[译]数据库是如何工作（六）数据管理器

这步中，查询管理器正在执行查询并需要从表和索引中获取数据。它这会要求数据管理器给它数据，但这有两个问题：

  • 关系数据库使用一个事务模型。所以你有可能会有时拿不到数据因为正好那时有人在使用/修改数据。
  • 数据库检索是数据库最慢的操作 。所以数据库需要很聪明地在内存缓冲区中存取数据。

在这部分，我们会看到关系数据库是如何解决这两个问题。我不会谈及数据管理器获取数据的方式，因为这不太重要(这篇文章已经够长了)

缓存管理器

就像我之前说的，数据库的主要瓶颈是磁盘 I/O。为了提高性能，现代数据库使用缓存管理器。

查询管理器不会直接从系统中拿数据，而是去缓存管理器请求数据。缓存管理器有个叫缓冲池(buffer pool)的内存缓存。从内存中获取数据会大大加快数据库的速度 。但这很难给出一个具体的数量级，因为这取决于你需要的是哪种操作：

  • 顺序访问（如：全局扫描） vs 随机访问(如：通过行ID直接访问)
  • 读 vs 写

数据库用的是什么磁盘

  • 7.2k/10k/15k 转的 HDD
  • 固态硬盘
  • RAID 1/5/...

但我还是要说内存比磁盘快100到100k倍。 这又导致另一个问题的出现（数据库总是这样。。。），缓存管理器需要在查询执行器使用数之前，从内存中获取数据；所以查询管理器需要等待数据从慢磁盘中获取

预读取数据

这个问题叫预读取。查询管理器知道将会需要数据了，因为它知道查询的完整流程和磁盘上的数据的统计信息。构思如下:

  • 当查询执行器正在处理第一块(bunch)的数据
  • 它会要求缓存管理器要预加载第二块(bunch)的数据
  • 当开始处理第二块的数据时
  • 它会要求缓存管理器要预加载第三块(bunch)的数据，并告诉缓存管理器可以第三块的数据可以从缓存中清理掉了
  • ...

缓存管理器会在缓冲区中存储所有数据。为了知道数据是否仍然需要，缓存管理器会为数据添加了一个缓存日期(叫闩latch) 有时查询执行器不知道需要什么数据，有时候数据库也不提供功能。相反他们会用推测预读(例如：如果查询执行器要数据 1，3，5，它可能在不久的将来会要数据 7，9，11) 又或者一个顺序的预读取（在这种情况下，缓存管理器在一次请求后，简单地加载下一个连续的数据）

注意：缓存命中率不高并不总是意味着缓存不正常。有关更多信息，请阅读 Oracle文档

但，缓冲是的内存是有限的。因此，它需要将一些数据移走并加载新的数据。加载和清理缓存需要一点磁盘和网络的I/O 成本。如果你有一个查询要经常执行，使用这查询的时候总是要加载数据清理数据，这也未免太没效率的。为了解决这个问题，现代数据库使用一种缓冲区替换策略

缓存区替换策略

LRU

LRU是指(Least Recently Used)最近用得最少的。这个算法背后的构想是在缓存中保留最近使用，这些数据更有可能会再次使用 下面是个直观的例子

为了便于理解，我会设计这些在缓冲区的数据没有被闩(latch)锁住(所以能被移除)。在这个简单的例子中，这个缓冲区可以存储3个元素

  1. 缓冲管理器用了数据1，然后把数据放到一个空的缓冲区
  2. 缓冲管理器用了数据4，然后把数据放半满载缓冲区
  3. 缓冲管理器用了数据3，然后把数据放到半满载缓冲
  4. 缓冲管理器用了数据9，缓冲区已满，* 于是将数据1移除，因为它是最早使用的数据* 。然后把数据9加入到缓冲区 5) 缓冲管理器用了数据4，而数据4之前已经在缓冲区存在了，所有数据3成了缓冲区最早使用的数据
  5. 缓冲管理器用了数据1，缓冲区已满，于是数据3被清除因为它是最早使用的数据，数据1 被添加到缓冲区中。 这算法能很好地工作，但也存在一些局限性。如果在一个大表中进行全局搜索呢？换句话说，如果表/索引的大小比缓冲区还大会发生什么事呢？使用这算法会把之前在缓冲中的值全部移走，但是全局扫描可能只会使用一次

