恢复技术

Question 0

事务与程序

Answer 0

是两个概念。一般，一个程序中包含多个事务。

Question 1

事务

Answer 1

是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做要么全不做，是一个不可分割的工作单位。
事务的开始与结束可以由用户显式控制。如果用户没有显式地定义事务，则由DBMS按缺省规定自动划分事务。
事务是恢复和并发控制的基本单位。

Question 2

在SQL中，定义事务的语句

Answer 2

BEGIN TRANSACTION
COMMIT
ROLLBACK
事务通常是以BEGIN TRANSACTION开始，以COMMIT或ROLLBACK结束。

Question 3

COMMIT

Answer 3

表示提交，即提交事务的所有操作。将事务中所有对数据库的更新写回到磁盘上的物理数据库中去，事务正常结束。

Question 4

ROLLBACK

Answer 4

表示回滚，即在事务运行的过程中发生了某种故障，事务不能继续执行，系统将事务中对数据库的所有已完成的操作全部撤销，回滚到事务开始时的状态。这里的操作指对数据库的更新操作。

Question 5

事务的特性

Answer 5

原子性Atomicity，一致性Consistency，隔离性Isolation，持续性Durability。
简称为ACID特性。
保证事务ACID特性是事务管理的重要任务。

Question 6

原子性Atomicity

Answer 6

事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做。

Question 7

一致性Consistency

Answer 7

事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。
当数据库只包含成功事务提交的结果时，就说数据库处于一致性状态。
一致性与原子性是密切相关的。

Question 8

为什么事务非正常结束时会影响数据库数据的正确性

Answer 8

事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。

如果数据库系统运行中发生故障，有些事务尚未完成就被迫中断，这些未完成事务对数据库所做的修改有一部分已写入物理数据库，这时数据库就处于一种不正确的状态，或者说是不一致的状态。

Question 10

隔离性Isolation

Answer 10

一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对其他的并发事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能相互干扰。

Question 11

持续性Durability

Answer 11

持续性也称永久性，指一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不应该对其执行结果有任何影响。

Question 12

事务ACID特性可能遭到破坏的因素

Answer 12

1。多个事务并行运行时，不同事务是操作交叉执行。

2。事务在运行过程中被强行停止。

Question 13

数据库中为什么要有恢复子系统

Answer 13

因为计算机系统中硬件的故障、软件的错误、操作员的失误及恶意的破坏都是不可避免的，这些故障轻则造成当前运行事务非正常中断，影响数据库中数据的正确性，重则破坏数据库，使数据库中全部或部分数据丢失。

Question 14

数据库恢复（恢复子系统的功能）

Answer 14

数据库管理系统把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态（一致状态或完整状态）的功能。

Question 15

数据库管理系统中恢复机制和并发机制的责任

Answer 15

1。多个事务并行运行时，数据库管理系统必须保证多个事务的交叉运行不影响这些事务的原子性。

2。事务在运行过程中被强行停止时，数据库管理系统必须保证被强行终止的事务对数据库和其他事务没有任何影响。

Question 16

数据库运行过程中可能产生的故障类型

Answer 16

1。事务内部故障。
2。系统故障。
3。介质故障。
4。计算机病毒。

Question 17

事务内部故障

Answer 17

有的是可以通过事务程序本身发现的，有的是非预期的，不能由事务程序处理的。
事务内部更多的故障是非预期的，是不能由应用程序处理的。如运算溢出、并发事务发生死锁而被选中撤销该事务、违反了某些完整性限制等。
以后，事务故障仅指这类非预期的故障。

Question 18

事务撤销（UNDO）

Answer 18

事务故障意味着事务没有达到预期的终点（COMMIT或者显式的ROLLBACK），因此，数据库可能处于不正确状态。恢复程序要在不影响其他事务运行的情况下，强行回滚该事务，即撤销该事务已经作出的任何对数据库的修改，使得该事务好像根本没有启动一样。

Question 20

系统故障

Answer 20

指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。例如，特定类型的硬件错误（CPU故障）、操作系统故障、DBMS代码错误、系统断电等。这类故障影响正在运行的所有事务，但不破坏数据库。这时主存内容，尤其是缓冲区（在内存）中的内容都被丢失，所有运行事务都非正常终止。发生系统故障时，一些尚未完成的事务的结果可能已送入物理数据库，从而造成数据库可能处于不正确的状态。为保证数据一致性，需要清除这些事务对数据库的所有修改。
恢复子系统必须在系统重新启动时让所有非正常终止的事务回滚，强行撤销（UNDO）所有未完成事务。
另一方面，发生系统故障时，有些已完成的事务可能有一部分甚至全部留在缓冲区，尚未写回到磁盘上的物理数据库中，系统故障使得这些事务对数据库的修改部分或全部丢失，这也会使数据库处于不一致状态，因此应将这些事务已提交的结果重新写入数据库。所以，恢复子系统除需要撤销所有未完成的事务外，还需要重做（REDO）所有已提交的事务，以将数据库真正恢复到一致状态。

