计算机数据库备份与恢复技术的应用

侯晓凌

（山西大同大学计算机网络工程学院 山西省大同市 037009）

随着社会发展，计算机已经成为社会发展最重要的科技产品，影响人类历史进程，现如今各行各业均已经离不开计算机。计算机数据库是计算机的核心部分，存储了大量的数据信息，如果数据库受损或者丢失，将会造成严重的经济损失。计算机数据库备份与恢复技术，可以解决数据库使用问题，保障数据库基本使用功能。由此可见，分析如何应用计算机数据库备份与恢复技术解决是十分必要的。

1 计算机数据库备份与恢复技术概述

1.1 计算机数据库备份技术

数据库备份技术即指数据备份技术，主要用于解决系统故障、操作失误所带来的数据障碍问题，可以将部分或者全部数据保存，通过应用主机硬盘进行备份或者复制到其他存储介质[1]。数据库备份技术从传统的内置、外置冷备份到现代的网络备份技术，经过了多个发展阶段，备份技术也较为成熟，恢复时间也更快。数据库备份技术极为重要，数据库运行过程中受到多种威胁，难以进行防范。数据库受损后将会导致访问平台、数据处理功能出现故障，系统上存在漏洞与预制黑洞，给计算机系统造成安全隐患问题。尤其对于企业而言，计算机数据库是企业多年发展心血，一旦受损会给企业正常运行带来巨大影响。

1.2 计算机数据库恢复技术

计算机数据库恢复技术即数据恢复技术，是指通过特殊技术手段，将台式机上的存储磁带库、移动硬盘、U 盘、硬盘等位置的数据进行抢修与恢复[2]。数据库恢复技术属于信息再生技术，能够解决由于计算机存储介质损坏后导致数据无法访问，该技术具有补救性，无法有效预防数据丢失。多数情况下数据丢失后都可以得到有效恢复，但部分数据库被低级格式化、覆盖后难以恢复。数据丢失的原因多样化，主要是由于自然因素损坏、硬件故障、程序破坏、人为操作等原因导致。

2 计算机数据库备份技术分析

2.1 备份类型

2.1.1 完全备份

完全备份是最常见的备份技术，可以将数据库的信息全部备份。完全备份技术优势十分明显，当数据库数据出现丢失、受损时，可以使用备份磁盘恢复丢失数据。但这种技术也有明显的缺点，完全备份技术仅能够备份对应时间节点的数据库信息，无法备份事务日志，导致备份信息具有时间局限性，仅能够恢复到备份时数据库的状态。此外，完全备份需要占用大量的空间，数据重复性高，增强了用户的使用成本。完全备份具有时间节点限制，需要使用人员定期备份，但完全备份时间较长，浪费了大量的存储空间与耗费时间。

2.1.2 事务日志备份

事务日志，主要是用于记录一段时间内数据库出现的具体改变，是单独存在文件。技术人员在进行数据库备份时，只需要复制完全备份数据库后的事务日志，就可以完整备份数据库。事务日志备份在时间上优势明显，备份内容相对较少，占用的空间也不大。一旦数据库出现问题，可以通过事务日志备份将数据库恢复到最后一次提交事务日志的状态，能够尽可能地降低数据库受损情况。

事务日志备份主要适用于以下几种情况：

（1）数据库规模庞大，使用者能够提供备份存储空间有限；

（2）数据库中的数据非常重要，一旦丢失、损坏后将会造成严重的问题，如企业财务系统、银行存取款系统；

（3）对于数据库的更新状态要求高，如果数据库出现故障后，需要立即恢复到事发前的状态。

2.1.3 增量备份

增量备份也被叫作差异备份，备份过程中不使用事务日志，属于数据库映像技术。增量备份技术备份时所占用的存储空间相对较小，主要记录完全备份以后的数据库改变情况。增量备份耗时时间比较短，每日都可以进行一次备份。增量备份虽然能够节省存储空间与时间，但数据恢复较为困难，对于技术人员的专业水平要求较高，并需要付出较大的恢复成本。此外，增量备份可靠性不高，容易出现备份丢失的现象。

2.1.4 文件备份

数据库是由多个文件构成，如果数据库规模十分庞大，无法在12 小时完成数据库备份，可以考虑使用文件备份的方式进行备份，将数据库中的文件进行分区备份。一般中小型企业、个人数据库较小，备份时间也比较短，不适用于文件备份方式。

2.2 数据库状态

2.2.1 离线备份

离线备份即冷备份技术，是指在数据库离线状态下进行完整备份，数据库停止更新。离线备份技术能够解决完全备份与数据库不一致问题，也能够完整备份数据库。离线备份也有明显的缺点，用户在备份期间无法使用数据库，影响使用者的正常工作。目前离线备份主要依靠Server-Free、LAN-Free 等技术，具有投资少的优势[3]。但由于离线备份时间较长，数据库管理人员要慎重选用离线备份技术。

2.2.2 在线备份

在线备份技术即热备份技术，是在数据库运行状态下进行备份，可以实现同步数据备份，备份信息具有即时性特征。但同步备份时所占用的资源数据库比较大，但恢复时间短，主要依赖于数据库日志文件进行同步备份，解决了数据库备份完整性问题，避免了数据库与备份数据不一致。但在线备份时，重要数据文件在打开过程中可能会被其他应用修改，存在备份差异。因此在文件备份期间，应该给予备份系统单独修改特权，避免其他系统对其进行更新。

2.3 逻辑备份

逻辑备份是指提出数据库中的数据，并用输出文件进行记录，该备用方法主要由开发人员使用。逻辑备份是点的逻辑备份，可以描述数据库中的一点及其相关逻辑，无法完全记录点与点之间连续发生事情，因此并受到数据管理人员的青睐。