改善一下

为了防止上述的情况，某些数据库会添加特定的规则。如果根据Oracle 文档所言

对于很大的表，数据库会直接用路径读，这直接加载块... 以避免填满缓冲区缓存。对于中等大小的表，数据库可以使用直接读取或者是读缓存。如果它决定要读缓存，数据库会把这块放到 LRU列表的最后，来防止扫描有效地清除缓存区缓存

也有很多其他的办法像是一个LRU的高级版本叫 LRU-K。像 SQL Server 就用了 LRU-k 而 K = 2 这算法背后的思想是要考虑更多的历史。使用简单的 LRU(K=1时的LRU-K)，算法只用考虑上次使用数据的时间。而LRU-K：

  • 它会考虑最后K次的数据使用情况
  • 数据的使用次数会加入权重
  • 如果一堆新数据会被加载到缓存，则不会删除经常使用的旧数据(因为他们的权重中更高)
  • 但如果数据不再使用了，这算法也不会一直把数据保留到缓冲区
  • 所以随着时间的推移， 一直没用到的数据权重会一直递减

而计算权重的成本是很大的，这就是 SQL Server 只用到 K = 2。这个值在可接受的成本范围内性能不错。 关于 LRU-K 的更深入的学习，你可以阅读最原始的研究论文(1993):《用于数据库磁盘缓冲与的LRU-K页替换算法》

其他算法

当然啦，还有很多其他的用于管理缓存的算法，像是：

  • 2Q：（和 LRU-K 类似的算法）、
  • CLOCK算法 （和 LRU-K 类似的算法）
  • MRU （most recently use，最近最常使用，和 LRU 一样都是使用逻辑但用不同的规则）
  • LRFU （最近且最常使用）

有些数据库可能允许使用其他的算法而不是默认算法

写入缓冲区

我只讲过在去缓冲区要在使用前先加载。但在数据库中，有写缓冲区的操作，这用来存储数据，把数据串联起来刷新磁盘数据。而不是逐个逐个地写数据，产生很多的单次磁盘访问。

请记住，buffer 存储的是页(page,数据的最小单元）而不是 row（逻辑上/人性化观察数据的）。一个页在缓冲池被修改但没有写入到磁盘是肮脏的。有很多算法能决定脏页写入磁盘的最佳时间，它和事务概念关系很密切，那是下一部分的内容。

事务管理器

最后，但也很重要，这部分会讲事务管理器。我们将看到进程是如何确保每个查询都在自己的事务中执行。在此之前，我们需要明白事务的

I’m on acid(我酸了。。。)

一个ACID事务是一个工作单元，它要保证4个属性：

  • 原子性(Atomicity) ：即使持续10个小时，交易也是“全部或全部”。如果事务崩溃，则状态返回到事务之前（ 事务被回滚 ）。
  • 隔离性(Isolation) : 如果2个事务A和B同时运行事务A和B的结果必须相同，不管A是否在事务B之前/之后/期间完成
  • 持久性(Durability) : 一旦事务被提交(即成功结束)，无论发生什么（崩溃或错误），数据都会保留在数据库中。
  • 一致性(Consistency) : 只有合法的数据（关于关系约束和功能约束）能写入数据库，一致性与原子性和隔离性有关

在同一事务期间，您可以运行多个SQL查询来读取，创建，更新和删除数据。当两个事务使用相同的数据时，开始混乱了。典型的例子是从账户A到账户B的汇款。想象一下，您有2笔事务：

