Phục hồi và Ghi nhật ký

Các cơ chế phục hồi và ghi nhật ký đảm bảo tính nguyên tố và độ bền của các giao dịch bằng cách ghi lại các thay đổi vào nhật ký để, sau sự cố, công việc đã cam kết có thể được thực hiện lại và công việc chưa cam kết có thể được hoàn tác.

Definition

Phục hồi cơ sở dữ liệu là quá trình khôi phục cơ sở dữ liệu về trạng thái nhất quán sau một lỗi, đảm bảo các hiệu ứng của các giao dịch đã cam kết là bền vững và các giao dịch bị hủy bỏ hoặc đang thực hiện không để lại dấu vết; ghi nhật ký là kỹ thuật ghi lại các hành động giao dịch vào một nhật ký bền vững để thực hiện điều này.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách cơ sở dữ liệu tồn tại sau các lỗi: giao thức ghi nhật ký trước khi ghi (WAL), thông tin hoàn tác và làm lại, các điểm kiểm tra để giới hạn công việc phục hồi, và thuật toán phục hồi tiêu chuẩn (đặc biệt là ARIES) với các bước phân tích, làm lại và hoàn tác. Nó đề cập đến các chính sách quản lý bộ đệm (steal/no-steal, force/no-force) quyết định loại ghi nhật ký nào là cần thiết. Nó không bao gồm các giao thức kiểm soát đồng thời chạy trong quá trình hoạt động bình thường và cam kết phân tán, vốn là các chủ đề liền kề.

Core questions

• Tại sao bản ghi nhật ký phải đến bộ nhớ bền vững trước dữ liệu mà nó mô tả (ghi nhật ký trước khi ghi)?
• Làm thế nào hoàn tác và làm lại khôi phục trạng thái nhất quán sau sự cố?
• Các chính sách quản lý bộ đệm (steal/force) xác định các yêu cầu ghi nhật ký như thế nào?
• Các điểm kiểm tra đóng vai trò gì trong việc giới hạn thời gian phục hồi?
• Thuật toán ARIES cấu trúc việc phục hồi thành phân tích, làm lại và hoàn tác như thế nào?

Key concepts

• ghi nhật ký trước khi ghi (WAL)
• ghi nhật ký hoàn tác và làm lại
• số thứ tự nhật ký
• điểm kiểm tra
• chính sách steal/no-steal và force/no-force
• bản ghi nhật ký bù trừ
• các bước phân tích, làm lại, hoàn tác
• ARIES

Key theories

Ghi nhật ký trước khi ghi

Giao thức WAL yêu cầu các bản ghi nhật ký mô tả một thay đổi phải được ghi vào bộ nhớ ổn định trước trang dữ liệu tương ứng, đảm bảo rằng sau sự cố, hệ thống có đủ thông tin để hoàn tác các thay đổi chưa cam kết và làm lại các thay đổi đã cam kết.

Phục hồi hoàn tác/làm lại và các chính sách bộ đệm

Việc hệ thống cần hoàn tác, làm lại hay cả hai phụ thuộc vào các chính sách bộ đệm: chính sách steal (ghi các trang chưa cam kết vào đĩa) yêu cầu hoàn tác, và chính sách no-force (không ghi các trang đã cam kết tại thời điểm cam kết) yêu cầu làm lại; sự kết hợp steal/no-force phổ biến yêu cầu cả hai.

ARIES

ARIES là phương pháp phục hồi được áp dụng rộng rãi sử dụng ghi nhật ký trước khi ghi, số thứ tự nhật ký và thuật toán ba bước (phân tích, làm lại, hoàn tác) với các bản ghi nhật ký bù trừ để hỗ trợ khóa chi tiết và hoàn tác một phần.

Clinical relevance

Phục hồi và ghi nhật ký là những gì làm cho tính bền vững trở nên thực tế: chúng đảm bảo rằng một khi hệ thống xác nhận một giao dịch như thanh toán hoặc đặt hàng, sự kiện đó vẫn tồn tại sau khi mất điện và sự cố, và một sự cố giữa giao dịch không bao giờ để cơ sở dữ liệu ở trạng thái cập nhật một nửa, không nhất quán.

History

Khảo sát năm 1983 của Härder và Reuter đã đưa ra các nguyên tắc phục hồi theo định hướng giao dịch và phân loại chính sách bộ đệm. ARIES, được phát triển bởi C. Mohan và các đồng nghiệp tại IBM và xuất bản năm 1992, đã trở thành thuật toán phục hồi tiêu chuẩn thực tế, kết hợp ghi nhật ký trước khi ghi với số thứ tự nhật ký và các bản ghi bù trừ để hỗ trợ khóa chi tiết.

Key figures

• C. Mohan
• Jim Gray
• Theo Härder
• Andreas Reuter

Seminal works

• mohan1992
• haerder1983
• gray1992

Frequently asked questions

Tại sao ghi nhật ký trước khi ghi là cần thiết?

Bởi vì cơ sở dữ liệu có thể ghi một trang đã sửa đổi vào đĩa trước khi giao dịch cam kết, hoặc giữ một trang đã cam kết trong bộ nhớ tại thời điểm sự cố. Việc ghi bản ghi nhật ký trước trang dữ liệu đảm bảo rằng, bất kể trình quản lý bộ đệm đã làm gì, quá trình phục hồi có đủ thông tin để hoàn tác các thay đổi chưa cam kết và làm lại các thay đổi đã cam kết để đạt được trạng thái nhất quán.

Các điểm kiểm tra đạt được điều gì?

Một điểm kiểm tra định kỳ ghi lại các giao dịch đang hoạt động và ghi các thông tin quản lý vào nhật ký, cung cấp cho quá trình phục hồi một điểm khởi đầu gần đây, đã biết là tốt. Nếu không có các điểm kiểm tra, quá trình phục hồi có thể phải quét toàn bộ nhật ký từ đầu; các điểm kiểm tra giới hạn mức độ phục hồi phải xử lý, giữ cho thời gian khởi động lại có thể quản lý được.