5. Crash- und Medien-Recovery

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1 5. Crash- und Medien-Recvery Crash-Recvery Restart-Przedur Red-Recvery Einsatz vn Cmpensatin Lg Recrd Beispiel Medien-Recvery (Behandlung vn Gerätefehlern) Alternativen Inkrementelles Dumping Erstellung transaktinsknsistenter Archivkpien Single Page Recvery 5-1 Crash-Recvery jüngster transaktinsknsistenter DB-Zustand aus permanenter DB und (temprärer) Lg-Datei herzustellen Idemptenz der Recvery: Fehler während Recvery müssen behandelbar sein bei Update-in-Place (NnATOMIC): Zustand der permanenten DB nach Crash unvrhersehbar (nicht aktinsknsistent) ein Blck der permanenten DB ist entweder - aktuell der - veraltet (NOFORCE) REDO der - schmutzig (STEAL) UNDO 5-2

2 Crash-Recvery (NnAtmic, Steal, NFrce, Fuzzy Checkpint) Lg-Datei wird 3-mal gelesen: 1. Analyse-Lauf (vm letzten Checkpint bis zum Lg-Ende): - Bestimmung vn Gewinner- und Verlierer-Transaktinen swie der Seiten, die vn ihnen geändert wurden 2. REDO-Lauf: Vrwärtslesen des Lgs (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 Lgs bis zum BOT-Satz der ältesten Verlierer-Transaktin Lg Checkpint C Analyse REDO vn Gewinner-Transaktinen UNDO vn Verlierer-Transaktinen 5-3 Red-Recvery physilgisches und physisches Lgging: Ntwendigkeit einer Red-Aktin für Lg-Satz L wird über PageLSN der betrffenen Seite B angezeigt if (B nicht gepuffert) then (lies B in den Hauptspeicher ein); if LSN (L) > PageLSN (B) then d; REDO (Änderung aus L); PageLSN (B) := LSN (L); end; wiederhlte Anwendung des Lg-Satzes (z.b. nach mehrfachen Fehlern) erhält Krrektheit (Idemptenz der Recvery) 10 Lg LSN T 1 T 1 : Cmmit T 1 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 Page- Seite LSN A 5 B 90 C 70 D 8 Lg-Inhalt LSN Lg-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: 5-5 Prbleme bei LSN-Verwendung (für Und) UNDO für Verlierer, wenn PageLSN >= LSN (Und-Lg-Satz)??? Prblem 1: Transaktinsrücksetzungen 10 T1 Lg 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 T1: Rllback : Cmmit T1 10 T1 T1: Cmmit Lg LSN REDO vn Änderung 30 (Page-LSN := 30) UNDO vn Änderung 20, bwhl nicht in der Seite vrhanden 5-6

4 Lösung der Prbleme Prtkllieren der Und-Operatinen durch Cmpensatin Lg Recrds (CLR) Vllständiges Red der "Repeating Histry", d.h. im Red-Lauf werden alle Änderungen (auch vn Verlierer-Transaktinen) wiederhlt Lg 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 5-7 Cmpensatin Lg Recrds (CLR) Cmpensatin Lg Recrd (CLR) = Lg-Satz einer Und-Operatin CLR wird geschrieben für jede Seitenänderung beim Rllback im Nrmalbetrieb für jede Und-Operatin während der Crash-Recvery Beispiel LSN 10 T1:a 20 T1: a 30 T1: Rllback a = CLR zu Lg-Satz a : Cmmit vllständiges Red: 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 5-8

5 CLR (2) effiziente Behandlung vn Crashs während Recvery jeder CLR-Satz hält Rückwärtsverweis auf transaktinsspezifischen Vrgänger des Lg- 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 Lg CLR-Einsatz (ARIES) Rücksetzen während des UNDO-Laufes erflgt hne LSN- Vergleich 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 5-9 T1 T4 T3 A -> A' D -> D' B -> B C -> C Rllback (A -> A) A -> A Beispiel D -> D ' Schreibvrgänge D' B' in DB Systemfehler Analyselauf: - Verlierer-Transaktinen: T1, ; davn nch aktiv zum Crash-Zeitpunkt - Gewinner: T3, T4 - relevante Seiten: A, D, B, C Vllständiges Red: Red ( PageLSN( Red ( PageLSN( Red ( PageLSN( Red ( PageLSN( Und-Lauf: nur betrffen DB-Inhalt Page- Seite LSN A 5 B 60 C 10 D 40 Lg-Inhalt LSN Lg-Satz BOT (T3) 30 T1, A -> A 40 T4, D -> D 50 Cmmit (T4) 60, B -> B 70 T3, C -> C 80 T1, A A (CLR) 90 Rllback (T1) 100 T3, A -> A 110 Cmmit (T3) 120, D -> D 5-10