  • 事务1（T1）从账户A取出100美元给账户B
  • 事务2（T2）从账户A取出50美元给账户B

如果我们回到ACID属性：

  • 原子性(Atomicity) :确保无论在T1期间发生什么（服务器崩溃，网络故障......），你最终都不能出现从A取走100元而B没有收到钱的情况（这种情况是不一致的状态）
  • 隔离性(Isolation): 确保如果T1和T2同时发生，最终A都会取出150元，而B都会得到150元，而不是其他结果。例如：A被取走150元，而B只得到50元，因为T2清掉了T1的部分行为（这也是状态不一致）
  • 持久性(Durability) : 如果数据库在 T1 提交后奔溃，持久性能确保了T1不会凭空消失
  • 一致性(Consistency) : 确保系统中不会(无故)创建或销毁任何资金。

[如果你愿意，可以跳到下一部分，我要说的对于文章的其余部分并不重要]

许多现代数据库不使用纯隔离作为默认行为，因为它带来了巨大的性能开销。 SQL规范定义了4个级别的隔离：

  • 可序列化(Serializable，SQLite默认模式）：最高级别的隔离。两个同时发生的事务100%隔离，每个事务有自己的“世界”。
  • 可重复读取（MySQL中的默认行为）：除了一种情况外，每个事务都有自己的“世界”。 如果事务提交成功并添加新数据，则这些数据将在另一个仍在运行的事务中可见。 但是，如果A修改数据提交成功，修改后的数据对正在运行的事务中不可见。 因此，事务之间的这种隔离中断只涉及新数据，而不是现有数据。

例如，如果事务A执行 “TABLE_X中的SELECT count（1）”，然后由事务B在TABLE_X中添加并提交新数据，如果事务A再次执行count（1），则该值将不是相同。 这称为幽灵读取（phantom read）

  • 读取已提交（Oracle，PostgreSQL和SQL Server中的默认行为）：这是可重复读+突破隔离性。如果事务A读了数据D，然后这数据被修改（或者删除），并被B提交了。如果A再次读，事务A再次读取数据D时就会看到被B修改的数据的改变（或者删除部分） 这称为不可重复读取。
  • 读取未提交：最低级别的隔离。它是一个读取已提交+一个新的隔离中断。 如果事务A读取数据D，然后该事务（未提交但仍在运行）修改了数据D，则如果A再次读取数据D，则它将看到修改的值。 如果事务B被回滚，那么第二次由A读取的数据D没有任何意义，因为它已经被事件B修改过，从未发生过（因为它被回滚）。 这称为脏读。

多数数据库添加了自己的自定义的隔离级别（比如 PostgreSQL、Oracle、SQL Server的使用快照隔离），而且并没有实现SQL规范里的所有级别（尤其是读取未提交级别）。

默认的隔离级别可以由用户/开发者在建立连接时覆盖（只需要增加很简单的一行代码）。

并发控制

确保隔离性，一致性和原子性的真正问题是对相同数据（添加，更新和删除）的写操作：

  • 如果所有事务仅读取数据，则它们可以同时工作，而无需修改另一个事务的行为。
  • 如果（至少）其中一个事务是修改其他事务读取的数据，则数据库需要找到一种方法来隐藏其他事务中的此修改。此外，它还需要确保不会被另一个没有查看修改数据的事务擦除此修改。

这种问题叫 并发控制

解决问题的最简单的方式是每个事务逐一运行（按顺序）。但这根本就没有伸缩性的，一个多进程/多核心的服务器上只有一个核，这太没效率了

解决这个问题的方法是，每次创建或取消事务：

  • 监控所有事务的的操作
  • 检查是否存在两个或以上的事务存在冲突，因为他们正在读/改相同的数据
  • 给冲突的事务重新编排来减少冲突部分的数量
  • 按一定的顺序执行冲突的部分（同时非冲突的部分并发执行）
  • 要考虑事务有可能被取消

更正规地说，这是一个调度冲突的问题。更具体地讲，这是个非常难的且CPU开销大的优化的问题。企业级数据库无法负担等待数小时，为新的事务找寻最佳的调度。因此，他们用不太理想的方法，它会让更多的时间花费在处理事务冲突上。

