《事务及恢复技术》课件

事务及恢复技术事务处理是数据库系统的核心功能之一本课程将深入探讨事务的定义、特性以及关键技术，包括并发控制、日志记录和故障恢复等通过对这些关键技术的学习,您将全面掌握数据库系统的事务管理能力课程概述事务处理基础并发控制机制12介绍事务的定义及其四大特性,探讨并发事务带来的问题,讨论了解事务在数据库管理系统中锁机制及其在解决并发问题中的重要性的作用事务恢复技术数据库隔离级别34学习日志管理、检查点设置等分析不同隔离级别对并发控制恢复机制,确保数据库在故障后和数据一致性的影响,选择适当能够恢复到一致状态的隔离级别事务的定义事务的含义事务的作用事务是指一系列数据库操作,它们被视为一个单独的逻辑工作单事务确保数据库的完整性和一致性,防止部分操作执行而其他操作元事务必须满足ACID特性:原子性、一致性、隔离性和持久性失败时出现的不可预期的结果事务的特性原子性一致性Atomicity Consistency事务中的所有操作要么全部完成，要么全部事务执行前后，数据库的完整性约束没有被不完成不可能只执行其中的一部分操作破坏数据库状态从一致转换到另一个一致状态隔离性持久性Isolation Durability并发执行的事务之间不会相互影响，各事务一旦事务提交，它对数据库的修改就是永久作为独立的个体执行性的，即使系统崩溃也不会丢失并发控制的需求同时执行数据一致性多个事务可以并发执行,提高系统吞吐并发执行不能破坏数据的完整性和一量和资源利用率致性,必须保证一致性隔离性资源管理事务之间相互独立,相互不受影响,必须并发执行需要合理分配系统资源,避免提供足够的隔离资源争用和死锁问题锁机制加锁当事务需要访问某个数据时,会先申请并获得对该数据的独占或共享锁共享锁多个事务可以同时获得对同一数据的共享锁,用于读取操作独占锁事务获得对某数据的独占锁,可以进行读写操作,但其他事务无法访问该数据死锁问题死锁的定义检测死锁解决死锁死锁是指两个或多个事务在互相等待对方释数据库系统需要通过各种算法来检测并发执当检测到死锁时,通常的解决方法是牺牲某放资源而造成的一种僵局这种情况会导致行的事务之间是否存在死锁,以便及时采取些事务,让其回滚并释放资源,从而打破死锁所有相关事务无法继续执行措施解决循环死锁的预防和解决预防死锁1通过资源分配策略和事务调度算法来预防死锁的发生检测死锁2运行死锁检测算法,及时发现系统中存在的死锁解决死锁3通过事务回滚、资源抢占等方式来打破死锁并确保系统正常运行预防死锁是最理想的方案,通过合理的资源分配和事务调度可以避免死锁的发生但即便如此,系统也需要能够检测和解决死锁问题检测死锁可以通过图算法等方式实现,而解决死锁则需要采取事务回滚、资源抢占等措施总之,预防、检测和解决是协同工作,共同确保系统能够稳定、安全地运行回滚机制撤销操作错误恢复回滚机制允许撤销已完成的事务当事务执行过程中出现错误时，操作，确保数据库保持一致性回滚机制可以快速恢复数据库至事务开始前的状态事务日志回滚机制依赖于事务日志来记录操作历史，以便在需要时撤销更改恢复技术备份恢复定期备份数据是恢复技术的基础,可以当发生故障时,可以利用备份数据快速保护数据免受意外损坏或丢失恢复系统到正常状态事务日志检查点事务日志记录了所有数据更改,可用于定期记录系统状态的检查点,可以加快回滚和恢复数据故障恢复过程检查点定期保存状态快速恢复能力持久性保证恢复过程优化检查点是数据库系统定期保存通过检查点机制,数据库系统检查点确保了事务的持久性,通过定期检查点,恢复过程可当前事务状态的过程它可以可以快速定位到最近的一个稳即使在系统崩溃后也能够恢复以专注于最近的变更,而不需减少系统崩溃后的恢复时间,定状态,从而缩短恢复时间,减到之前的稳定状态这是数据要重做所有的历史操作,大大提高系统的容错能力少数据丢失库事务的核心特性之一提高了恢复效率日志管理事务日志记录检查点机制日志协议ARIES事务日志记录了所有数据库事务的操作情定期执行检查点操作,将内存中的数据刷新ARIES是一种高效的日志管理协议,能够支持况,是事务恢复的关键依据到磁盘,提高恢复效率增量式检查点和快速的故障恢复日志协议ARIES日志设计目标重做日志12ARIES设计用于高性能、高并ARIES使用重做日志来记录所发的数据库事务管理系统,目标有事务的修改操作,以便在发生是提供快速事务提交和恢复功故障时可以精确地重做这些操能作无需撤销日志链式恢复34ARIES协议无需单独保存撤销ARIES采用链式恢复机制,可以日志,而是可以直接从重做日志在发现页面故障时快速定位故中反向重做操作来完成撤销障页面并只恢复相关页面故障恢复数据库崩溃事务日志检查点机制数据库系统可能由于硬件故障、软件错误或通过维护事务日志记录,可以追踪所有的事定期创建检查点可以缩短恢复时间,避免重人为操作错误而发生崩溃对此需要提供可务操作,在发生故障时回滚到最近的一致状复执行所有事务操作检查点记