Question 21

介质故障

Answer 21

系统故障常称为软故障，介质故障称为硬故障。硬故障指外存故障，如磁盘损坏、磁头碰撞、瞬时强磁场干扰等。这类故障将破坏数据库或部分数据库，并影响正在存取这部分数据的所有事务。这类故障比前两类故障发生的可能性小很多，但破坏性最大。

Question 22

各类故障的数据库的影响的可能性

Answer 22

一是数据库本身被破坏。二是数据库没有被破坏，但数据可能不正确，这是由于事务的运行被非正常终止造成的。

Question 23

计算机病毒

Answer 23

是一种人为的故障或破坏，是一些恶作剧者研制的一种计算机程序。这种程序与其他程序不同，它像微生物学所称的病毒一样可以繁殖和传播，并造成对计算机系统包括数据库的危害。
病毒的种类很多，不同病毒有不同的特征。小的病毒只有20条指令，不到50B。大的病毒像一个操作系统，由上万条指令组成。
有的病毒传播很快，一旦侵入系统就马上摧毁系统；有的病毒感染系统所有的程序和数据；有的只对某些特定的程序和数据感兴趣。多数病毒一开始并不摧毁整个计算机系统，它们只在数据库中或其他数据文件中将小数点向左或向右移一移，增加或删除一两个＂0＂。
计算机病毒已成为计算机系统的主要威胁，自然也是数据库系统的主要威胁。为此计算机的安全工作者已研制出了许多预防病毒的＂疫苗＂，检查、诊断、消灭计算机病毒的软件也在不断发展。但是，至今还没有一种可以使计算机＂终生＂免疫的疫苗。因此数据库一旦被破坏仍要用恢复技术把数据库加以恢复。

Question 24

恢复机制涉及的两个关键问题

Answer 24

第一，如何建立冗余数据。

第二，如何利用这些冗余数据实施数据库恢复。

Question 25

建立冗余数据最常用的技术（数据库恢复的基本技术）

Answer 25

数据转储和登录日志文件。
通常在一个数据库系统中，这两种方法是一起使用的。
当系统在运行过程中发生故障时，利用所转储的数据库后备副本和日志文件就能把数据库恢复到故障发生前的某个一致性状态。

Question 26

数据转储

Answer 26

是数据库恢复中采用的基本技术。所谓转储即DBA定期地将整个数据库复制到磁带或另一个磁盘上保存起来的过程。这些备用的数据称为后备副本或后援副本。
当数据库遭到破坏后可以将后备副本重新装入，但重装后备副本只能将数据库恢复到转储时的状态，要向恢复到故障发生时的状态，必须重新运行自转储以后的所有更新事务。
转储是十分耗费时间和资源的，不能频繁进行。DBA应该根据数据库使用情况确定一个适当的转储周期。

Question 27

转储状态

Answer 27

静态转储和动态转储。

Question 28

静态转储

Answer 28

在系统中无运行事务时进行的操作。即转储操作开始的时刻，数据库处于一致性状态，而转储期间不允许（或不存在）对数据库的任何存取、修改活动。
静态转储得到的一定是一个数据一致性副本。
静态转储简单，但转储必须等待正运行的用户事务结束才能进行。同样，新的事务必须等待转储结束才能执行。显然，这会降低数据库的可用性。

Question 29

动态转储

Answer 29

转储期间允许对数据库进行存取或修改。即转储和用户事务可以并发执行。
动态转储可以克服静态转储的缺点，它不用等待正在运行的用户事务结束，也不会影响新事务的运行。但是，转储结束时后援副本上的数据并不能保证正确性和有效性。因为转储期间的运行事务可能修改了某些数据，使得后备副本中的数据不是数据库的一致版本。
为此，必须把转储期间各事务对数据库的修改活动登记下来，建立日志文件，这样后援副本加上日志文件就能把数据库恢复到某一时刻的正确状态。