锁管理

为了解决这个问题，大部分数据库使用 锁 和/或 数据版本控制。由于这是个大话题，我关注点会在锁的部分，然后我会说一小点数据版本控制

悲观锁

这锁背后的思想是：

  • 如果事务需要数据
  • 它就锁住数据
  • 如果另一个事务也需要数据
  • 它要等到第一个事务释放数据

这种叫排他锁(exclusive lock) 但对事务只是要读取数据，使用排他锁就很昂贵了。因为它强制让那些只想读一些数据的事务去等待。 这就是为什么会有另外一种锁，共享锁(share lock) 共享锁是这样的:

  • 如果事务只需要读数据A
  • 它会共享锁定数据,并读取数据
  • 如果第二个事务也要读数据A
  • 它会共享锁定数据,并读取数据A
  • 如果第三个事务要修改数据A
  • 它“排除锁定”数据,它必须等到其他2个事务释放其共享锁,才能对数据A使用其排他锁

但是,如果数据在用排它锁，而事务只需要读数据，也不得不等到排他锁结束才能用共享锁锁住数据

锁管理器是提供和释放锁的进程。在内部，它用哈希表(key是被锁的数据)存储了锁，并且知道每个数据

  • 那个事务锁住了数据
  • 那个事务在等待数据

死锁

但是使用锁可能导致2个事务永远等待数据的情况：

在这图中：

  • 事务A有一个排他锁锁住了数据1，要等待数据2
  • 事务B有一个排他锁锁住了数据2，要等待数据1

这叫做 死锁 。 在死锁中，锁管理器选择要取消（回滚）事务来删除死锁，这个决定也不太容易啊

  • 杀掉修改数据量最小的事务（这会产生最便宜的回滚）更好吗？
  • 杀死另一个最新的事务，因为旧的事务已经等待很长时间了，是不是更好？
  • 杀死能用更少时间结束的事务（避免可能的资源饥饿）？
  • 在回滚的情况下，此回滚会影响多少个事务？

但在做出这个选择之前，需要检查是否存在死锁。 哈希表可以看成是一张图表（像前面的那张图）。如果图中有个循环就会出现死锁。由于检查循环（因为所有锁的图标是相当的大）是成本是很昂贵的，所以一个更简单的方法会被经常使用：使用 时间超时（timeout） 。 如果在给定超时范围内未能锁定，就说明事务进入了死锁状态。 锁管理器也可以在加锁之前检查该锁会不会变成死锁，但要完美做到这点成本也是很昂贵的。因此这些预检经常设置一些基本规则。

两段锁

确保纯粹的隔离的 最简单方式 是在事务开始的时候加锁，在事务结束的时候释放锁。这意味着事务在开始前不得不等待它的所有锁，然后为事务持有锁，当结束时释放锁。它可以工作的，但是在等待所有锁的时候回浪费很多的时间

一个更快的方法是 两段锁协议（由DB2和SQL Server使用），其中事务分为两个阶段：

  • 成长阶段：事务可以获得锁，但不能释放锁。
  • 收缩阶段，事务可以释放锁（对已经处理过的数据并且不会再次处理），但无法获得新的锁。

这两条简单规则背后的思想是：

  • 释放不再使用的锁，以减少等待这些锁的其他事务的等待时间
  • 防止事务在事务开始后被修改数据的情况，因此与事务获取的第一个数据不一致。

这协议能很好地工作，除非是那个事务修改后的数据并释放锁后，事务被取消或者回滚了。你可能遇到一种情况是，一个事务读了另一个事务修改后的值，而这个事务要被回滚的。要避免此问题，必须在事务结束时释放所有独占锁。

说多几句

当然，真正的数据库会用更复杂的系统，涉及更多类型的锁（如意向锁 intention lock ）和更多粒度（行级锁，页级锁，分区锁，表锁，表空间锁）但是这个道理都是一样的。 我只探讨纯粹基于锁的方法，数据版本控制是解决这个问题的另一个方法。 版本控制背后的思想是：

