2024年4月22日发(作者：)

计算机光盘软件与应用　

２０１２年第１４期　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＣＤ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　工程技术　

几种数据库恢复技术比较　

宋金平　

（集宁师范学院，内蒙古乌兰察布

摘

０１２０００）　

要：本文分析了数据库恢复技术中的延迟更新技术、立即更新技术、镜像页技术、检查点技术的特点和区别，在实际的数据　

库操作过程中根据不同的损坏情况数据库管理系统采用不同的恢复技术。　

关键词：恢复技术；延迟更新；镜像页；检查点　

中图分类号：ＴＰ３１１．１３　文献标识码：Ａ文章编号：１００７－９５９９（２０１２）１４—００５３—０２　

恢复管理器可以大胆假设，如果在日志文件中不存在某个事务的　

数据库的损坏有两种类型物理损坏、非物理或事务故障，数　

据库管理系统使用的恢复技术依赖于数据库损坏的类型。　

一

、

延迟更新技术　

采用延迟更新技术时，只有到达事务的提交点，更新才被写　

入数据库。即数据库的更新要延迟到事务执行成功并提交时。在　

事务执行过程中，更新只被记录在事务日志和缓冲区中。当事务　

提交后，事务日志被写入磁盘，更新被记录到数据库。如果一个　

事务在到达提交点之前出现故障，它将不会修改数据库，因此也　

没必要进行撤销操作。使用延迟更新技术时，事务日志的内容如　

下。　

（１）当事务Ｔ启动时，将“事务开始”（或＜Ｔ，ＢＥＧＩＮ＞）　

记录写入事务日志文件。　

（２）在事务Ｔ执行期间，写入一条新的日志记录，该新记　

录包含所有之前制定的日志数据，例如为属性Ａ赋新值ａｉ，则用　

＜ＷＲＩＴＥ（Ａ，ａｉ）＞表示。每一个记录包括事务的名称Ｔ，属性　

的名称Ａ和属性的新值ａｉ。　

（３）当事务Ｔ的所有活动都成功提交时，将记录＜Ｔ，　

ＣＯＭＭＩＴ＞写入事务日志，并将该事务的所有日志记录写到磁盘　

上，然后提交事务。使用日志记录来完成对数据库的真正更新。　

（４）如果事务Ｔ被撤销了，则忽略该事务的事务日志，并　

且不执行写操作。　

如果在数据库真正更新过程中发生故障，所有出现了事务开　

始和事务提交日志记录的事务必须被重做。重做的顺序是按日志　

记录被写入日志的顺序执行。如果在故障发生前已经执行了写操　

作，则再次写入该数据，这种方法保证了一定会更新所有在故障　

发生前没有被正确更新的数据项。　

对所有出现了事务开始和事务撤销的日志记录的事务，不进　

行特别的操作。　

如果在恢复过程中又发生了系统崩溃，则可以再次使用日志

记录来恢复数据库。　

二、立即更新技术　

采用立即更新技术时，更新一旦发生即被施加到数据库中，　

而无需等到事务提交点以及所有的更改被保存在事务日志时。使　

用立即更新技术时，事务日志内容如下。　

（１）当事务Ｔ开始时，“事务开始”（或＜Ｔ，ＢＥＧＩＮ＞）被写　

入事务日志文件。　

（２）当执行一个写操作时，向日志文件中写入一条包含必要　

数据的记录。　

（３）一旦写入了事务日志记录，就对数据库缓冲区进行写更　

新　

（４）当缓冲区数据被转入辅助存储器时，写入对数据库的更　

新。　

（５）读数据库自身的更新在缓冲区下一次被刷新到辅助存储　

时进行。　