Question 31

海量转储

Answer 31

每次转储全部数据库。

Question 32

增量转储

Answer 32

每次只转储上一次转储后更新过的数据。

Question 33

数据库恢复技术能保证事务的哪些特性

Answer 33

为了保证事务的原子性、一致性与持续性，DBMS必须对事务故障、系统故障和介质故障进行恢复；为了保证事务的隔离性和一致性，DBMS需要对并发操作进行控制。

Question 34

日志文件

Answer 34

用来记录事务对数据库的更新操作的文件。

不同数据库系统采用的日志文件格式并不完全一样。

Question 35

日志文件的格式

Answer 35

以记录为单位的日志文件和以数据块为单位的日志文件。

Question 36

以记录为单位的日志文件，日志文件中需要登记的内容

Answer 36

1。各个事务的开始（BEGIN TRANSACTION）标记。
2。各个事务的结束（COMMIT或ROLLBACK）标记。
3。各个事务的所有更新操作。
这里每个事务的开始标记、每个事务的结束标记和每个更新操作均为日志文件中的一个日志记录。

Question 37

每个日志记录的内容主要包括

Answer 37

事务标识（标明是哪个事务）；
操作的类型（插入、删除或修改）；
操作对象（记录内部标识）；
更新前数据的旧值（对插入操作而言，此项为空值）；
更新后数据的新值（对删除操作而言，此项为空值）。

Question 38

以数据块为单位的日志文件，日志记录的内容

Answer 38

包括事务标识和被更新的数据块。

由于将更新前的整个块和更新后的整个块都放入日志文件中，操作的类型和操作对象等信息就不必放入日志记录中。

Question 39

日志文件的作用（为什么要设立日志文件/ 设立日志文件的目的）

Answer 39

日志文件在数据库恢复中起着非常重要的作用。可以用来进行事务故障恢复和系统故障恢复，并协助后备副本进行介质故障恢复。
1。事务故障恢复和系统故障恢复必须使用日志文件。
2。在动态转储方式中必须建立日志文件，后备副本和日志文件结合起来才能有效地恢复数据库。
3。在静态转储方式中，也可以建立日志文件。当数据库毁坏后可重新装入后援副本把数据库恢复到转储结束时刻的正确状态，然后利用日志文件，把已完成的事务进行重做处理，对故障发生发生时尚未完成的事务进行撤销处理。这样不必重新运行那些已完成的事务程序就可把数据库恢复到故障前某一时刻的正确状态。

Question 40

登记日志文件的原则

Answer 40

为保证数据库是可恢复的，登记日志文件时必须遵循两条原则：
1。登记的次序严格按并发事务执行的时间次序。
2。必须先写日志文件，后写数据库。
把对数据的修改写到数据库中和把表示这个修改的日志记录写到日志文件中是两个不同的操作。有可能在这两个操作之间发生故障，即这两个写操作只完成了一个。如果先写了数据库修改，而在运行记录中没有登记这个修改，则以后就无法恢复这个修改了。如果先写日志，但没有修改数据库，按日志文件恢复时只不过是多执行一次不必要的UNDO操作，并不会影响数据库的正确性。所以为了安全，一定要先写日志文件，即首先把日志记录写到日志文件中，然后写数据库的修改。

Question 41

恢复策略

Answer 41

当系统运行过程中发生故障，利用数据库后备副本和日志文件就可以将数据库恢复到故障前的某个一致性状态。不同故障其恢复策略和方法也不一样。

Question 42

事务故障的恢复

Answer 42

事务故障是指事务在运行至正常终止点前被终止，这时恢复子系统应利用日志文件撤销（UNDO）此事务对数据库的修改。事务故障的恢复是由系统自动完成的，对用户是透明的。系统恢复的步骤是：
1。反向扫描日志文件（即从最后向前扫描日志文件），查找该事务的更新操作。
2。对该事务的更新操作执行逆操作。即将日志记录中＂更新前的值＂写入数据库。如果记录中是插入操作，则相当于做删除操作（因此时＂更新前的值＂为空）；若记录中是删除操作，则相当于用修改前的值代替修改后的值。
3。继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做同样处理。
4。如此处理下去，直至读到此事务的开始标记，事务故障恢复就完成了。

Question 43

系统故障的恢复

Answer 43

系统故障造成数据库不一致的原因有两个，一是未完成事务对数据库的更新可能已写入数据库，二是已提交事务对数据库的更新可能还留在缓冲区没来得及写入数据库。因此恢复操作就是要撤销故障发生时未完成的事务，重做已完成的事务。
系统故障的恢复是由系统在重新启动时自动完成的，不需要用户干预。

