BD II (SI 587) Técnicas de Recuperação. Josenildo Silva.

Transcrição

1 BD II (SI 587) Técnicas de Recuperação Josenildo Silva

2 Nota Estes slides são baseados nos slides disponibilizados pelos autores ELMASRI e NAVATHE, para o livro Sistemas de Banco de Dados, 6ª. Edição, Ed. Pearson Brasil. Capítulo 23. Técnicas de Recuperação de Banco da Dados.

3 Shit Happens! Dados são valiosos. O que pode acontecer? Falhas de software, hardware infra-estrutura, catástrofes naturais... Precisamos de mecanismos de proteção

4 Gerenciamento de Recuperação O gerenciamento de Recuperação garante principalmente: Atomicidade (devido a possibilidade rollback nas transações) Durabilidade: O que fazer se o SGBD parar de funcionar?

5 Gerenciamento de Recuperação read(b) write(b) read(a) Crash! T1 T2 read(b) write(b) read(d) write(d) T3 read(a) read(d) write(d) T1 deve ser desfeita: não alcançou o commit T2 deve ser desfeita: leu o valor de b gravado por T1 T3 deve permanecer Tempo

6 Conceitos de recuperação A recuperação de falhas de transação em geral significa que o banco de dados é restaurado ao estado consistente mais recente antes do momento da falha

7 Conceitos de recuperação Para fazer isso, o sistema precisa manter informações sobre as mudanças que foram aplicadas aos itens de dados pelas diversas transações.

8 Estratégia geral Se houver dano extensivo devido à falha catastrófica, como uma falha de disco, o método de recuperação restaura uma cópia backup

9 Estratégia geral Quando o banco de dados no disco não está danificado fisicamente, a estratégia de recuperação é identificar quaisquer mudanças que possam causar uma inconsistência no banco de dados

10 Tipos de Falha Não catastrófica: sem dano físico ao BD Queda do sistema (perda de conectividade) Um erro de transação ou sistema Imposição do controle de concorrência Catastrófica: com dano físico ao BD Falha de disco Problemas físicos

11 Cache Baseado em páginas do disco mantidas pelo sistema operacional Um diretório de cache é usado para manter os itens que estão nos buffers da memória principal Uma tabela com as entradas: <ender_de_pag_no_disco, loc_no_buffer > O SGBD invoca rotinas de baixo nível do SO

12 Buffer de blocos de disco Várias páginas de disco com os itens de dados a serem atualizados são mantidas em cache nos buffers da memória principal São atualizados na memória antes de serem gravados de volta no disco.

13 Bits de Buffer Bit sujo: indica se a página relacionada foi ou não modificado. 0 - não foi modificado; 1 - modificado. Ao esvaziar o buffer, os dados com bit igual a 1 são gravados no disco. Bit preso-solto 0 página pode ser gravada 1 página ainda não pode ser gravada

14 Estratégia de gravação In-place updating: sobrescreve o valor antigo do item no disco. Gravando no Log. Shadowing: escreve um novo item em uma diferente localização no disco, múltiplas cópias do item de dado podem ser mantidas. Log não estritamente necessário.

15 Log do Sistema O sistema mantem informações sobre as atualizações do BD em uma estrutura em separado: o log de operações do SGBD

16 Log do Sistema Mantém o registro sequencial das operações de transação que afetam itens do BD Necessário para: Desfazer uma transação que sofreu rollback ou abort Recuperar o sistema de falha Auditoria

17 Log do Sistema O log deve ser mantido em disco Deve ser afetado apenas pelas falhas em disco ou catastróficas É desejável usar um disco separado

18 Valores no Log O valor antigo (antes da alteração) é chamado de before image (BFIM) O novo valor obtido depois da alteração é chamado de after image (AFIM)

19 Valores no Log Before Image (BFIM) Usado para operações de UNDO After Image (AFIM) Usado para operações de REDO

20 Tipos de registro de Log [start_transaction, T] [write_item, T, X, valor_antigo, novo_valor] [read_item, T, X] [commit, T] [abort, T] [checkpoint]

21 Exemplo de Log Fonte:

22 Checkpoint Um registro [checkpoint, lista de transações ativas] é gravado no log periodicamente no ponto em que o sistema grava, no banco de dados em disco, todos os buffers do SGBD que foram modificados.