2.4 备份时间

2.4.1 不定期备份

不定期备份，是指根据数据库信息变化进行数据备份。当使用者对数据库中的数据进行修改、添加时，需要对之前状态的数据库进行备份，如执行Delete、Database 等命令时，则需要对数据库进行不定期备份[4]。

2.4.2 定期备份

定期备份属于日常数据库维护工作的一部分，能够保障数据库运行的稳定性。数据库管理人员需要根据工作计划制定相应的备份计划，避免备份操作间隔时间过大或者过于频繁，导致资源浪费、系统运行不稳等问题。对于关键性且难以恢复的数据，需要缩短备份时间，增加备份频率，保障数据库运行安全。

3 数据库恢复技术

数据库安全性、可靠性越高，对于使用者越有利。网络故障、软件故障、系统故障、硬件故障、人为因素等会对数据库造成影响，导致数据库信息丢失、损坏。技术人员在重构数据库时，可以通过数据库恢复技术，解决数据丢失、损坏问题。当数据库出现故障时，技术人员可以将备份数据加载到系统中，通过自动执行安全性检查，将其自动加入数据库结构当中，起到恢复数据目的。

3.1 系统故障恢复技术

在恢复由系统导致的故障时，需要将已经完成的事务重做，并且撤销尚未发生的事务。技术人员重新启动系统，系统就可以自动恢复。具体恢复步骤如下：

（1）系统扫描故障发生前的日志，并且找出提交事务，必须同时具备COMMIT 与BEGIN TRANSACTION 标记，将其列入重做队列。但对于缺乏COMMIT 标记的提交事务，需要将其列入撤销队列；

（2）系统反向扫描日志文件，进行逆向操作，将对应的数据写到数据库中[5]。

3.2 事务故障恢复技术

事务故障，是指发生在事件时到结束后的事件。技术人员可以通过日志撤销已经修改数据库的操作，使其恢复到数据库正常时的状态。事务故障恢复技术执行过程如下：

（1）反向扫描日志；

（2）寻找更新操作；

（3）逆向执行更新操作；

（4）持续扫描文件，寻找对应事务，采用同样的操作手段；

（5）直至事务故障被解决[6]。

3.3 介质故障恢复技术

该技术主要通过重新安装数据库将事务重做。技术人员在解决介质故障时，需要管理员共同介入，并提供需要恢复数据库的相关资料，如日志文件副本、转储数据库副本。技术人员只要执行系统恢复命令，就可以完成数据库恢复技术。

4 其他恢复技术分析

4.1 日志恢复技术

日志是记载了数据库修改的相关信息，因此恢复日志，有助于数据库数据恢复。具体内容主要包括以下几个方面。

4.1.1 推迟数据库修改

该技术，主要是在局部提交事务之后再进行各种写操作，能够保障事务的原子性[7]。如果故障发生于事务未完成之前，修改信息尚未被写到磁盘上，只是进入了日志，技术人员可以忽略此部分日志。但如果已经进入到磁盘提交状态，日志中的数据被写入到磁盘上，则要视情况判断事务是否需要重做。技术人员可以在子系统中可以看到各类事务，如果要重做可以从日志中寻找新值，更新数据项。需要注意，部分事务在重做时也有可能会出现各种各样的故障，技术人员需要反复重做重要事务。

4.1.2 即刻修改数据库

在应用即刻修改数据库技术时，需要将要完成的事务继续执行，并将新值写到磁盘上，完成相关事务。当出现故障时，系统会执行撤销操作，使用新值替换原有日志记录中的旧值。因此在处理故障时，技术人员可以通过执行write（X）操作，将其记录到日志，解决故障。该技术优势较为明显，能够防止出现非易失性存储上丢失信息。当故障发生时，技术人员需要根据日志进行事务重做必要性判断，如果日中同时包含（T（i） COMMIT）与（（i）START），则必需进行重做[8]。

4.1.3 检查点方法

技术人员在检查事务是否重做时需要耗费大量的时间，并且可以发现磁盘中已经被写入了许多事务，如果盲目地进行重做，会使恢复过程更加冗长。技术人员可以采用检查点技术方法，以周期作为检查点快速判断哪些事务应该重做或者撤销。

4.2 阴影页技术

阴影页技术不使用日志进行技术操作，而是将数据库视为多个磁盘块（也被称为“页”）。技术人员在运行事务时，如果阴影表与页表内容相同时，不允许修改磁盘块[9]。需要注意，技术人员在执行写操作时，会改变页表的部分信息。事务发生时，如果易失性存储器中出现页表，技术人员需要将其找出。技术人员执行事务成功后，会由当前页表替换掉原有页表，并继续执行下一个事务。

4.3 事发事务恢复技术

4.3.1 事发事务运行环境

系统缓冲块可以为事务共享，并作为多个事务修改的区域[10]。技术人员可以用即刻修改技术进行修改，并采用X 封锁到事务结束，预防其他事务读取未提交数据，防止出现其他修改。

4.3.2 回退事务

回退事务时，可以反向扫描日志文件，扫描完所有＜T（i）START）日志文件。由于进行了事务封锁，在回退事务时，其他事务无法修改数据，也不会抹去其他事务执行过程中数据。

5 结语

随着计算机技术快速发展，已经融入了人们的日常生活，并对社会科技发展产生了非常重要的影响。数据库是计算机系统核心部分，当数据库出现丢失、损毁现象时，技术人员要及时恢复、修补数据库，让系统尽快恢复正常运行，降低故障发生时所带来的影响，挽回损失。文章从多个方面介绍了恢复与备份技术，技术人员与数据库管理人员在借鉴时，还需要结合实际情况进行使用。