12. Crash- und Medien-Recovery

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1 12. Crash- und Medien-Recvery Crash-Recvery Restart-Przedur Red-Recvery Einsatz vn Cmpensatin Recrd Beispiel Medien-Recvery (Behandlung vn Gerätefehlern) Alternativen Inkrementelles Dumping Erstellung transaktinsknsistenter Archivkpien 12-1 Crash-Recvery jüngster transaktinsknsistenter DB-Zustand aus permanenter DB und (temprärer) -Datei herzustellen Idemptenz der Recvery: Fehler während Recvery müssen behandelbar sein biudt bei Update-in-Place (NnATOMIC): Zustand der permanenten DB nach Crash unvrhersehbar (nicht aktinsknsistent) ein Blck der permanenten DBist entweder - aktuell der - veraltet (NOFORCE) REDO der - schmutzig (STEAL) UNDO 12-2

2 Crash-Recvery (NnAtmic, Steal, NFrce, Fuzzy Checkpint) -Datei wird 3-mal gelesen: 1. Analyse-Lauf (vm letzten Checkpint bis zum -Ende): - Bestimmung vn Gewinner- und Verlierer-Transaktinen swie der Seiten, die vn ihnen geändert wurden 2. REDO-Lauf: Vrwärtslesen des s (Startpunkt MinDirtyPageLSN) Wiederhlung der Änderungen vn Gewinner-Transaktinen (selektives Red) bzw. vn allen Transaktinen (vllständiges Red), sfern erfrderlich (LSN-Vergleich) Betrffene Seiten sind einzulesen 3. UNDO-Lauf: Rücksetzen der Verlierer-Transaktinen Rückwärtslesen des s bis zum BOT-Satz der ältesten Verlierer-Transaktin Checkpint C Analyse REDO vn Gewinner-Transaktinen UNDO vn Verlierer-Transaktinen 12-3 Red-Recvery physilgisches i h und physisches h ging: Ntwendigkeit i einer Red-Aktin für -Satz L wird über PageLSN der betrffenen Seite B angezeigt if f( (B nicht gepuffert) then (lies B in den Hauptspeicher p ein); if LSN (L) > PageLSN (B) then d; REDO (Änderung aus L); PageLSN (B) := LSN (L); end; wiederhlte Anwendung des -Satzes (z.b. nach mehrfachen Fehlern) erhält Krrektheit (Idemptenz der Recvery) 10 LSN T 1 T 1 : T 1 Cmmit T

3 T1 T3 A -> A' Schreibvrgänge in DB D -> D' Analyselauf: Verlierer: Gewinner: relevante Seiten: C -> C' C' Beispiel B -> B' D -> D ' B' Systemfehler DB-Inhalt Seite Page- LSN A 5 B 90 C 70 D 8 -Inhalt LSN -Satz 10 BOT (T1) 20 BOT (T3) 30 T1, A -> A 40 BOT () 50 T3, D -> D 60 Cmmit (T3) 70, C -> C 80, D -> D 90 T1, B -> B 100 Cmmit () Red-Lauf: Und-Lauf: 12-5 Prbleme bei LSN-Verwendung (für Und) UNDO für Verlierer, wenn PageLSN >= LSN (Und--Satz)??? Prblem 1: Transaktinsrücksetzungen 10 T1 T1: Rllback : Cmmit LSN Red-Lauf: Änderung vn wird wiederhlt (Page-LSN := 40) Und-Lauf: Änderung 20 vn T1 wird zurückgesetzt (da 20 < 40) -> Fehler Prblem 2: Satzsperren 10 T1: T1 T1 Cmmit LSN REDO vn Änderung 30 (Page-LSN := 30) UNDO vn Änderung 20, bwhl nicht in der Seite vrhanden 12-6

