖然可以有效地防止死鎖的發(fā)生，但也存在問(wèn)題，一次就將以后要用到的全部數(shù)據(jù)加鎖，勢(shì)必?cái)U(kuò)大了封鎖的范圍，從而降低了系統(tǒng)的并發(fā)度。

　　順序封鎖法：順序封鎖法是預(yù)先對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象規(guī)定一個(gè)封鎖順序，所有事務(wù)都按這個(gè)順序?qū)嵭蟹怄i。順序封鎖法可以有效地防止死鎖，但也同樣存在問(wèn)題。事務(wù)的封鎖請(qǐng)求可以隨著事務(wù)的執(zhí)行而動(dòng)態(tài)地決定，很難事先確定每一個(gè)事務(wù)要封鎖哪些對(duì)象，因此也就很難按規(guī)定的順序去施加封鎖。

　　可見(jiàn)，在操作系統(tǒng)中廣為采用的預(yù)防死鎖的策略并不很適合數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)，因此DBMS在解決死鎖的問(wèn)題上普遍采用的是診斷并解除死鎖的方法。