23 Checkpoint O gerenciador de recuperação de um SGBD precisa decidir em qual interval realizar um check point. O intervalo pode ser m minutos ou o número t de transações confirmadas desde o último check point Os valores de m ou t são parâmetros do sistema.

24 Operações em um Checkpoint

25 Fuzzy Checkpoint O passo 2 pode atrasar o processamento da transação por causa do passo 1. Para reduzir este atraso, uma técnica chamada fuzzy checkpoint pode ser usada. Transações continuam após um registro de checkpoint ser gravado no LOG, sem esperar o passo 2 terminar.

26 Fuzzy Checkpoint Usa-se [begin-checkpoint] no início do processo e libera para outros processos [end-checkpoint] no final Não é válido até chegar a este ponto.

27 Rollback em Cascata Elsmasri, 2011

30 Checkpoint Elsmasri, 2011

31 Técnicas para recuperação As duas técnicas principais para recuperação de falhas de transação não catastróficas são: atualização adiada atualização imediata

32 Recuperação por atualização adiada Posterga a atualização em disco até que o sucesso da transação Grava registro de operação no disco de log antes que a modificação do item seja gravada em disco Após a confirmação, o log é forçado a gravar no disco modificando o BD Esse processo geralmente é conhecido como write-ahead logging (WAL)

33 Recuperação por atualização adiada Em caso de falha Não é necessário UNDO, pois só grava em disco no BD após a confirmação. REDO é necessário, usa-se o log Garante atomicidade durabilidade

34 Recuperação por atualização imediata Quando uma transação emite um comando de atualização, o BD no disco pode ser atualizado imediatamente, sem que a transação seja confirmada É apenas possível que algumas atualizações sejam aplicadas ao disco antes que a transação seja confirmada

35 Recuperação por atualização imediata Pode ser necessário fazer UNDO Não é necessário REDO Tais algoritmos são conhecidos como UNDO/NO-REDO Algorimto ARIES Paginação de sombra

36 Recuperação por atualização imediata Paginação de sombra Para as páginas atualizadas pela transação, duas versões são mantidas. A versão antiga é referenciada pelo diretório de sombra e a nova versão, pelo diretório atual.

37 Recuperação por atualização imediata

38 Gravação em disco As regras para gravação de páginas do cache para o disco são conhecidas como: steal/no-steal force/no-force

39 Gravação em disco Steal: permite gravação antes do commit Force: força gravação dos itens alterados no disco (antes do commit)

40 Gravação em disco Vantagens Steal (roubada) Evita a necessidade de um espaço buffer muito grande, para armazenar as páginas No-Force(Não-forçada) Uma página atualizada de uma transação confirmada ainda pode estar no buffer quando outra transação precisar usar, eliminando os gastos E/S, para páginas muito atualizadas.

41 Steal e No-Steal Se uma página em cache atualizada por uma transação não puder ser gravada antes do commit, diz que é uma abordagem no steal, caso contrário chamada steal. UNDO não é necessário na política No-Steal

42 Force e No-Force Se todas as páginas atualizadas por uma transação forem imediatamente escritas no disco quando a transação se efetivar, ela será chamada de abordagem forçada, caso contrário será não-forçada. REDO não é necessário na política force.

43 Combinação das técnicas Steal / No-Force (UNDO/REDO) Atualização imediata geral Steal / Force (UNDO/NO-REDO) Variação da atualização imediata sem REDO No-Steal/No-force (NO-UNDO/REDO) Atualização adiada No-Steal / Force (NO-UNDO/NO-REDO) Paginação de sombra

44 Combinação das técnicas Force No-Force Steal Undo/No-Redo Undo/Redo No-Steal No-Undo/No-Redo No-Undo/Redo

45 Registro de Log (Método WAL) Método WAL (write-ahead logging, log prévio de escrita) As entradas no Log são gravadas no disco antes das mudanças serem aplicadas ao BD Fornece a atomicidade e durabilidade. Trabalha com UNDO e REDO

46 Registro de Log (Método WAL)