6 Platten-Recvery Spiegelplatten schnellste und einfachste Lösung 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-Lg Archivkpie + Archiv-Lg sind längerfristig verfügbar zu halten (z.b. auf Band) Führen vn Generatinen der Archivkpie Duplex-Lgging für Archiv-Lg Archivkpie Archiv- Lg Temprärer Lg Archiv-Lg ffline aus (temprärer) Lg-Datei ableitbar Erstellung vn Archivkpien und Archiv-Lg erflgt segmentrientiert 5-11 DB Erstellung der Archivkpie (Dump) Unterbrechung des Änderungsbetriebs zur Erstellung einer DB-Kpie i.a. nicht tlerierbar Alternativen: 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-Lg ab Beginn der Dump-Erstellung anzuwenden Aktinsknsistente Archivkpie (Vraussetzung bei lgischem Operatins-Lgging) Transaktinsknsistente Archivkpie (Vraussetzung bei lgischem Transaktins-Lgging) - Black-/White-Verfahren - Cpy-n-Update-Verfahren 5-12

7 Inkrementelles Dumping nur seit der letzten Archivkpie-Erstellung geänderte DB-Seiten werden archiviert alte vllständige Archivkpie inkrementelle Archivkpie 1 inkrementelle Archivkpie n jüngere vllständige Archivkpie Archiv-Lg (+ temp. Lg) 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) 5-13 Black-/White-Verfahren Erzeugung transaktinsknsistenter Archivkpien 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) 5-14

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: Cpy n Update Rücksetzung vn Transaktinen zu umgehen Beste Lösung: Cpy n Update ( save sme ) Es werden nur schwarze Transaktinen zugelassen, d.h. Dump beinhaltet keine Änderung seit Dump-Beginn während Dump-Przeß wird bei Änderung eines weißen Objektes Kpie mit Befre- Image der Seite angelegt Dump-Przess greift auf Befre-Images zu Archivkpie entspricht DB-Schnappschuss bei Dump-Beginn Merkmale Transaktinsknsistenter Dump keine Rücksetzungen / Blckierungen vn Transaktinen geringer Speicheraufwand für Befre-Images Ähnlichkeit zu Mehrversinen-Synchrnisatin mit Dump als langer Lese-Transaktin 5-16

9 Single Page Recvery* häufiger Spezialfall der Medien-Recvery nur eine Seite bzw. einzelne Seiten fehlerhaft kmplette Medien-Recvery dauert zu lange dedizierte Unterstützung wünschenswert neue Fehlerkategrie? Prcessr Prcessr Prcessr Prcessr Memry Memry Memry Memry Strage Strage Strage Strage Seitenfehler Medienfehler Rechnerfehler (Crash) Systemfehler/Kmplettausfall *G. Graefe, H.A. Kun: Definitin, Detectin, and Recvery f Single-Page Failures, a Furth Class f Database Failures. PVLDB 5(7): (2012) 5-17 Single Page Recvery (2) Beschleunigung durch Rückwärts-Verkettung vn Lg-Sätzen pr Seite Einsatz eines sg. Page Recvery Indexes mit Verweis auf letzte Seitenkpie (in vllständiger der inkrementeller Archivkpie) swie den letzten Lg-Eintrag der Seite auf Lg-Datei Seiten-Recvery Einspielen der letzten Seitenkpie Durchgang aller Lg-Sätze vn letzten bis zu erstem seit der Kpieerstellung Anwendung der Red-Sätze in umgekehrter Reihenflge 5-18

10 Crash-Recvery Zusammenfassung Analyse-, Red-, Und-Lauf auf temprärer Lg-Datei Red über Vergleich PageLSN mit LSN der Lg-Sätze Ntwendigkeit vn Cmpensatin Lg 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 Archivkpie durch "Cpy n Update" schnelle Reknstruktin einzelner Seiten wünschenswert 5-19