事务的基本概念

事务

所谓事务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。

事务和程序是两个概念。 一般地讲， 一个程序中包含多个事务。
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， 则由数据库管理系统按默认规定自动划分事务。 在 SQL 中， 定义事务的语句一般有三条：

1
2
3
BEGIN TRANSACTION;
COMMIT;
ROLLBACK;

事务通常是以 BEGIN TRANSACTION 开始， 以 COMMIT 或 ROLLBACK 结束。COMMIT 表示提交， 即提交事务的所有操作。 具体地说就是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。 ROLLBACK 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。

事务的 ACID 特性

事务具有 4 个特性： 原子性（ Atomicity )、 一致性（ Consistency)、 隔离性 (Isolation)和持续性（ Durability)。 这 4 个特性简称为 ACID 特性（ ACID properties)。

(1) 原子性
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。
(2) 一致性
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。 因此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。 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， 这些未完成的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。 例如， 某公司在银行中有 A, B 两个账号， 现在公司想从账号 A 中取出一万元， 存入账号 B。那么就可以定义一个事务， 该事务包括两个操作， 第一个操作是从账号 A 中减去一万元，第二个操作是向账号 B 中加入一万元。 这两个操作要么全做， 要么全不做。 全做或者全不做， 数据库都处于一致性状态。 如果只做一个操作， 则逻辑上就会发生错误， 减少或增加一万元， 这时数据库就处于不一致性状态了。 可见一致性与原子性是密切相关的。
(3) 隔离性
一个事务的执行不能被其他事务干扰。 即一个事务的内部操作及使用的数据对其他并发事务是隔离的， 并发执行的各个事务之间不能互相干扰。
(4) 持续性
持续性也称永久性（ Permanence), 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。事务是恢复和并发控制的基本单位， 所以下面的讨论均以事务为对象

数据库恢复概述

因此数据库管理系统必须具有把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态（ 亦称为一致状态或完整状态） 的功能，这就是数据库的恢复。

故障的种类

事务内部的故障

事务内部的故障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。

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而被终止等。事务故障仅指这类非预期的故障。

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。这类恢复操作称为**事务撤销（ UNDO)**。

系统故障

系统故障是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。

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， 强行撤销所有未完成事务。

介质故障

系统故障常称为软故障（ softcrash), 介质故障称为硬故障（ hard crash )。 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得多，但破坏性最大。

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恢复的实现技术

恢复机制涉及的两个关键问题是： 如何建立冗余数据， 以及如何利用这些冗余数据实施数据库恢复。

数据转储

数据转储是数据库恢复中采用的基本技术。 所谓转储即数据库管理员定期地将整个数据库复制到磁带、 磁盘或其他存储介质上保存起来的过程。 这些备用的数据称为后备副本(backup) 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， 要想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。

静态转储是在系统中无运行事务时进行的转储操作。 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。 显然，静态转储得到的一定是一个数据一致性的副本。
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。
动态转储是指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有效。 例如， 在转储期间的某个时刻 rc, 系统把数据 A=IOO 转储到磁带上， 而在下一时刻 rd, 某一事务将 A改为 200。 转储结束后， 后备副本上的 A 已是过时的数据了。

登记日志文件

1 . 日志文件的格式和内容
曰志文件是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。 概括起来日志文件主要有两种格式: 以记录为单位的日志文件和以数据块为单位的日志文件。

\2. 日志文件的作用
曰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。

3.登记日志文件
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
• 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。

具有检查点的恢复技术

检査点记录的内容包括：
• 建立检査点时刻所有正在执行的事务清单。
• 这些事务最近一个日志记录的地址。

动态维护日志文件的方法是， 周期性地执行建立检查点、 保存数据库状态的操作。 具体步骤是：
(1) 将当前曰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) 把检査点记录在日志文件中的地址写入一个重新开始文件

数据库镜像

即根据数据库管理员的要求， 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， 数据库管理系统自动把更新后的数据复制过去， 由数据库管理系统自动保证镜像数据与主数据库的一致性（ 如图 10.5(a)所示)。 这样， 一旦出现介质故障，可由镜像磁盘继续提供使用， 同时数据库管理系统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（ 如图 10.5(b)所示)。 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他锁修改数据时， 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。

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