基于單機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)故障恢復(fù)

一、故障與恢復(fù)

本文中介紹的故障恢復(fù)主要是只單機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的故障恢復(fù)，就是只有一臺(tái)電腦，與之相對(duì)的是分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，暫且不談。

所謂故障，就是指電腦中途突然掛掉，死機(jī)，斷電等等。

所謂恢復(fù)，主要是恢復(fù)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，而不是硬盤上的，因?yàn)橛脖P上的數(shù)據(jù)是持久化的，而內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是易失的?；謴?fù)主要通過(guò)日志來(lái)進(jìn)行恢復(fù)。

二、日志

日志主要分為兩種類型。undo日志和redo日志。日志記錄的最小單位是事務(wù)，因?yàn)槭聞?wù)是原子性的，一個(gè)事務(wù)中可能會(huì)包含多個(gè)操作，一個(gè)事務(wù)中的操作要么全部執(zhí)行成功，要不全部執(zhí)行失敗。對(duì)于每個(gè)事務(wù)，都會(huì)記錄日志。undo日志記錄的是事務(wù)更改前的狀態(tài)，而redo日志記錄的是事務(wù)更改后的狀態(tài)。

舉個(gè)例子：X最初的值是5，你要在一個(gè)事務(wù)里將X的值更改為10。那么undo日志會(huì)記錄事務(wù)修改前的狀態(tài)《X，5》，而redo日志會(huì)記錄事務(wù)更改之后的狀態(tài)，《X，10》。

操作系統(tǒng)會(huì)在內(nèi)存中執(zhí)行事務(wù)，并且將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)定期刷到磁盤中，從而實(shí)現(xiàn)將隨機(jī)寫轉(zhuǎn)化為順序?qū)憽?/p>

三、redo日志

重點(diǎn)講一下redo日志。它記錄的是事務(wù)修改后的狀態(tài)。redo日志記錄的順序是這樣的：

將redo日志以追加的方式寫到磁盤的日志文件中

將redo日志記錄的操作在內(nèi)存中進(jìn)行真正的執(zhí)行

返回操作成功或者失敗。

需要注意的點(diǎn)，是對(duì)于redo日志來(lái)說(shuō)，是要先將日志寫到磁盤中，才能去內(nèi)存中執(zhí)行修改。這個(gè)順序不能顛倒。當(dāng)電腦故障的時(shí)候，內(nèi)存中的東西，比如X的值會(huì)丟失，但是X得值在日志中是有記錄的，日志又是被寫到磁盤上的，斷電不會(huì)丟失，所以可以通過(guò)讀取redo日志成功找回X的值，將其在內(nèi)存中進(jìn)行恢復(fù)。

四、redo操作的優(yōu)化

我們來(lái)看一下redo操作，對(duì)于每一個(gè)事務(wù)，當(dāng)事務(wù)在內(nèi)存中被真正執(zhí)行之前，都要先往磁盤里寫redo日志，但是，寫磁盤這個(gè)行為代價(jià)是很高的，并且如果同時(shí)有大量的事務(wù)要執(zhí)行，每次都要寫磁盤，那么會(huì)帶來(lái)較差的性能。

這里就要分情況了，對(duì)于一致性要求高的應(yīng)用，應(yīng)該保證每一個(gè)事務(wù)開(kāi)始前，redo日志立刻刷入磁盤。但是對(duì)于一致性要求不高的應(yīng)用，則可以先將redo日志在內(nèi)存的緩沖區(qū)中先進(jìn)行緩存，等到一定的時(shí)間（如10ms）或者一定的大?。?12KB）之后再定期刷入磁盤，這種優(yōu)化方式被稱為成組提交，這樣就會(huì)提高系統(tǒng)吞吐量。但是這樣做的缺點(diǎn)，是如果發(fā)生故障，被緩存在內(nèi)存中的一些redo日志也會(huì)丟失，所以可能會(huì)丟失部分操作。另外，會(huì)犧牲寫事務(wù)的時(shí)延，因?yàn)樘峤坏膶懯聞?wù)并不是立刻執(zhí)行，要先等足夠的redo日志被刷到磁盤才會(huì)開(kāi)始執(zhí)行。

五、checkpoint 檢查點(diǎn)

除了內(nèi)存中緩存的redo日志要被定期刷入磁盤外，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)也要被定期刷入磁盤，每當(dāng)內(nèi)存中的一組數(shù)據(jù)被刷入磁盤后，需要記錄日志的回放點(diǎn)，以后的故障恢復(fù)只需要redo回放點(diǎn)后邊的日志即可，回放點(diǎn)之前的日志不需要被redo了，因?yàn)橄嚓P(guān)數(shù)據(jù)已經(jīng)被刷入磁盤，不會(huì)丟失。當(dāng)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)被刷入磁盤后，會(huì)在磁盤上形成一個(gè)checkpoint文件，文件中有記錄的日志回放點(diǎn)。