Question 44

系统的恢复步骤

Answer 44

1。正向扫描日志文件（即从头扫描日志文件），找出在故障发生前已经提交的事务（这些事务既有BEGIN TRANSACTION记录，也有COMMIT记录），将其事务标识记入重做（REDO）队列。同时找出故障发生时尚未完成的事务（这些事务只有BEGIN TRANSACTION记录，无相应的COMMIT记录），将其事务标识记入撤销队列。
2。对撤销队列中的各个事务进行撤销（UNDO）处理。
进行UNDO处理的方法是，反向扫描日志文件，对每个UNDO事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录中＂更新前的值＂写入数据库。
3。对重做队列中的各个事务进行重做（REDO）处理。
进行REDO处理的方法是，正向扫描日志文件，对每个REDO事务重新执行日志文件登记的操作。即将日志记录中＂更新后的值＂写入数据库。

Question 45

找出REDO队列和UNDO队列的算法

Answer 45

1。建立两个事务队列：
1）UNDO-LIST：需要执行的undo操作的事务集合。
2）REDO-LIST：需要执行的redo操作的事务集合。
两个事务队列在初始时均为空。
2。从日志文件开始，正向扫描日志文件。
如有新开始的事务Ti，把Ti暂时放入UNDO-LIST队列。
如有提交的事务Tj，把Tj从UNDO-LIST队列移到REDO-LIST队列。
扫描直到日志文件结束。

Question 46

转储方式

Answer 46

海量转储和增量转储。

从恢复角度看，使用海量转储得到的后援副本进行恢复一般说来会更方便些。但如果数据库很大，事务处理又十分频繁，则增量转储方式更实用、更有效。

Question 47

重做已完成的事务的算法

Answer 47

1。正向扫描日志文件，找出故障发生前以提交事务的标识，将其记入重做队列。

2。再次正向扫描日志文件，对重做队列中的所有事务进行重做处理。即将日志记录中＂更新后的值＂写入数据库。

Question 48

介质故障的恢复

Answer 48

发生介质故障后，磁盘上的物理数据和日志文件被破坏，这是最严重的一种故障，恢复方法是重装数据库，然后重做已完成的事务。
1。装入最新的数据库后备副本（离故障发生时刻最近的转储副本），使数据库恢复到最近一次转储时的一致性状态。
对于动态转储的数据库副本，还需同时装入转储开始时刻的日志文件副本，利用恢复系统故障的方法（即REDO+UNDO），才能将数据库恢复到一致性状态。
2。装入相应的日志文件副本（转储结束时刻的日志文件副本），重做已完成的事务。即首先扫描日志文件，找出故障发生时已提交的事务的标识，将其计入重做队列。然后正向扫描日志文件，对重做队列中的所有事务进行重做处理。即将日志记录中＂更新后的值＂写入数据库。
3。DBA启动系统恢复命令，由DBMS实现恢复功能，即重做已完成的事务。
介质故障的恢复需要DBA介入。但DBA只需要重装最近转储的数据库副本和有关的各日志文件副本，然后执行系统提供的恢复命令即可，具体的恢复操作仍由DBMS完成。

Question 50

利用日志技术进行恢复的两个问题（具有检查点的恢复技术的优点）

Answer 50

利用日志技术进行数据库恢复时，恢复子系统必须搜索日志，确定哪些事务需要REDO，哪些事务需要UNDO。一般来说，需要检查所有日志记录。这样做具有两个问题。一是搜索整个日志将耗费大量的时间。二是很多需要REDO处理的事务实际上已经将它们的更新操作结果写到数据库中了，然而恢复子系统又重新执行了这些操作，浪费了大量时间。
为了解决这些问题，又发展了具有检查点的恢复技术。

Question 51

具有检查点的恢复技术

Answer 51

在日志文件中增加一类新的记录-检查点记录，增加一个重新开始文件，并让恢复子系统在登录日志文件期间动态地维护日志。

使用检查点方法可以改善恢复效率。当事务T在一个检查点之前提交，T对数据库所做的修改一定都已写入数据库，写入时间是在这个检查点建立之前或在这个检查点建立之时。这样，在进行恢复处理时，没有必要对事务T执行REDO操作。

Question 52

检查点记录的内容

Answer 52

1。建立检查点时刻所有正在执行的事务清单。
2。这些事务最近一个日志记录的地址。
重新开始文件用来记录各个检查点记录在日志文件中的地址。

Question 53

动态维护日志文件的方法

Answer 53

周期性的执行如下操作：建立检查点，保存数据库状态。

恢复子系统可以定期或不定期的建立检查点保存数据库状态。检查点可以按照预定的一个时间间隔建立，如每隔一小时建立一个检查点；也可以按照某种规则建立检查点，如日志文件已写满一半建立一个检查点。

