周勇強

摘要：如何設計良好的數(shù)據(jù)庫備份方案，正確處理各種備份恢復問題，在出現(xiàn)各種軟硬件故障及人為誤操作問題后及時有效地恢復數(shù)據(jù)庫，從而將數(shù)據(jù)丟失的風險降到最小，是很多數(shù)據(jù)庫管理員面臨的問題。該文力圖從較深入的層次對SQL Server數(shù)據(jù)庫的備份和恢復機制進行研究，將理論與實踐相結合，分析一個有代表性的數(shù)據(jù)庫備份恢復策略，提供有益的知識和經(jīng)驗。

關鍵詞： SQL Server；備份；恢復；事務日志；檢查點

中圖分類號：TP311.13 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）18-0003-03

1 引言

SQL Server數(shù)據(jù)庫已在各種應用系統(tǒng)中得到廣泛應用，數(shù)據(jù)的重要性不言而喻，但各種軟硬件故障及人為誤操作問題難以避免，如果對SQL Server的數(shù)據(jù)庫備份和恢復機制沒有透徹的理解，就無法掌握正確的備份恢復技術。本文對SQL Server 2005及以上版本用戶數(shù)據(jù)庫的三種基本備份方式及相應的介質恢復技術進行研究，不涉及文件和文件組的備份恢復、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的備份恢復、高可用性方案等內容的探討。

2 數(shù)據(jù)庫備份

2.1 完整備份

完整備份是所有其他備份類型的基準備份，備份的內容為備份時的所有數(shù)據(jù)以及能將數(shù)據(jù)庫基于這些數(shù)據(jù)恢復到備份結束時一致狀態(tài)的事務日志。

使用不帶DIFFERENTIAL選項的Backup Database命令執(zhí)行完整備份：

Backup Database database_name TO backup_device

完整備份過程分為三個階段：

① 執(zhí)行檢查點（Checkpoint）。將內存中的臟日志和臟數(shù)據(jù)存盤，對處于非完整日志序列維護狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫進行日志截斷，在日志文件中寫入一段檢查點記錄（首條記錄的LSN為檢查點起點的LSN，即CheckpointLSN），內容為當前的MinLSN及所有活動事務的起始LSN，MinLSN是檢查點起點的LSN和當前最早活動事務起點的LSN中的最老LSN。

② 數(shù)據(jù)轉儲。將所有已分配區(qū)（Extent）的數(shù)據(jù)復制到備份集。

③ 日志轉儲。將LSN滿足條件FirstLSN≤LSN

2.2 差異備份

差異備份和完整備份類似，二者主要差別是備份的數(shù)據(jù)不同，差異備份以最近一次完整備份為基準，捕獲基準備份后發(fā)生更改的數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)。

使用帶DIFFERENTIAL選項的BACKUP DATABASE命令執(zhí)行差異備份：

Backup Database database_name TO backup_device WITH DIFFERENTIAL

2.3 日志備份

使用BACKUP LOG命令執(zhí)行日志備份：

Backup LOG database_name TO backup_device

日志備份的范圍是LSN滿足條件FirstLSN≤LSN

① 如果是第一次執(zhí)行事務日志備份，會備份所有日志記錄，即FirstLSN是第一次完整備份的FirstLSN。

② 否則備份上次日志備份以來新增的日志記錄，即FirstLSN是上次日志備份的LastLSN。

LastLSN是執(zhí)行日志備份時最后一個成功結束事務的下一個事務的開始LSN。

3 數(shù)據(jù)庫恢復

如果將數(shù)據(jù)庫的內容（數(shù)據(jù)和日志等）稱為狀態(tài)，則數(shù)據(jù)庫備份就是把數(shù)據(jù)庫當時的狀態(tài)保存到備份集的過程，而數(shù)據(jù)庫恢復則是通過重演備份集中內容來重建數(shù)據(jù)庫并逐步推進（或稱還原）數(shù)據(jù)庫狀態(tài)，最后重現(xiàn)數(shù)據(jù)庫在恢復點正確狀態(tài)的過程。

數(shù)據(jù)庫恢復操作包括確定恢復點、備份尾日志、選擇恢復鏈、執(zhí)行數(shù)據(jù)庫恢復命令四個基本步驟。

3.1 確定恢復點

恢復點是用戶指定將數(shù)據(jù)庫恢復到的點?；謴忘c可以是：

① 任何備份的尾部。

② 日志備份包含的特定時點（在大容量日志恢復模式下，僅當日志備份不包含大容量更改，才能進行時點還原）

如果恢復點是故障點或最后一個備份與故障點之間的某個時點，則恢復所需的事務日志還在日志文件中。因為介質恢復是通過備份進行的，所以應先將處于日志文件尾部的這部分日志備份出來（稱為尾日志備份）。需要注意的是，對于大容量日志恢復模式下的數(shù)據(jù)庫，無法對包含大容量日志操作的活動日志執(zhí)行尾日志備份。