  • 每个事务都可以同时修改相同的数据
  • 每个事务都有自己的数据副本（或版本）
  • 如果2个事务修改相同的数据，则只接受一个修改，另一个将被拒绝，相关的事务将被回滚（并且可能重新运行）。

它提高了性能，因为：

  • 读事务不会阻塞写事务
  • 写事务不会阻塞读
  • 没有『臃肿缓慢』的锁管理器带来的额外开销

一切都比锁更好，除了两个事务写入相同的数据（因为总有一个被回滚）。只是，你的磁盘空间会被快速增大。

数据版本控制和锁定是两种不同的简介：乐观锁定与悲观锁定。他们都有利有弊;它实际上取决于应用场景（更多读取与更多写入）。有关数据版本控制的演示文稿，我推荐这篇关于PostgreSQL如何实现多版本并发控制，是非常好的演示文稿。

某些数据库（如DB2（直到DB2 9.7）和SQL Server（快照隔离除外））仅使用锁。其他像PostgreSQL，MySQL和Oracle使用涉及锁和数据版本控制的混合方法。我不知道只使用数据版本控制的数据库（如果您知道基于纯数据版本的数据库，请随时告诉我）。

[2015年8月20日更新]读者告诉我： Firebird和Interbase使用没有锁的版本控制。 版本控制对索引有一个有趣的影响：有时一个唯一索引包含重复项，索引可以有比表有行更多的条目，等等。

如果你在不同的隔离级别上读过那部分，你会发现增加隔离级别时，会增加锁的数量，从而增加事务等待锁定所浪费的时间。这就是大多数数据库默认情况下不使用最高隔离级别（Serializable）的原因。

与往常一样，您可以自己检查主数据库的文档（例如 MySQL，PostgreSQL或Oracle）。

日志管理

我们已经看到，为了提高性能，数据库将数据存储在内存缓冲区中。但是如果服务器在提交事务时崩溃，那么在崩溃期间你将丢失在内存中的数据，这会破坏事务的持久性。

你可以在磁盘上写入所有内容，但如果服务器崩溃，你最终会将数据可能只有部分写入磁盘，这会破坏事务的原子性。

任何事务的修改都只有撤销和已完成两个状态 要解决这个问题，

有两种方法：

  • 影子副本/页面（Shadow copies/pages）：每个事务都创建自己的数据库副本（或只是数据库的部分数据）并在此副本上工作。如果出现错误，则删除副本。如果成功，数据库会立即使用文件系统技巧切换副本中的数据，然后删除“旧”数据。
  • 事务日志：事务日志是一个存储空间。在每次磁盘写入之前，数据库会在事务日志中写入信息，以便在事务崩溃/取消的情况下，数据库知道如何删除（或完成）未完成的事务。

WAL Write-Ahead Logging protocol （预写日志记录协议）

在涉及许多事务的大型数据库上使用时，影子副本/页面会产生巨大的磁盘开销。 这就是现代数据库使用事务日志的原因。事务日志必须存储在稳定的存储中。我不会深入研究存储技术，但必须使用（至少）RAID磁盘来防止磁盘故障。

大多数数据库（至少Oracle，SQL Server，[DB2，PostgreSQL，MySQL和 SQLite）使用Write-Ahead Logging协议（WAL）处理事务日志。

WAL协议是一组3条规则：
1）数据库的每次修改都会生成一条日志记录，并且 必须在将数据写入磁盘之前将日志记录写入事务日志。
2）日志记录必须按顺序写入;日志记录A在日志记录B之前发生就必须在B之前写入
3）提交事务时，必须在事务成功结束之前，在事务日志中写入提交顺序。

这个工作由日志管理器完成。一种简单的方法是在缓存管理器和数据访问管理器（在磁盘上写入数据）之间，日志管理器在将事务日志写入磁盘之前将每个更新/删除/创建/提交/回滚写入事务日志。容易，对吗？ 错误的答案！都讲了这么多了，你应该知道与数据库相关的所有内容都受到“数据库效应”的诅咒。认真地是，问题是找到一种在保持良好性能的同时编写日志的方法。如果事务日志上的写入速度太慢，则会降低所有内容的速度。

