Bài giảng Khôi phục dữ liệu và an toàn dữ liệu

cho phép sao chép cơ
sở dữ liệu phòng khi CSDL bị sự cố.
– Sao chép toàn bộ hoặc chỉ sao chép những thay
đổi kể từ lần sao chép cuối.
– Giải quyết được trường hợp mất dữ liệu trên bộ
nhớ phụ.
10
Nhận xét
°Dữ liệu trên buffer được ghi (flush) bền bỉ xuống đĩa
mỗi khi:
– Một câu lệnh cụ thể được thực hiện (ví dụ commit).
– Hoặc ghi tự động mỗi khi buffer đầy.
°Việc ghi tường minh từ buffer xuống đĩa gọi là force-
writing.
°Trong khoảng thời gian từ khi thao tác ghi trên buffer 
xảy ra đến khi thao tác flush từ buffer xuống bộ nhớ
phụ, nếu sự cố xảy ra thì RM phải xác định trạng thái
của GT thực hiện thao tác ghi tại thời điểm xảy ra sự
cố.
– Nếu GT đã commit, RM phải redo những cập nhật của GT 
(rollforward) để đảm bảo tính bền bỉ.
– Nếu GT chưa commit, RM phải undo (rollback) những thay
đổi của GT trên CSDL nhằm đảm bảo tính nguyên tố.
611
Ví dụ
T4
T1
T2
Sự cố
Khi sự cố xảy ra, T2 , T3, T4 đã commit nên RM phải ghi nhận những thay đổi của
chúng lên CSDL khi ht khởi động lại.
T1 và T5 phải được undo
T3
T5
12
Việc truy xuất dữ liệu
°Dữ liệu được đọc từ đĩa hoặc ghi vào đĩa tính
theo đơn vị là khối (block).
– Physical block: khối dữ liệu được lưu trên đĩa.
– Buffer block: khối dữ liệu được lưu tạm thời trên
main memory.
Main memory
B
Disk
A
B
Input(A)
Output(B)
713
Việc truy xuất dữ liệu
°Read (X): gán X cho biến cục bộ xi
– Nếu khối DL có chứa X chưa có trong buffer, thực
hiện Input (X)
– Gán giá trị X (chứa trên buffer block) cho biến cục
bộ xi
°Write (X): gán xi cho X 
– Nếu khối DL có chứa X chưa có trong buffer, thực
hiện Input(X)
– Gán giá trị xi cho X (trên buffer block có chứa X)
°Việc Đọc/ Ghi trên dữ liệu được thực hiện
gián tiếp qua buffer.
14
Quản lý buffer
°Buffer:
– Dữ liệu mất khi có sự cố hệ thống.
– Không gian hạn chế.
°Chiến lược thay thế để định ra vùng trống trên
buffer dùng để nạp dữ liệu mới.
– FIFO.
– LRU.
815
Steal & No-force
° RM dùng hai giải pháp sau để ghi dữ liệu từ buffer xuống đĩa:
– Steal policy: buffer manager ghi từ buffer xuống đĩa trước khi GT 
commit. Ngược lại là no-steal, nghĩa là không ghi gì cả trước khi GT 
commit.
– Force policy: dữ liệu từ buffer do 1 GT cập nhật lập tức được ghi xuống
đĩa khi GT commit. Ngược lại là no-force.
° Với no-steal, không phải undo những thay đổi do giao tác bị hủy
thực hiện vì những thay đổi chưa được ghi xuống đĩa.
° Với force, không phải redo những thay đổi thực hiện bởi các GT 
đã commit.
° Steal policy tránh tình trạng còn quá nhiều dữ liệu trên buffer lẽ
ra nên ghi xuống đĩa.
° No force có lợi khi 2 GT cùng làm việc trên 1 block, GT sau
không phải nạp lại block từ đĩa lên buffer.
° Hầu hết các DBMS dùng chính sách steal, no-force.
16
°DBMS thường cung cấp các tiện ích sau để
hỗ trợ cho quá trình phục hồi dữ liệu:
– Cơ chế backup.
– Ghi nhật ký (log).
– Checkpoint.
– RM.
917
Log file
° Log file chứa các thông tin về mọi sự thay đổi trên
CSDL.
