DBPA · 11.2

日志、检查点与数据库镜像

用副本、日志、检查点和镜像缩短恢复路径

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学习目标

完成本节后，你应该能够

01区分静态、动态、海量和增量转储
02说明日志记录的内容和先写日志原则
03按故障使用副本和日志恢复
04解释检查点和重新开始文件
05给定转储、检查点、故障时刻和介质可信性，选择副本、日志、UNDO、REDO 或镜像
06根据检查点构造初始恢复队列并比较数据库镜像的收益与代价

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LEARNING OBJECTIVES

后备副本只能恢复到转储时刻

要恢复到故障前状态，还需要转储后的更新日志

Takeaway

转储副本　→　重装　→　日志中的已提交更新　→　故障前一致状态

Takeaway

不能。副本只提供恢复起点；动态转储或副本含未完成事务时，还要结合日志按状态执行 UNDO 和 REDO

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BACKUP COPY

用两个维度区分转储方式

先判断转储时是否允许并发，再判断复制全部数据库还是只复制变化部分

	海量转储	增量转储
静态转储	无并发写入，副本一致；复制全部数据库	无并发写入；只复制变化部分
动态转储	允许并发写入，需要日志校正全部副本	允许并发写入；需要基础副本、变化链和日志窗口

Takeaway

静态／动态描述运行状态，海量／增量描述复制范围；两个维度可以自由组合

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DUMP TYPES

日志记录事务对数据库的更新

日志让恢复系统知道应撤销哪些更新或重做哪些更新

日志信息	说明	恢复用途
事务标识	哪个事务的操作	分类事务状态
开始与结束	BEGIN、COMMIT 或 ROLLBACK	判断是否完成
操作对象	插入、删除或修改对象	定位更新
旧值与新值	更新前后数据	执行 UNDO 或 REDO

<T1, UPDATE, Account[A], old=100, new=90>

旧值→UNDO　｜　新值→REDO　｜　记录按并发执行次序登记

Takeaway

块级日志会保存受影响数据块的前后内容；插入或删除时旧值、新值可能有一侧为空，记录级日志更容易直接说明“哪个事务改了哪个对象”

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LOG RECORD

先写日志后写数据页是可恢复性的底线

WAL 要求日志稳定后，相关数据页才可写入稳定存储

更新请求→日志记录稳定保存→受影响数据页写入稳定存储

日志先写

日志已稳定保存而数据页尚未写入，恢复仍有依据；具体按事务状态执行 UNDO 或 REDO

数据先写

数据页已写而日志未稳定保存，故障后可能无法可靠解释该修改

Takeaway

不可以。WAL 先稳定保存恢复证据，再允许数据页落盘；提交确认还需要提交记录稳定保存

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WRITE AHEAD LOG

按故障类型和事务状态选择恢复动作

副本提供起点，日志按事务状态补齐或撤销更新

事务状态	队列	动作
事务故障：未完成事务	相关日志	反向应用旧值执行 UNDO
系统故障：未完成／已提交事务	UNDO-LIST／REDO-LIST	未完成 UNDO，已提交 REDO
介质故障：原介质不可信	可信副本与相关日志	重装副本后按动态转储窗口和事务状态执行 UNDO／REDO

Takeaway

动态转储的介质恢复需要区分未完成事务和已提交事务；转储期间的未完成事务可能仍需 UNDO

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FAILURE RECOVERY

检查点把恢复搜索起点移近故障位置

恢复不必每次从日志文件开头扫描

日志缓冲刷入稳定存储→写检查点记录→数据缓冲区刷入数据库→把检查点日志地址写入重新开始文件

Takeaway

检查点不是单纯的时间标签，而是一组已按顺序落盘的恢复证据和一个可定位的日志地址

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CHECKPOINT

检查点与重新开始文件定位恢复范围

检查点保存活动事务状态，重新开始文件保存日志地址

对象	保存什么	恢复时怎么用
检查点记录	活动事务及最近日志地址	建立初始事务队列
重新开始文件	检查点在日志中的地址	找到最后检查点
日志后续记录	新事务和提交标记	更新 UNDO／REDO 队列

重新开始文件→最后检查点→ACTIVE-LIST→UNDO-LIST／REDO-LIST

Takeaway

从检查点向后扫描：新事务先进入 UNDO；遇到 COMMIT 后移入 REDO，扫描结束后先执行 UNDO，再执行 REDO

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RESTART FILE

检查点与事务位置决定恢复动作

恢复动作要同时看事务提交时刻、最后检查点和故障位置

T1：检查点前提交

修改已在检查点建立前或建立时写入数据库，不必 REDO

T2、T4：检查点后提交

修改在故障时可能尚未落盘，需要 REDO

T3、T5：故障时未完成

事务未完成，必须撤销，需要 UNDO

Takeaway

不能。要从最后检查点正向扫描：新事务先进入 UNDO，遇到 COMMIT 后移入 REDO，最后先 UNDO 再 REDO

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CHECKPOINT STRATEGY

镜像把当前关键数据复制到另一介质

介质故障时可以缩短停机和重装时间，但不提供历史版本

镜像解决什么问题

它把另一份当前数据放在不同介质上；镜像仍然一致且可用时，主介质损坏后可以继续服务，减少重装副本的停机时间

镜像不保存历史版本

镜像保存另一份当前数据，不保存多个历史时点。错误更新通常也会被复制，因此仍需后备副本和日志保留恢复时点；并发控制仍负责并发隔离

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DATABASE MIRROR

镜像用复制写入成本换取可用性

通常只为关键数据和日志建立镜像

方面	镜像收益	镜像代价
介质故障	可由另一介质继续服务	需要额外存储
恢复速度	减少重装和停机	依赖镜像仍一致且可用
并发读取	镜像可读且一致性策略允许时可分担读压力	复制写入会增加开销，具体取决于同步方式
范围选择	保护关键数据和日志	全库镜像成本更高

Takeaway

不能。镜像解决当前数据的可用性和切换速度；历史恢复仍依赖后备副本与日志

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MIRROR TRADEOFF

本节回顾

可靠恢复是一条由副本、日志、检查点和镜像组成的证据链

副本

副本提供可信的恢复起点

日志

日志按 WAL 记录更新前后状态，支撑 UNDO／REDO 队列

检查点

检查点记录恢复位置，缩短日志搜索范围

镜像

镜像在介质故障时减少停机

Takeaway

恢复链是：副本提供起点 → 日志补齐更新 → 检查点缩短搜索 → 镜像缩短停机；镜像不等于历史备份

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RECAP

本节知识地图

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KNOWLEDGE MAP

本节问题

01给定动态转储和故障时刻，如何选择副本以及相应日志？
02给定事务状态和介质可信性，如何在 UNDO、REDO、副本重装和镜像切换之间选择？
03数据页先写而日志未稳定保存时，故障后会留下什么恢复缺口？
04根据最后检查点和 T1—T5 状态，如何构造 UNDO-LIST 与 REDO-LIST？
05为什么动态转储的介质恢复可能同时需要 UNDO 和 REDO？
06镜像、后备副本和并发控制分别承担什么职责？

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