實際上，對處于完整恢復模式或大容量日志恢復模式下的數(shù)據(jù)庫，SQL Server如果檢測到存在未備份的活動日志，總是要求在還原前執(zhí)行尾日志備份。

3.2 備份尾日志

如果數(shù)據(jù)庫服務可用，用帶NORECOVERY選項的BACKUP LOG命令執(zhí)行常規(guī)的尾日志備份。對受損數(shù)據(jù)庫可嘗試用NO_TRUNCATE或CONTINUE_AFTER_ERROR選項備份尾日志，這兩個選項指示備份操作跳過錯誤繼續(xù)進行，因此可能導致數(shù)據(jù)丟失。

如果以上方法都無法備份尾日志，或者服務無法啟動，則只能嘗試用非常規(guī)方法進行尾日志備份了，例如將日志文件“假載”到其他服務器上進行恢復。

有時需要在沒有進行尾日志備份的情況下恢復數(shù)據(jù)庫，例如尾日志已無法備份，或者恢復點不在尾日志中。可在數(shù)據(jù)庫恢復的還原階段使用以下方法跳過尾日志檢測：（1）使用帶REPLACE選項的RESTORE命令還原備份（跳過了一些安全性檢查）。（2）還原時在每個RESTORE命令中使用STOPAT等時點還原參數(shù)指定已有日志備份包含的時點。（3）使用MOVE選項將數(shù)據(jù)庫還原到新位置并具有新名稱（如果還原到不同服務器可以使用相同名稱）。

3.3 選擇恢復鏈

恢復鏈是從已有備份序列中選出的、按備份先后次序排列的、用于恢復數(shù)據(jù)庫的備份組合。恢復鏈起于完整備份、止于恢復點所在備份，中間可能還包含其他備份，用于將數(shù)據(jù)庫狀態(tài)沿著恢復鏈逐步還原到恢復點。

要成功恢復數(shù)據(jù)庫，恢復鏈中每個備份都應該是可成功還原的，有四種備份可成功還原：

第1種 完整備份。

第2種 基準備份已被選進恢復鏈的差異備份。

第3種 恢復鏈中的第一個日志備份，如果和緊接在前面的完整備份（或差異備份）之間的LSN不存在缺口，即：日志備份的FirstLSN≤前一個備份的LastLSN≤日志備份的LastLSN，則日志備份是可成功還原的。

第4種 二個相鄰的日志備份，如果二者之間的LSN首尾相連，即：后一個日志備份的FirstLSN=前一個日志備份的LastLSN，則后一個日志備份是可成功還原的。

3.4 執(zhí)行數(shù)據(jù)庫恢復命令

數(shù)據(jù)庫恢復包括還原和恢復兩個階段。

（1） 還原（RESTORE）階段

此階段使用帶“NORECOVERY”選項的RESTORE命令按備份的先后次序逐一還原恢復鏈中的各個備份，將數(shù)據(jù)庫狀態(tài)逐步推進，直到恢復點。

① 還原完整備份。

RESTORE DATABASE database_name FROM backup_device WITH NORECOVERY

此命令將完整備份中的數(shù)據(jù)復制到數(shù)據(jù)庫并進行初始化，然后在此基礎上應用備份中的日志記錄（首先從備份集標頭讀出CheckpointLSN，據(jù)此在備份日志中找到對應的檢查點記錄，讀出當時保存的MinLSN和所有活動事務的起點LSN，就可找到每個活動事務的所有日志記錄，然后重做已完成事務，保留未完成事務），將數(shù)據(jù)庫還原到完整備份完成時的狀態(tài)。

② 還原差異備份

RESTORE DATABASE database_name FROM backup_device WITH NORECOVERY

此命令將備份集中的差異數(shù)據(jù)應用到數(shù)據(jù)庫（用差異數(shù)據(jù)覆蓋對應區(qū)），然后在此基礎上應用備份中的日志記錄（類似還原完整備份），將數(shù)據(jù)庫推進到差異備份完成時的狀態(tài)。

③ 還原日志備份

RESTORE LOG database_name FROM backup_device WITH NORECOVERY

此命令將備份集中的日志記錄應用到數(shù)據(jù)庫，重做已完成事務，保留未完成事務，將數(shù)據(jù)庫推進到日志備份完成時的狀態(tài)。

（2） 恢復（RECOVERY）階段

所有備份還原后，數(shù)據(jù)庫狀態(tài)還原到了恢復點，接下來需要對還原后數(shù)據(jù)庫中的存疑事務（可能不符合ACID特性的事務）進行處理，見圖1。