° Log file được dùng cho xử lý phục hồi dữ liệu. Log file 
chứa các thông tin:
– Transaction record:
1. ID của giao tác.
2. Kiểu mẩu tin nhật ký (GT bắt đầu, insert, update, delete, abort, 
commit)
3. ID của đơn vị dữ liệu bị cập nhật.
4. Giá trị cũ của đơn vị dữ liệu Ù Before Image
5. Giá trị mới của đơn vị dữ liệu Ù After Image
6. Con trỏ để quản lý các mẫu tin trong tập tin log.
− Checkpoint record.
− Vì lof file là rất quan trọng, thường có 2 hoặc 3 tập tin 
log được tạo ra.
18
Nhận xét
° Database gồm có 2 phần: 
– Database Vật lý và
– Buffer cho Database
° Log gồm có 2 phần: 
– Log Vậl lý và
– Buffer cho Log
° Khi có sự cố ⇒ mất thông tin trên buffer cho database 
⇒ phải có thể dựa vào log file để phục hồi dữ liệu.
° Khi có sự cố ⇒ mất thông tin trên buffer cho log, nghĩa
là thông tin về những thao tác cập nhật lên CSDL (chưa
được thực hiện thật sự lên CSDL Vật ly)ù sẽ bị mất và
cần phải thực hiện lại các thao tác này.
Recovery 
Manager
DB
Log
DB 
Buffer
Log 
Buffer
10
19
Checkpoint
°Hạn chế của pp khôi phục dùng log
– Quét toàn bộ log Ỉ thời gian tìm kiếm tăng.
– Không cần thực hiện lại những giao tác đã ghi chắc chắn
lên CSDL.
– Checkpoint dùng để cải thiện quá trình phục hồi.
°Các checkpoint định kỳ xảy ra:
– Ghi tất cả log record từ bộ nhớ chính xuống bộ nhớ phụ.
– Ghi xuống CSDL tất cả những gì thay đổi trên buffer 
CSDL.
– Ghi checkpoint record vào log file.
°RM quyết định thời gian định kỳ thực hiện
checkpoint, sau m phút hoặc sau t giao tác commit 
kể từ lần checkpoint trước.
20
Ví dụ dùng checkpoint
T4
T1
T2
Sự cố
T3
T5
T2 đã được ghi xuống bộ nhớ phụ nên không cần redo T2. 
Checkpoint
11
21
Các kỹ thuật phục hồi
°Kỹ thuật phục hồi dùng cách cập nhật trì
hoãn (Recovery techniques using deferred 
update)
°Kỹ thuật phục hồi dùng cách cập nhật tức thì
(Recovery techniques using immediate 
update)
22
Kỹ thuật phục hồi dùng cập nhật trì hoãn
°CSDL không được cập nhật cho đến khi GT đã
commit. (Dựa trên chính sách no-steal.)
°Nếu GT gặp sự cố trước khi commit thì không cần
thực hiện undo gì cả.
°Nhưng cần redo những cập nhật cho các GT 
commit.
°PP này sử dụng log như sau:
– GT bắt đầu, ghi nhận lại.
– Không thay đổi database buffer hoặc CSDL.
– Ghi log record vào đĩa, ghi dòng commit của GT.
– Dùng log record để cập nhật thật sự.
– Nếu 1 GT abort, bỏ qua các thao tác của GT đó và không
làm gì cả.
12
23
Kỹ thuật phục hồi dùng cách cập nhật
tức thì
°Cập nhật trên CSDL mỗi khi có GT thực hiện thay
đổi CSDL, không đợi đến khi GT kết thúc.
°Khi sự cố xảy ra:
– Vừa redo các thao tác cập nhật của GT commit.
– Vừa undo các thao tác cập nhật của GT chưa commit.
°Dùng log file như sau:
– GT bắt đầu, ghi nhận lại.
– Ghi nhận lại các thao tác ghi của GT vào log file.
– Ghi nhận lại thao tác ghi trên database buffer.
– Database buffer được ghi xuống đĩa khi đến lúc phải ghi.
– Ghi nhận commit, nếu GT commit.