录了数据库靠的故障恢复机制态的一致状态媒体恢复完整性检查分区恢复差异备份恢复并行恢复在灾难事故后,需要对备份数对于大型数据库,可以采用分如果数据库有差异备份,在恢对于支持并行恢复的数据库系据的完整性进行详细检查,确区恢复的方式,先恢复关键部复时可以先恢复全量备份,再统,可以利用多线程同时恢复保数据未遭到损坏或篡改这分,再逐步恢复其他分区这应用增量备份,这样可以大幅多个分区或表,进一步提高恢一步至关重要,因为只有确保样可以缩短整体的恢复时间,缩短恢复时间复效率数据完整,后续的恢复工作才提高效率能顺利进行容错技术故障监测冗余设计及时发现系统故障并及时报警是实现容错的基础通过硬件和软件关键部件采用冗余设计,比如双电源供应、多路通信链路等,以提高容手段持续监测系统状态错能力自动切换热备份当检测到故障时,能够自动切换到备用系统,保证关键功能的连续性保持备用系统与主系统同步运行,提高故障切换的速度和可靠性隔离级别读已提交读已提交读取未提交的数据，可能会出现脏读读取已提交的数据，可避免脏读，但问题可能出现不可重复读问题可重复读串行化读取数据时保证数据在事务内是稳定事务串行执行，可避免所有并发问的，可避免不可重复读问题题，但性能较差读问题读取偏差不可重复读由于并发访问造成的脏读问题,同一个事务中,多次读取同一数即读取到了尚未提交的数据据得到不同结果,由于并发操作引起幻读问题同一个事务中,第二次读取到了第一次读取时不存在的数据行写问题数据库锁定问题避免脏写当多个事务同时尝试修改同一个通过锁定机制,可以确保只有一个数据对象时,会出现写问题这可事务能够修改数据,避免其他事务能导致数据损坏或不一致读取未提交的数据保证数据一致性写问题的解决方案是隔离机制,能确保事务之间相互独立,不会受到彼此的影响幻读问题什么是幻读如何解决幻读幻读是一种由于并发事务的读操作和写操作交错执行而引起的读解决幻读的主要措施是采用更高级别的隔离级别，比如可串行化数据不一致的问题当一个事务读取某行数据时，发现该行数据隔离级别此外，可以使用行级锁或表级锁来控制并发访问同已经被其他事务修改并提交，造成读取到了不同版本的数据时还可以利用MVCC机制来解决幻读问题序列化可串行性数据库调度数据库管理系统需要安排各事务的执行顺序,确保事务之间不会冲突数据一致性调度算法必须确保事务执行结果与某个可串行化的执行顺序一致可串行性可串行的执行序列能保证数据库处于一致状态,是事务管理的基础调度器设计确定调度策略动态调度根据事务的优先级、资源需求等特点,制定合理的调度策略以最大化系统调度器需要能够根据实时的系统状态动态调整事务的执行顺序,提高资源吞吐量利用率123维护事务状态调度器需要跟踪事务的状态,如正在运行、等待资源、已完成等,以支持决策两阶段锁定协议锁定阶段1从事务开始到结束，持续锁定数据资源解锁阶段2事务结束后，立即释放所有数据资源的锁定优点3可防止死锁的发生，保证数据一致性两阶段锁定协议是一种常用的并发控制机制该协议将事务的锁定分为两个阶段在事务进行过程中持续锁定所需资源，直到事务结束时立即释放全部锁定这种方式可以有效地避免死锁的发生，确保数据操作的一致性和正确性可串行性等价定义条件12可串行性等价是指不同的调度序列如果产生了相同的结果，要实现可串行性等价,需要满足隔离性和原子性等事务特性那么它们就是可串行性等价的应用意义34可串行性等价的概念可用于设计调度算法以及证明数据库系可串行性等价保证了并发事务的执行效果与串行执行一致,从统的正确性而提高了数据一致性可串行性证明理解可串行性可串行性理论证明过程可串行性是事务处理系统中的一个核心概可串行性理论建立在数学和逻辑推理的基础通过构建可串行调度图和分析事务之间的依念,它确保了并发事务的执行结果与串行执之上,提供了一个形式化的框架来验证并发赖关系,可以得出并发事务的执行结果与串行的结果一致这是保证数据完整性和正确事务的正确性行执行结果等价的数学证明性的关键数据库恢复算法检查点日志管理定期记录数据库的一致状态,在故记录所有的事务操作,在故障时根障时快速恢复到最近一次检查据日志回滚或重做事务点协议故障恢复ARIES一种高效的日志管理协议,通过增根据检查点和日志信息,恢复数据量式回滚和前滚大大提高了恢复库到故障前的一致状态速度事务管理系统架构事务管理并发控制事务管理系统负责管理数据库中的事并发控制模块确保多个事务并发执行务,确保事务的一致性和隔离性时数据的一致性和隔离性故障恢复系统架构恢复管理模块负责在系统发生故障时事务管理系统通常作为数据库管理系恢复数据,确保事务的持久性统的核心组件,与其他模块密切配合总结及展望数据库发展趋势事务管理创新容错技术进步数据库技术正朝着高性能、分布式、云端和事务技术将继续发展,提高并发控制效率、数据库容错技术将更加完善,支持更快的故大数据方向发展,满足日益增长的数据处理降低锁冲突、增强可用性和可扩展性障检测和自动恢复,提高系统可靠性需求。