（６）当事务Ｔ提交时，“事务提交”（＜Ｔ，ＣＯＭＭＩＴ＞）记录　

被写入事务记录。　

实际上，日志记录（或至少是部分曰志记录）是在对应的写　

操作施加到数据库之前被写入的，这称为“先写日志协议”。因为　

如果先对数据库进行更新，而在日志记录被写入之前发生了故障，　

则恢复管理器将无法进行撤销或重做。通过使用先写日志协议，　

提交记录，则该事务在故障发生时一定处于活动状态，因此必须　

被撤销。　

如果事务被撤销，则可利用日志撤销事务所做的修改，因为　

日志中包含了所有被更新字段的原始值（前像）。由于一个事务可　

能对一个数据项进行过多次更改，因此对写的撤销应该按逆序进　

行。无论事务的写操作是否被施加到了数据库本身，写入数据项　

的前像保证了数据库被恢复到事务开始前的状态。　

如果系统发生了故障，恢复过程使用日志对事务进行如下的　

撤销或重做。　

（１）对于任何“事务开始”和“事务提交”记录都出现在日　

志中的事务，用日志记录来重做，按日志记录的方式写入更新的　

后像值。　

（２）对于任何“事务开始”记录出现在日志中，而“事务提　

交”记录未出现在日志中的事务，必须撤销它。　

三、镜像页技术　

在镜像页模式中，数据库被认为是由固定大小的磁盘页的逻　

辑存储单元组成。通过页表将页映射到物理存储分区，数据库中　

的每个逻辑页对应页表中的一条记录。每条记录包含页所在的物　

理存储的分区号。因此，镜像页模式是间接页分配的一种形式。　

在单用户环境下，镜像页技术不需要使用事务日志，但在多用户　

环境下可能需要事务日志来支持并发控制。　

镜像页方法在事务的生存期内，为其维护两个页表，一个是　

当前页表，另一个是镜像页表，当事务刚启动时，两个页表是一　

样的。此后，镜像页表不再改变，并在系统故障时用于恢复数据　

库。在事务执行过程中，当前页表被用于记录对数据库的所有更　

新。但事务结束时，当前页表转变成镜像页表。　

修改后的页　

ｒ．］／　

ｌ墨兰兰兰｝＝＼，。　

未修改的页　

镜像页　

．

图１镜像页模式　

如图１所示，事务影响的页被复制到新的物理存储区中，通　

过当前页表，这些分区和那些没有修改的分区是事务可以访问的。　

被更改的页的老版本保持不变，并且通过镜像页表事务仍然可以　

访问这些页。镜像页表包含事务开始之前页表中存在的记录以及　

指向从未被事务修改的分区记录。镜像页表在事务发生时保持不　

变，用于撤销事务时使用。　

相对基于日志的方法，镜像页技术有很多优点：它消除了维　

护事务日志文件的开销，而且，由于不需要对操作进行撤销或重　

做，因此其恢复速度也非常快。但它也有缺点，比如数据碎片或　

分散，需要定期进行垃圾收集以回收不能访问的分区。　

四、检查点技术　

在利用日志机制进行数据库恢复时，恢复子系统必须搜索日　

志，以确定哪些需要重做，哪些需要撤销。一般来说，需要检查　

所有的日志记录。这样做有两个问题：一是搜索整个日志将耗费　

大量的时间，二是很多需要重做处理的事务实际上可能已经将它　

（下转第５５页）　

计算机光盘软件与应用　

２０１２年第１４期　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＣＤ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　工程技术　