Question 54

动态维护日志文件的步骤

Answer 54

1。将当前日志缓冲区中的所有日志记录写入磁盘的日志文件上。
2。在日志文件中写入一个检查点记录。
3。将当前数据缓冲区的所有数据记录写入磁盘的数据库中。
4。把检查点记录在日志文件中的地址写入一个重新开始文件。

Question 55

系统出现故障时，恢复子系统将根据事务的不同状态采取不同的恢复策略

Answer 55

T1：在检查点之前提交。
T1：在检查点之前开始执行，在检查点之后故障点之前提交。
T3：在检查点之前开始执行，在故障点时还未完成。
T4：在检查点之后开始执行，在故障点之前提交。
T5：在检查点之后开始执行，在故障点时还未完成。
T3和T5在故障发生时还未完成，所以予以撤销；T2和T4在检查点之后才提交，它们对数据库所做的修改在故障发生时可能还在缓冲区中，尚未写入数据库，所以要REDO；T1在检查点之前已经提交，所以不必执行REDO操作。

Question 56

数据库镜像的用途

Answer 56

1。用于数据库恢复。一旦出现介质故障，可由镜像磁盘继续提供使用，同时DBMS自动利用镜像磁盘数据进行数据库的恢复，不需要关闭系统和重装数据库副本。
2。提高数据库的可用性。在没有出现故障时，数据库镜像还可以用于并发操作，即当一个用户对数据加排它锁修改数据时，其他用户可以读镜像数据库上的数据，而不必等待该用户释放锁。

Question 57

系统使用检查点方法进行恢复的步骤

Answer 57

1。从重新开始文件中找到最后一个检查点记录在日志文件中的地址，由该地址在日志文件中找到最后一个检查点记录。
2。由该检查点记录得到检查点建立时刻所有正在执行的事务清单ACTIVE-LIST。
这里建立两个事务队列：
1。UNDO-LIST：需要执行的undo操作的事务集合。
2。REDO-LIST：需要执行的redo操作的事务集合。
把ACTIVE-LIST暂时放入UNDO-LIST队列，REDO队列暂为空。
3。从检查点开始正向扫描日志文件。
如有新开始的事务Ti，把Ti暂时放入UNDO-LIST队列。
如有提交的事务Tj，把Tj从UNDO-LIST队列移到REDO-LIST队列；直到日志文件结束。
4。对UNDO-LIST中的每个事务执行UNDO操作，对REDO-LIST中的每个事务执行REDO操作。

Question 58

数据库镜像

Answer 58

根据DBA的要求，自动把整个数据库或其中的关键数据复制到另一个磁盘上。每当主数据库更新时，DBMS自动把更新后的数据复制过去，即DBMS自动保证镜像数据与主数据库的一致性。
由于数据库镜像是通过复制数据实现的，频繁地复制数据自然会降低系统运行的效率，因此在实际应用中用户往往只选择对关键数据和日志文件镜像，而不是对整个数据库进行镜像。

Question 61

哪些故障会影响事务的正常执行？哪些故障会破坏数据库数据？

Answer 61

事务内部故障和系统故障会影响事务的正常执行；介质故障和计算机病毒会破坏数据库中的数据。

Question 62

数据转储分类

Answer 62

数据转储有两种方式，分别可以在两种状态下进行，因此数据转储方法可以分为四类：动态海量转储，动态增量转储，静态海量转储，静态增量转储。

Question 63

包含在日志文件中的主要内容是___。

A.程序运行过程 B.对数据的全部操作 C.对数据的全部更新操作 D.程序执行结果

Answer 63

C

Question 64

为保证事务持久性的实现，事务的更新操作必须在事务完成___写入磁盘。

Answer 64

之前

Question 65

要使数据库具有可恢复性，基本原则就是___。

Answer 65

冗余（或数据重复）

Question 66

事务处理的功能主要是处理数据库并发控制和通过___对进行的管理来实现当数据库系统发生故障时自动恢复数据库系统，保证数据库系统达到___状态。

Answer 66

日志文件，一致性

Question 67

数据库控制保护的主要内容是数据的安全性、完整性、___和___。

Answer 67

并发控制，恢复

Question 68

事务对数据库数据进行检索操作时，必须___获得对该数据集合的___锁。

Answer 68

至少，共享

Question 69

如果一个并发调度的结果与某一串行调度执行结果等价，称这个并发调度是___调度。

Answer 69

可串行化

Question 70

关系数据库的完整性规则包括域完整性规则、___规则和___规则。

Answer 70

域联系，关系完整性

Question 71

完整性规则是用DDL描述后存放在数据字典中的，由系统___违法规则的情况，而___用户处理。

Answer 71

自动处理，无须