事务基本概念

• 事务是一系列的数据库操作，是数据库应用程序的基本逻辑单位，即应用程序对数据库的操作都应该以事务的方式进行
• 事务是一个操作序列，这些操作“要么全都做，要么全都不做”，是数据库环境中不可分割的逻辑单位
• 事务四个特性：
  1）原子性：事务的所有操作在数据库中要么全做要么全都不做
  2）一致性：一个事务独立执行的结果，将保持数据的一致性，即数据不会因为事务的执行而遭受破坏
  3）隔离性：一个事务的执行不能被其他事务干扰。并发事务在执行过程中可能会对同一数据进行操作，这些事务的操作应该不会互相干扰，是相互隔离的
  4）持久性：一个事务一旦提交，它对数据库的改变必须是永久的，即使系统出现故障时也是如此

• 事务的五种状态：
  1）活动状态：事务的初始状态，事务执行时处于这个状态
  2）部分提交状态：部分提交状态:当操作序列的最后一条语句自动执行后，事务处于部分提交状态这时，事务虽然已经完全执行，但由于实际输出可能还临时驻留在内存中，在事务成功完成前仍有可能出现硬件故障，事务仍有可能不得不中止。因此，部分提交状态并不等于事务成功执行。
  3）失败状态:由于硬件或逻辑等错误，使得事务不能继续正常执行，事务就进入了失败状态。处于失败状态的事务必须进行回滚(ROLLBACK)。这样，事务就进入了中止状态。
  4）中止状态：事务回滚并且数据库恢复到事务开始执行前的状态。
  5）提交状态：当事务成功完成后，称事务处于提交状态。只有事务处于提交状态后，才能说事务已经提交。

  
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• 事务进入中止状态后，系统一般有如下两种选择：
  1）重启事务：当事务中止的原因是软、硬件错误而不是事务内部逻辑错误时，一般采用重启事务的方法。重启事务可以被看成一个新事物
  2）杀死事务：这样做通常是因为事务中止的原因是事务内部的逻辑错误，或者是输入错误，也可能是所需数据在数据库中没找到等原因

数据库的并发控制

• 并发操作带来的数据不一致性有三类：丢失修改、不可重复读、读脏数据
• 排它锁：也称为写锁，对数据进行写操作时进行锁定，只允许对数据加锁的事务进行读取与修改，其他事务不可读也不可改。
• 共享锁：也成为读锁，用于对数据进行读操作时锁定，对数据进行加锁操作的事务只允许读取不允许修改，其他事务可以对该数据进行加共享锁操作，不能进行加排他锁
• 封锁协议：
  1）一级锁协议：事务T在修改数据A之前必须对A加X（排他）锁，直至事务结束才能释放X锁。
  2）二级锁协议：是一级锁协议记上事务T在读取数据A之前必须对其加上S锁，读完之后即可释放S锁。但释放后有其他事务对A进行修改，事务T再次读取A时，就会出现不可重复读的错误。
  3）三级所协议：是一级锁协议上加上事务T读取A之前必须对A加上S锁，直到事务结束才释放S锁，解决不可重复读的问题。

一级可以防止：丢失修改
二级可以防止：丢失修改和脏读
三级可以防止：丢失修改、脏读、不可重复读

• 两段锁：是指对任何数据进行读写之前都必须对数据进行加锁，在释放一个封锁前，事务不在申请和获得任何其他封锁。两段锁的含义是指食物分为两个阶段，第一级阶段是获取锁，第二个阶段是释放锁。
• 两段锁协议与可串行化：如果事务遵循两段锁协议，那么他们的并发调度是可串行化的。

数据库的备份恢复

数据库备份

• 数据备份：数据转储时将数据库自制到另一个磁盘或者磁带上保存的过程
  1）静态转存：转储期间不允许对数据库进行任何存取、修改操作
  2）动态转存：转储期间允许对数据库进行存取、修改操作，因此转储和用户事务可并发执行
  3）海量转存：指每次转储全部数据
  4）增量转存：每次只转储上次转储后更新过的数据
  5）日志文件：在事务处理的过程中，DBMS把事务开始、事务结束以及对数据库的插入、删除和修改的每一次操作写入日志文件，每条记录主要内容包括执行操作的事务标识、操作类型、更新前的数据旧值、更新后的数据值、更新日期和时间。一旦发生故障，数据库的恢复子系统可以利用日志文件撤销食物对数据库的改变，回退到事务的初识状态。
  6）数据库镜像：为了避免磁盘介质出现故障影响数据库的可用性，许多DBMS提供数据库镜像功能用于数据库恢复。

数据库恢复

• 数据恢复的基本原理是冗余
• 故障恢复的两个操作
  1）撤销事务（UNDO）：将未完成的事务撤销，使数据库恢复到事务执行前的正确状态

撤销事务的过程：
1）由后往前扫描找到未完成的事务日志，查找事务的更新操作
2）对该事务的更新操作执行逆操作，用日志文件记录中更新前的值写入数据库，插入的记录从数据库中删除，删除的记录重新插入数据库，
3）继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并执行逆操作直至事务开始标识
2）重做事务（REDO）：将已提交的事务重新执行
重做事务的过程：
从事务的开始标识起，正向扫描日志文件，重新执行日志文件登记的该事务的所有对数据库的操作，直至事务结束标记

对于不同的故障，采用不同的恢复策略：

• 事务故障的恢复：
  1）事务故障定义（事务异常终止）：由于程序执行错误而引起食物非预期、异常终止的事务。常见为逻辑错误，如非法输入、找不到数据、溢出等；系统错误，系统进入不良状态如死锁导致事务无法执行。事务故障主要靠数据库自己进行故障恢复，要在不影响其他事务运行情况下，强行回滚该事务，这类恢复操作成为事务撤销（UNDO）。
  2）事务故障恢复：事务故障是事务执行到至终点前异常结束，日志文件中只有开始标识，因此需要执行撤销事务操作进行恢复。事务故障的恢复是由系统自动完成的，对用户透明。
  步骤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
  步骤2：对事务的更新操作执行逆操作
  步骤3：继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并做同样的处理，直到食物的开始标志

• 系统故障（内存中数据丢失）的恢复：
  1）系统故障的定义：指硬件、软件的漏洞影响，导致丢失内存中的信息，影响正在执行的事务，但并未破坏外存上的信息，这种成为故障-停止假设（fail-stop assumption）。系统故障终止了事务的执行过程，破坏了事务的原子性，由于缓冲中的部分数据可能已经写入数据库，系统重启后数据库可能处于不一致状态
  2）系统故障恢复：系统故障的原因有两个，一是未完成的事务对数据库的更新可能已经写入数据库，而是已提交的事务对数据库的更新可能还在缓冲区中未写入数据库，因此需要对未完成的事务执行撤销事务操作，重做已提交事务

• 介质故障的恢复：
  1）介质故障定义：指数据库的存储介质发生故障，如磁盘损坏、瞬间强磁场干扰等，这种故障直接破坏了数据库，会影响所有正在读取这部分数据的事务。
  2）介质故障恢复：介质故障时数据库遭到破坏，需要重装数据库，装载故障前最近一次的备份和故障前的日志文件副本，在按照系统故障的恢复过程执行撤销和重做来恢复。

数据库的安全性与完整性