冶金法通常采用两步法生产多晶硅，顺序没有严格的要求，　

中，杂质才能进行速率和方向不同的迁移，固态电移法适合于一　

目前通常采用纯度较高的工业硅为原料，经过两步后得到太阳能　

些难以除去的微量元素，例如Ｏ、Ｎ、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｐ等。该方法对　

级多晶硅。　

初始用来提纯的原料的纯度也有一定的要求，因此固态迁移法属　

（二）高纯碳热还原法　

于前期工艺在后期的一个补充后续工艺。　

近几年新出现的制硅技术主要是碳热还原法，但从事该领域　目前我国对于提纯技法的后期再提纯缺乏研究，可以运用这　

研究的还很少，碳热还原法是将工业硅用高纯碳还原为高纯二氧　

种方法，除去一些常规技法去除不了的微量元素。　

化硅在进行脱碳工序，以得到高纯度的硅体，碳热还原法的具体　

三、在西门子法基础上改进的工艺　

化学方程式为：　

（一）三氯氢硅等离子体增强化学气相沉积制备　

ｓｉｏ２（ｓ）＋／ｑ（ｓ｝　Ｓｉ（１）＋２ＣＯ④　

高纯多晶硅等离子体增强化学气相沉积通常用于制备薄膜材　

实际发生的反应主要有：　

料，这种方法与西门子法比较的优点在于：热ＣＶＤ法虽然在整　

（１）ｓｉｏ２（ｓ）＋Ｃ（ｓ）＝ｓｉＱ（ｇ）＋ＣＯ（　

个高温区沉积，但沉积速度慢，等离子体增强ＣＶＤ沉积温度低、　

沉积速度快。　

（２）２Ｓｉ０２（ｓ）十　（ｇ）＝３ＳｉＯ（曲＋ｃｏ《曲　

（二）锌还原四氯化硅　

利用锌代替氢气来还原四氛化硅的锌还原法，可以得到纯度　

较高的多晶硅。　

（３）ＳｉＯ２（ｓｊ＋Ｓｉ（１》一２ｓｉｏ（ｇ）　

（三）熔盐电解法　

熔盐电解法也是制备特殊硅料的一种新的思维技法，在制备　

（４）曼　＋２＿Ｃ（ｓ）＝　（ｓ）＋ｅｏ　

太阳能用硅料上主要有一下几种方法：　

１．熔盐电解Ｓｉ０２：以高纯度的Ｓｉ０２为为原料，使反应温度　

（５）ＳＩＯ２⑧＋最暖（ｓ）＝２Ｓｉ（１）＋ＣＯ　

高于硅熔点，通过熔盐电解制备多晶硅，该工艺需要在高温下才　

碳热还原法对原料的要求比较高，对原料的纯度一家杂质含　

能进行，所以能耗极大，设备折损严重，并且难以获得太阳能多　

量都有非常高的限制，在理论上该方法以及试验中都取得不错的　

晶硅。　

效果，具体的工序参见图２，表１是冶炼后（即除碳后）其他　

２．熔盐电解氟硅酸盐：采用熔盐电解法，以高纯氟硅酸盐为　

杂质含量都不大，如果再选择性的，定向地运用凝固法，就可以　

原料，硅以固态形式析出。存在的问题是，硅以枝晶析出，导电　

提取纯度更高的太阳能用硅。　

性差，阴极固液界面不稳定，沉积速度慢，无法连续生产；　

表１原料及其产品杂志含量（ｐｐｍ）　

以高纯度的Ｓｉ０２为阳极，以阴极氧元素与其进行电化学反应　

原料　Ｂ　Ｐ　Ａｉ　Ｔｉ　Ｐｅ　Ｃ　

来制备多晶硅，但该方法也同样存在一些问题，在脱氧过程中无　

硅石　＜Ｏ．０５　＜Ｏ．２　０．８　０．５　Ｏ．５　｜　

法去除杂质，难以保证硅料的纯度，并且由于二氧化硅导电性差，　

碳靶　＜Ｏ．１　Ｏ．６　＜Ｏ．１　＜Ｏ．１　１．８　｜　

反应很难充分进行，所以效率很低。　

产品　电极　＜Ｏ．１　Ｏ．２　＜Ｏ．１　＜Ｏ．１　＜Ｏ．４　｜　

四、结束语　

石英管　＜０．１　＜Ｏ．１　＜０．１　＜Ｏ．１　＜Ｏ．６　｜　

综上所述，金属硅的生产的具有多种方法，然而每一种方法　

硅　＜Ｏ．１　１　１．４　３．５　１１．７　＞１０００　

都有他的局限性，笔者详细讲述了自金属硅概念出现以来，各种　

关于金属硅的生产的探索，对各种方法进行例举对比，为生产领　

