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日志系统是保证数据库管理系统正确执行事务的基本机制。根据作用的不同,日志系统分为 UNDO 和 REDO 两种,本文对 UNDO 类型日志的原理进行简单模拟说明。
1 UNDO 日志要求
- 日志记录了数据修改之前的旧值;
- 数据刷盘之前,把日志刷盘;(一致性)
- 数据刷盘之后,把日志 COMMIT 刷盘。(持久性)
2 UNDO 日志缺陷
UNDO 日志提供了足够的信息可以保证事务的一致性和持久性。但是,为了保持一致性,采取的是被动保守的策略,即:用旧值覆盖不能确保成功的事务。 未成功的事务不能重新执行,只能恢复到事务之前的一致状态。
2 模拟代码
只是模拟了数据写入的过程,没有模拟数据恢复过程,待以后有时间补充。
/* UNDO 类型日志基本流程模拟 */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <err.h>
/* 日志文件, 基本格式:
* T1_START
* A=100
* B=100
* T1_COMMIT
*/
#define LOG_FILE "test.log"
/* 数据文件, 基本格式: 每行一个键值对,长度固定为 1024,右侧用空格填充。* A=100 (padding)
* B=100 (padding)
*/
#define DATA_FILE "test.data"
#define LINE_MAX 1024
/* 键值对 */
typedef struct KV KV;
struct KV
{char* key;
char* value;
};
/* 从硬盘读取名为 k 的数据 */
static int fread_kv(char* k, char* v, FILE* fp)
{rewind(fp);
char line[LINE_MAX+1]={0};
int lineNo = 0;
while(fread(line, 1, LINE_MAX, fp)==LINE_MAX){int i=0;
while(k[i] && line[i]!='='){if(k[i] != line[i]){break;
}
i++;
}
if(line[i] == '='){strcpy(v, &line[i+1]);
return lineNo;
1,1 Top }
lineNo ++;
}
return -1;
}
/* 把数据刷入硬盘 */
static void fwrite_kv(char* k, char* v, FILE* fp)
{int lineNo = -1;
char newLine[LINE_MAX];
sprintf(newLine, "%s=%s", k, v);
int offset = 0;
if((lineNo=fread_kv(k,v,fp))<0) /* insert */
{offset = fseek(fp, 0, SEEK_END);
}else{/* update */
offset = fseek(fp, LINE_MAX * lineNo, 0);
}
fprintf(fp, "%-1023s\n", newLine);
fflush(fp);
}
int main(int argc, char** argv)
{FILE* fpLog = fopen(LOG_FILE, "r+");
FILE* fpData = fopen(DATA_FILE, "r+");
if(!(fpLog && fpData)){perror(NULL);
}
/* 开始一个事务 */
char log[1024] = "T1 START\n";
/* 在内存中执行事务操作 */
char v[LINE_MAX];
fread_kv("A", v, fpData);
int A = atoi(v);
fread_kv("B", v, fpData);
int B = atoi(v);
char logA[1024];
sprintf(logA, "T1:A=%d\n", A); /* 在日志中记录旧值 */
strcat(log, logA);
A -= 50;
char logB[1024];
sprintf(logB, "T1:B=%d\n", B); /* 在日志中记录旧值 */
strcat(log, logB);
B += 50;
/************** 如果此时发生故障,日志和数据均尚未写出到硬盘上, 事务丢失,但保持数据库一致性.*************/
/* 数据刷盘之前,先把日志刷入硬盘 */
fputs(log, fpLog);
fflush(fpLog);
/************* 如果此时发生故障,日志旧值已经被写出到硬盘上,数据尚未写入,恢复时需要把旧值恢复.(随然数据未刷盘,但并不可知)********/
/* 把数据新值刷入硬盘 */
sprintf(v, "%d", A);
fwrite_kv("A", v, fpData);
/************* 如果此时发生故障,日志旧值已经被写出到硬盘上,数据尚未写入,恢复时需要把旧值恢复.********/
abort(); /* 模拟故障 */
sprintf(v, "%d", B);
fwrite_kv("B", v, fpData);
/************* 如果此时发生故障,日志旧值已经被写出到硬盘上,数据已经写入硬盘,但是 COMMIT 日志未写出,也需要恢复旧值.(虽然数据已完整刷盘,但并不可知)********/
/* 数据刷盘之后,把提交日志刷入硬盘 */
fputs("T1 COMMIT\n", fpLog);
fflush(fpLog);
/************* 如果此时发生故障,日志 COMMIT 已刷盘,能够确保数据也已经刷盘成功。无需恢复 ********/
fclose(fpLog);
fclose(fpData);
return 0;
}
代码执行之前:
数据文件内容如下:
A=100
B=100
上述代码执行后:
数据文件内容如下:
A=50
B=100
日志文件内容如下:
T1 START
T1:A=100
T1:B=100
根据日志文件,由于没有找到 T1 COMMIT,所以断定事务 T1 未能成功,数据可能处于不一致状态,需要数据恢复。进而根据日志文件,可以得到事务 T1 执行之前的数据旧值 A =100,B=100,恢复也就很容易了,只要把 A,B 的值都更新为其对应的旧值就可以了。
恢复之后的数据文件:
A=100
B=100
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