存疑事務以事務日志中的最后一個檢查點為界限分成二部分。第一部分是最后檢查點之前的事務，這些事務都已被寫入日志文件和數(shù)據(jù)文件，暫時無需處理。第二部分是最后檢查點和恢復點之間的事務，這些事務可能存在兩種問題：一是在日志中已提交的事務可能未被寫入數(shù)據(jù)文件（T2、T4），原因是寫日志和寫數(shù)據(jù)是按WAL原則異步進行的，事務提交會將日志存盤，但數(shù)據(jù)可能尚未在恢復點之前存盤。二是未完成的事務被寫到了數(shù)據(jù)庫，原因是檢查點會把未完成事務存盤，但直到恢復點還沒有提交（T3、T5）。

此階段使用帶“RECOVERY”選項的RESTORE命令來處理存疑事務：

RESTORE DATABASE database_name WITH RECOVERY

此命令根據(jù)最后一個檢查點的CheckpointLSN，在備份日志中找到對應的檢查點記錄，據(jù)此讀出當時保存的MinLSN和所有活動事務的起點LSN，從而找到每個存疑事務的所有日志記錄，然后重做未存盤的已完成事務（T2、T4），撤銷已存盤的未完成事務（T3、T5），將數(shù)據(jù)庫恢復到恢復點時的一致狀態(tài)。

RECOVERY階段的操作可以合并到RESTORE階段的最后一個還原步驟。換言之，在還原階段的最后一個步驟不使用NORECOVERY選項，而改用RECOVERY選項，該選項在還原最后一個備份后，立即進入恢復階段。

4 實例研究

模擬典型的備份策略，分析備份信息，揭示備份間的內在聯(lián)系，研究恢復到故障點的恢復鏈方案。

4.1 數(shù)據(jù)庫備份

生成備份序列（用逗號分隔的備份名稱表示）：F1，L1，L2，D1，L3，L4，D2，L5，L6，F(xiàn)2，L7，L8，D3，L9，L10，D4，L11，其中備份名稱由備份類型字母（F表示完整備份，D表示差異備份，L表示日志備份）加備份序號組成，每種備份類型獨立編號。

RESTORE HEADERONLY命令用于查詢備份集標頭的基本備份信息，備份集的FirstLSN、LastLSN、CheckpointLSN、DatabaseBackupLSN反映了備份之間在日志和數(shù)據(jù)方面的內在聯(lián)系?？捎脠D示的方法直觀顯示這種關聯(lián)，見圖2。圖中備份集的LSN范圍用水平線段（FirstLSN≤LSN

4.2 數(shù)據(jù)庫恢復

1）確定恢復點、備份尾日志

恢復點是故障點，因此首先執(zhí)行尾日志備份。將尾日志備份Tail的LSN范圍也標注在圖2。

2）選擇恢復鏈

按照選擇恢復鏈的要求，借助圖2，可方便地選出恢復鏈：

第一個備份必須是完整備份，用作后續(xù)還原的基準，可選F1或F2，但為了縮短恢復鏈，減少恢復時間，選F2。最后一個備份是包含恢復點的Tail。由于這兩個備份并無直接關聯(lián)，故需選擇一些中間備份，以將數(shù)據(jù)庫狀態(tài)從F2逐步還原到Tail。

最佳方案：（F2，D4，L11，Tail）。F2屬于第1種可成功還原備份，D4屬于第2種，L11屬于第3種，Tail屬于第4種。這個方案的恢復鏈最短，故恢復時間最少。

備選方案：（F2，D3，L9，L10，L11， Tail）、（F2，，L7～L11， Tail）可用作最佳方案當差異備份D4或D3有問題時的替換方案；（F1，D2，L5～L11， Tail）及（F1，D1，L3～L11， Tail）、（F1，L1～L11， Tail）可用作最佳方案當完整備份F2有問題時的替換方案。

在以上方案中，任何一個備份都是必需的，如果其中一個備份丟失或被破壞，則恢復鏈中斷，按此方案只能將數(shù)據(jù)庫恢復到中斷點之前的某個狀態(tài)了，這里將這種恢復鏈稱為最簡恢復鏈。

實際上，在最簡恢復鏈中還可加入其他備份，只要所加入的備份滿足可成功還原的要求，并不影響恢復結果。例如最佳方案可修改為：（F1，F(xiàn)2，L7，D3，L9，D4，L11，TailLog），但這樣做除了增加恢復時間別無意義。

5 結論

SQL Server的備份恢復，還包括文件和文件組的備份恢復、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的備份恢復等。DBA應在透徹理解備份恢復機制的基礎上，通過深入細致的研究實踐真正掌握備份恢復技術，如此才能從容應對各種復雜情況。

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