ARIES

1992年，IBM研究人员“发明了”一种名为ARIES的WAL增强版。ARIES或多或少地被大多数现代数据库使用。逻辑可能不一样，但ARIES背后的理念随处可见。我给发明加了引号是因为，是因为根据麻省理工学院的这门课程，IBM的研究人员“只不过是编写事务恢复的良好实践”。自从我5岁时ARIES论文发表以来，我并不关心来自辛酸研究者的这个古老八卦。事实上，在我们开始这个最后的技术部分之前，我只是把这些信息给你一个休息时间。 我已经阅读了关于ARIES的大量研究论文，我发现它非常有趣！在这部分中，我将仅向你概述ARIES，但如果你需要真正的知识，我强烈建议您阅读本文。 ARIES 表示的是恢复和利用语义隔离算法(Algorithms for Recovery and Isolation Exploiting Semantics)。 这项技术的目的是有两个的：

  1. 写日志时有良好的性能
  2. 有快速可靠的恢复 数据库必须回滚事务有多种原因：
  • 用户取消了它
  • 由于服务器或网络故障
  • 因为事务已经破坏了数据库的完整性（例如，您对一个列有一个唯一性约束，事务添加了个重复值）。
  • 由于死锁

有时候（比如网络出现故障），数据库可以恢复事务。 怎么可能？要回答这个问题，我们需要了解日志记录中的存储的信息。

日志

事务期间的每个 *操作（添加/删除/修改）都会生成一个日志* 。该日志记录包括：

  • LSN: 唯一的日志序列号(Log Sequence Number)。LSN按时间顺序给出。操作A在操作B之前发生，日志A的LSN会比日志B的LSN低。
  • TransID：产生操作的事务ID。
  • PageID：修改数据的磁盘位置。磁盘上的最小数据量是一个页(Page)，因此数据的位置就是包含在数据的页的位置。
  • PrevLSN：指向同一事务生成的上一条日志记录的链接。
  • UNDO：取消本次操作的方法。

比如，如果操作是更新，UNDO将会回到元素更新前的值或状态（物理UNDO），或者回到原来状态的反向状态（逻辑UNDO）

  • REDO：重复本次操作的方法。同样有2种方法: 保存操作后的元素值/状态，或者保存操作本身以便重复。
  • …：（供你参考，一个 ARIES 日志还有 2 个字段：UndoNxtLSN 和 Type）。

此外，磁盘上的每个页面（存储数据，而不是日志）具有修改数据的最后一个操作的日志记录（LSN）的id。

给出LSN的方式更复杂，因为它与日志的存储方式有关。但这个背后的思想仍然是一样的。 ARIES仅使用逻辑UNDO，因为处理物理UNDO真是一团糟。

注意：据我所知，只有PostgreSQL没有使用UNDO。它使用垃圾收集器守护程序来删除旧版本的数据。这与PostgreSQL中数据版本控制的实现有关。

为了更好地说明这点，这里是查询“UPDATE FROM PERSON SET AGE = 18;”生成的日志记录的可视化和简化示例。假设此查询在事务18中执行。

每个日志都有一个唯一的LSN。连接的日志属于同一事务。日志按时间顺序链接（链接列表的最后一个日志是最后一个操作的日志）。

日志缓冲区

为避免日志写入成为主要瓶颈，使用 日志缓冲区 。

当查询执行程序要求修改时：

  1. 缓存管理器将修改存储其缓冲区中
  2. 日志管理器将关联的日志存储在其缓冲区中
  3. 到了这一步，查询执行器认为操作完成了（因此可以请求做另一次修改）；
    4）然后（稍后）日志管理器将日志写入事务日志。何时写日志的决定是由算法完成的。
    5）然后（稍后）缓存管理器将修改写入磁盘。何时在磁盘上写入数据是由算法完成的。 当事务被提交，这意味着对于事务中的每个操作，步骤1,2,3,4,5也做完了。 在事务日志中写入很快，因为它只是“在事务日志中的某处添加日志”，而在磁盘上写入数据则更复杂，因为它要 “以能快速读取数据的方式写入数据”。