24
Nghi thức WAL 
(Write Ahead Log)
°Dữ liệu từ DB Buffer có thể được ghi nhận lên DB 
Vật lý trước khi giao tác được thật sự commit hay 
rollback. Vậy nếu giao tác phải rollback thì cần
tiến hành việc undo dựa vào thông tin ghi trên log 
file (vật lý) => Cần phải cập nhật trên log file vật
lý trước khi cập nhật lên CSDL vật lý
°Phải viết vào log file vật lý trước khi viết vào
CSDL vật lý (Write Ahead Log Protocol).
13
25
Nghi thức UNDO
°Thực hiện cho những giao tác chưa kết thúc nhưng
xảy ra sự cố hay những giao tác bị rollback 
Tình trạng mới
của CSDL
Tình trạng cũ
của CSDL
DB log
UNDO
Before Image
26
Nghi thức REDO
°Thực hiện cho những giao tác đã commit nhưng
chưa được ghi nhận trên CSDL Vật lý
Tình trạng cũ
của CSDL
Tình trạng mới
của CSDL
DB log
REDO
After Image
14
27
Phục hồi bình thường
°Sau 1 cái dừng bình thường của hệ thống, 1 điểm
checkpoint được ghi vào log file như là mẫu tin 
cuối cùng của log file
°Khi hệ thống được khởi động lại, nếu mẫu tin cuối
cùng trong log file là checkpoint thì thủ tục phục
hồi bình thường được gọi (nói chung là không phải
thực hiện thao tác undo hay redo nào cả)
28
Phục hồi khi có sự cố
°Nếu mẫu tin cuối cùng của log file là checkpoint thì không
cần xét tiếp
°Ngược lại, xác định checkpoint cuối cùng trong log file. 
°Xác định 2 nhóm giao tác:
– Nhóm 1: Giao tác đã commit trước khi xảy ra sự cố hệ thống
– Nhóm 2: gồm 2 loại
o Giao tác chưa được commit trước khi xảy ra sự cố hệ thống
o Giao tác bị rollback trước khi xảy ra sự cố hệ thống
°Với các giao tác thuộc nhóm 1: Áp dụng nghi thức Redo
°Với các giao tác thuộc nhóm 2: Áp dụng nghi thức Undo
15
29
Một số quy ước
°Undo các thao tác có dấu ↑
–↑ Cần undo thật sự trên CSDL vật lý dựa
vào before image
–[↑] Không cần undo trên CSDL vật lý vì
thao tác này sau checkpoint cuối cùng, 
những thay đổi chỉ mới trên log file
°Redo các thao tác có dấu ×
30
Ví dụ
Sự cố hệ thống xảy ra
Thao tác cập nhật thứ 3 của giao tác Ti+1U3(i+1) 
Commit Ti+2 Commit Ti+2
Thao tác cập nhật thứ 2 của giao tác Ti+2 U2(i+2)
Thao tác cập nhật thứ 2 của giao tác Ti+3 U2(i+3) 
Thao tác cập nhật thứ 1 của giao tác Ti+3 U1(i+3) 
Bắt đầu giao tác Ti+3 BOTi+3 
Thao tác cập nhật thứ 2 của giao tác Ti+1 U2(i+1) 
Commit Ti Commit Ti 
Thao tác cập nhật thứ 2 của giao tác Ti U2(i) 
Thao tác cập nhật thứ 1 của giao tác Ti+2 U1(i+2) 
Bắt đầu giao tác Ti+2 BOTi+2 
Checkpoint
Thao tác cập nhật thứ 1 của giao tác Ti+1 U1(i+1) 
Bắt đầu giao tác Ti+1 BOTi+1 
Cập nhật lần 1 của Ti U1(i) 
Bắt đầu giao tác TiBOTi
↑
×
×
[↑]
[↑]
[↑]
[↑]
×
16
31
Shadow paging
°Một phương pháp phục hồi khác (pp log) là
dùng trang bóng.
°Suốt một quá trình sống của 1 giao tác, có 2 
bảng được duy trì:
– Bảng trang hiện hành (current page table): sẽ bị
thay đổi khi T thực hiện ghi.
– Bảng trang bóng (shadow page table): bảng sao
của table trước khi T thực hiện.
– Khi giao tác khởi động, 2 page table này giống
nhau.
32
Shadow paging
Shadow page table Current page table
page on disk
17
33
Hết chương 3.