在１９５３年，国际上就开始对固态电迁移提纯金属进行一定程　

域提供了很好的参考。市场上对于太阳能用硅的需求量增加，同　

度的研究，专注于稀有金属的研究，在１９８１年，科学家运用固态　

时也导致了太阳能级硅的生产工艺的变革，我们期待新的技术的　

出现，必将是人类历史的一大步。　

电迁移法提纯获得了当时世界上最高纯度的稀有金属——钇，它　

参考文献：　

的具体原理是将金属置于一个高强电场内，在电子的流动的同时，　

会有一个较小的质量迁移，迁移的具体方程式为：　

【１李红波，１１俞善庆．太阳能光伏技术及产业发展　．上海电　

１．金属中电子向空位流动而引起的自迁移；　

力，２００６，（４）：３３１－３３７　

２．合金内用于置换的杂质，由于移动的速率和方向不同，根　

［２］梁骏吾．光伏产业面临多晶硅瓶颈及对策Ⅱ】．科技导　

据此可以对其进行分离，以达到提纯的效果。　

报，２００６，２４（０６）：４—７　

３．合金中的间隙溶质的迁移。该技法决定只有在特定的熔体　

（上接第５３页）　在系统出现故障时，恢复子系统将根据事务的不同状态采取　

们的更新结果写到了数据库中，而恢复子系统又重新执行了这些　不同的恢复策略，如图２。　

操作，同样浪费了大量时间。为了解决这些问题，又发展了具有　

事务Ｔｌ　

检查点的恢复技术。这种技术在日志文件中增加两个新的记录一　

事务Ｔ２　

检查点记录和重新开始记录，并让恢复子系统在登记日志文件期　

事务Ｔ３　

间动态地维护日志。　

检查点记录的内容包括以下两点。　

事务Ｔ４　

（１）建立检查点时刻所有正在执行的事务列表。　

开始时间ｔ　榆查点ｔ　故障点ｔ　

（２）这些事务最近一个日志记录的地址。　

图２检查点的例子　

重新开始文件用于记录各个检查点记录在日志文件中的地　

假设使用事务日志进行立即更新，同时考虑图２所示的事务　

址。　

Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３和Ｔ４的时间线。当系统在ｔｆ时刻发生故障时，只需　

动态维护日志文件的方法是周期性地执行记录检查点和保存　

扫描事务日志至最近的一个检查点ｔｃ。　

数据库状态的操作。其具体步骤如下：　

（１）事务Ｔ１是在检查点之前提交的，因此没有问题，不需　

（１）将日志缓冲区中的所有日志记录写入到磁盘日志文件　

要重做。　

上。　

（２）事务Ｔ２是在检查点之前开始的，但在故障点时已经完　

（２）在日志文件中写入一个检查点记录，该记录包含所有在　

成，因此需要重做。　

检查点运行的事务的标识。　

（３）事务Ｔ３是在检查点之后开始的，但在故障点时已经完　

（３）将数据缓冲区的所有修改过的数据写入到磁盘数据库　

成，因此也需要重做。　　．

中。　

（４）事务Ｔ４也是在检查点之后开始的，而且在故障点时还　

（４）将检查点记录在日志文件中的地址写入一个重新开始文　

未完成，因此需要撤销。　

件，以便在发生系统故障而重启时可以利用该文件找到日志文件　

参考文献：　

中的检查点记录地址。　

［１］何玉洁．数据库系统教程【Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２０１０　

恢复子系统可以定期或不定期地建立检查点来保存数据库的　

【２１￣４ｆｌ乐等，数据库系统教程（第３版）【Ｍ】．北京：高等教　

状态。　

育出版社，２００８　

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