STEAL 和 FORCE 策略

出于性能原因，步骤5可能在提交之后完成 ，因为在崩溃的情况下，仍然可以使用REDO日志恢复事务。这称为NO-FORCE政策 。 数据库可以选择FORCE策略（即必须在提交之前完成步骤5）以降低恢复期间的工作负载。 另一个问题是选择是否在磁盘上逐步写入数据（STEAL策略），或者缓冲区管理器是否需要等到提交顺序一次写入所有内容（NO-STEAL）。STEAL和NO-STEAL之间的选择取决于您的需求：使用UNDO日志快速写入长时间恢复或快速恢复？ 以下是这些影响恢复策略摘要：

  • STEAL / NO-FORCE需要UNDO和REDO：性能高，但日志和恢复过程（如ARIES）更复杂。这是大多数数据库的选择。

注意：我在多篇研究论文和课程中读到了这个事实，但我没有（明确地）在官方文件中找到它。

  • STEAL/ FORCE 只需要 UNDO
  • NO-STEAL/NO-FORCE 只需要 REDO.
  • NO-STEAL/FORCE 什么也不需要: 性能最差，而且需要巨大的内存。

关于恢复

好的，我们有很好的日志，让我们使用它们！ 假设新实习生让数据库崩溃了（规则1：永远是实习生的错误）。你重启数据库并开始恢复进程 ARIES在3个关卡中让崩溃恢复过来：

  1. 分析关卡：恢复进程读全部的事务日志去创建奔溃期间发生的事情的时间线。它会确定哪些事务要回滚（所有事务没有提交的都会回滚）和哪些在奔溃期间的数据需要写入到磁盘
  2. redo关卡：这关从分析期间确定一条日志记录开始，并使用 REDO 来将数据库更新到崩溃之前的状态。

在 REDO 阶段，REDO日志按时间顺序处理（使用LSN）。 对于每个日志，恢复过程将读取包含要修改数据的磁盘每页上的 LSN 如果 LSN（磁盘的页）>= LSN(日志记录)，则表明数据在奔溃之前已经写入磁盘了（值已经被日志之后、奔溃之前的某个操作覆盖）所以不用做什么 如果LSN（磁盘的页）< LSN（日志记录），那么磁盘上的页将被更新。 即使对于要回滚的事务，重做也会完成，因为它简化了恢复过程（但我确信现代数据库不会这样做）。

  1. undo关卡: 此过程将回滚崩溃时未完成的所有事务。回滚从每个事务的最后日志开始，并按照反时间顺序处理UNDO日志（使用日志记录的PrevLSN）。

在恢复期间，事务日志必须留意中恢复过程的操作，以便写入磁盘上的数据与事务日志中写入的数据同步。解决方案可能是移除被 undone的事务日志记录，这是很困难的。相反，ARIES在事务日志中写入补偿日志，逻辑上删除被取消的事务日志记录。 当事务被手动取消，或者被锁管理器取消（为了消除死锁），或仅仅因为网络故障而取消，那么分析阶段就不需要了。实际上，有关 REDO 和 UNDO 的信息在 2 个内存表中：

  • 事务表（保存当前所有事务的状态）
  • 脏页表（保存哪些数据需要写入磁盘）

当新的事务产生时，这两个表由缓存管理器和事务管理器更新。因为它们是在内存中，当数据库崩溃时它们也被破坏掉了。 分析阶段的任务就是在崩溃之后，用事务日志中的信息重建上述的两个表。为了加快分析阶段，ARIES提出了一个概念：检查点（check point），就是不时地把事务表和脏页表的内容，还有此时最后一条LSN写入磁盘。那么在分析阶段当中，只需要分析这个LSN之后的日志即可。

posted @ 2019-05-05 21:18  JOJO_2046  阅读(805)  评论(0)  编辑  收藏  举报