4 Lösung der Prbleme Prtkllieren der Und-Operatinen durch hcmpensatin Recrds (CLR) Vllständiges Red der "Repeating Histry", d.h. im Red-Lauf werden alle Änderungen (auch vn Verlierer-Transaktinen) wiederhlt C Checkpint Analyse REDO ALL UNDO vn Verlierer-Transaktinen, die vn Crash unterbrchen wurden Umsetzung durch ARIES-Prtkll (Algrithm fr Recvery and Islatin Expliting Semantics) entwickelt vn Mhan et al. (IBM Research) realisiert in mehreren kmmerziellen DBS 12-7 Cmpensatin Recrds (CLR) Cmpensatin Recrd (CLR) = -Satz einer Und-Operatin CLR wird geschrieben für jede Seitenänderung beim Rllback im Nrmalbetrieb für jede Und-Operatin während der Crash-Recvery Beispiel 10 T1:a T1: Rllback LSN vllständiges Red: T1: a 50 a = CLR zu -Satz a : Cmmit CLR-Einsatz bei Repeating Histry (ARIES) Red-Lauf : Wiederhlung vn Rllback-Operatinen durch Anwendung der CLR-Sätze Und-Lauf: nur für Transaktinen, die bei Rechnerausfall aktiv waren (hne LSN-Vergleich!) Und-Operatinen wiederum zu prtkllieren (CLRs) PageLSN erhält LSN des CLR-Satzes 12-8

5 CLR (2) effiziente i Behandlung vn Crashs während Recvery jeder CLR-Satz hält Rückwärtsverweis auf transaktinsspezifischen Vrgänger des - Satzes, für den er die UNDO-Operatin repräsentiert durch Crash unterbrchene Rllback-Aktin kann drt frtfahren, w sie beim Crash- Zeitpunkt angekmmen war (keine Kmpensatin und erneute Durchführung) a b c c b a CLR-Einsatz (ARIES) alle nch nicht bearbeiteten UNDO-Sätze vn Verlierer-Transaktinen werden angewendet erfrderlich, da Red-Lauf auch Änderungen vn Verlierer-Transaktinen wiederhlt hatte ( Repeating Histry ) kein UNDO vn CLR-Sätzen 12-9 T1 T4 Schreibvrgänge in DB A -> A' T3 D -> D ' B -> B C -> C Rllback (A -> A) D' A -> A Beispiel Rücksetzen während des UNDO-Laufes erflgt hne LSN- Vergleich -Inhalt DB-Inhalt LSN -Satz Seite Page-... LSN 20 BOT (T3) A 5 30 T1, A -> >A B T4, D -> D C Cmmit (T4) D 40 60, B -> >B 70 T3, C -> C 80 T1, A A (CLR) 90 Rllback (T1) 100 T3, A -> A Systemfehler 110 Cmmitt (T3) 120, D -> >D D -> D ' Analyselauf: - Verlierer-Transaktinen: T1, ; davn nch aktiv zum Crash-Zeitpunkt - Gewinner: T3, T4 - relevante Seiten: A, D, B, C Vllständiges Red: B' Und-Lauf: nur betrffen 12-10

6 Spiegelplatten l schnellste und einfachste Lösung Platten-Recvery hhe Speicherksten Dppelfehler nicht auszuschließen Disk-Arrays (RAID-5) geringere Speicherksten als Spiegelplatten, jedch auch geringere Fehlertleranz langsamerer Zugriff für einzelne Blöcke, dafür Unterstützung vn E/A-Parallelität Alternative: Archivkpie + Archiv- Archivkpie + Archiv- sind längerfristig verfügbar zu halten (z.b. auf Band) Führen vn Generatinen der Archivkpie Duplex-ging für Archiv- Archivkpie Archiv- Temprärer Archiv- ffline aus (temprärer) -Datei ableitbar Erstellung vn Archivkpien und Archiv- erflgt segmentrientiert DB Erstellung der Archivkpie Unterbrechung des Änderungsbetriebs zur Erstellung einer DB-Kpie i.a. nicht tlerierbar Alternativen: ti Incremental Dumping - Ableiten neuer Generatinen aus Urkpie - nur Änderungen seit der letzten Archivkpie werden prtklliert - Offline-Erstellung einer aktuelleren Kpie Online-Erstellung einer vllständigen Archivkpie (parallel zum Änderungsbetrieb) Unterschiedliche Knsistenzgrade: Fuzzy Dump - Kpieren der DB im laufenden Betrieb, kurze Lesesperren - bei Plattenfehler Archiv- ab Beginn der Dump-Erstellung anzuwenden Aktinsknsistente Archivkpie (Vraussetzung bei lgischem Operatins-ging) Transaktinsknsistente Archivkpie (Vraussetzung bei lgischem Transaktins-ging) - Black-/White-Verfahren - Cpy-n-Update-Verfahren 12-12

7 Inkrementelles Dumping nur seit der letzten Archivkpie-Erstellung i geänderte DB-Seiten Si werden archiviert inkrementelle inkrementelle Archivkpie 1 Archivkpie n alte vllständige jüngere Archiv- Archivkpie vllständige (+ temp. ) Archivkpie aktuelle DB Erkennung geänderter Seiten Archivierungs-Bit pr Seite -> alle Seiten für Dump-Erstellung zu lesen sehr hher E/A-Aufwand besser: Verwendung separater Datenstrukturen (Bitlisten) Änderungsbit zeigt Ntwendigkeit, Seite in den nächsten Dump zu schreiben Setzen des Änderungsbits falls (PageLSN der ungeänderten Seite) < (LSN zu Beginn des letzten Dumps) Black-/White-Verfahren Erzeugung transaktinsknsistenter k i Archivkpien i Paint-Bit pr Seite: weiß: Seite wurde nch nicht überprüft schwarz: Seite wurde bereits verarbeitet Mdified-Bit pr Seite zeigt an, b eine Änderung seit Erstellung der letzten Archivkpie erflgte (inkrementelles Dumping) spezieller Schreibprzess zur Erstellung der Archivkpie färbt alle weißen Seiten schwarz und schreibt geänderte Seiten in Archivkpie: WHILE there are white pages DO; lck any white page; // shrt read lck IF page is mdified THEN DO; write page t archive cpy; clear mdified bit; END; change page clr; release page lck; END; Transaktinen, die swhl weiße als auch schwarze Objekte geändert haben ( graue Transaktinen ), werden zurückgesetzt ( Farbtest am Transaktinsende) 12-14

8 Black-/White-Verfahren: Beispiel Dump- Przeß P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 write T1 P5 P7 P2 P1 T3 P2 P Black-White-Verfahren: Erweiterungen zur Vermeidung vn Rücksetzungen Turn-White-Strategien (Turn gray transactins white) für graue Transaktinen werden Änderungen schwarzer Objekte nachträglich in Archivkpie geschrieben Prblem: transitive Abhängigkeiten Alternative: alle Änderungen schwarzer Objekte seit Dump-Beginn werden nch geschrieben (repaint all) Prblem: Archivkpie-Erstellung kmmt u.u. nie zu Ende Turn-Black-Strategien (Turn gray transactins black) während der Archivkpie-Erstellung werden keine Zugriffe auf weiße Objekte vrgenmmen ggf. zu warten bis Objekt schwarz gefärbt wird Alternative: Cpy-n-Update ("save sme") während einer Archivkpie-Erstellung wird bei Änderung eines weißen Objektes Kpie mit Befre- Image der Seite angelegt Dump-Przess greift auf Befre-Images zu Archivkpie entspricht DB-Schnappschuss ss bei Dump-Beginn 12-16

9 Crash-Recvery Zusammenfassung Analyse-, Red-, Und-Lauf auf temprärer -Datei Red über Vergleich PageLSN mit LSN der -Sätze Ntwendigkeit vn Cmpensatin Recrds vllständiges Red (ARIES) unterstützt Satzsperren Idemptenz: Crashs während Recvery können behandelt werden Erstellung vn Archivkpien der DB (Dumping) inkrementelle vs. vllständige Dumps "Fuzzy Dumps" vs. aktins/transaktinsknsistente Dumps transaktinsknsistente k i Archivkpie i durch "Cpy n Update" 12-17