DBMS 中原子性和持久性的实现

原子性和持久性是数据库管理系统 (DBMS) 中两个重要的概念，它们确保数据的一致性和可靠性。

原子性

数据库管理系统 (DBMS) 中事务的关键特征之一是原子性，它保证事务中的每个操作都被视为一个单一的、不可分割的工作单元。

重要性

数据库管理系统 (DBMS) 中事务的一个关键特征是原子性。它确保作为事务一部分的每个操作都被视为一个单一的、不可分割的工作单元，要么全部完成，要么全部不完成。

即使发生错误、故障或崩溃，原子性也能确保数据库保持一致性。以下是原子性在 DBMS 中必不可少的一些原因：

• 一致性： 原子性确保数据库始终保持一致状态。如果事务中断或因任何其他原因失败，它所做的所有更改都将回滚，使数据库返回到其初始状态。通过这样做，可以维护数据库的一致性和数据完整性。
• 恢复： 原子性保证，在系统故障或崩溃的情况下，数据库可以恢复到一致状态。如果事务中断或失败，它所做的所有更改都将被撤销，然后使用撤销日志将数据库重置为其初始状态。这保证了即使发生故障，数据库也可以恢复到一致状态。
• 并发性： 原子性确保事务可以同时运行而不会相互影响。每个事务独立于其他事务执行，其修改保持独立。这保证了多个用户可以并发访问数据库而不会导致冲突或数据不一致。
• 可靠性： 即使面对错误或故障，原子性也保证数据库是值得信赖的。通过确保事务是原子的，即使发生系统故障、崩溃或错误，数据库也能保持一致和可靠。

原子性的实现

DBMS 中采用多种策略来建立原子性，以保证事务中的所有操作要么全部正确完成，要么全部不执行。

在 DBMS 中实现原子性的技术

以下是一些用于在 DBMS 中实现原子性的常用技术：

• 撤销日志： 撤销日志是一种机制，用于跟踪事务在提交到数据库之前所做的更改。如果事务失败，撤销日志将用于撤销事务所做的更改，从而有效地回滚事务。通过这样做，可以保证数据库保持一致状态。
• 重做日志： 重做日志是一种机制，用于跟踪事务提交到数据库后所做的更改。如果系统在事务提交后但在其更改写入磁盘之前发生故障，则可以使用重做日志重做更改并确保数据库一致。
• 两阶段提交： 两阶段提交是一种协议，用于确保分布式系统中的所有节点一起提交或中止事务。这确保事务在所有节点上原子地执行，并且数据库在整个系统上保持一致。
• 锁定： 锁定是一种机制，用于防止多个事务并发访问相同的数据。通过确保一次只有一个事务可以编辑特定数据，锁定有助于避免冲突并维护数据库的一致性。

耐用性

数据库管理系统 (DBMS) 中事务的关键特征之一是持久性，它保证事务一旦提交，其所做的更改将永久保存在数据库中，即使发生系统故障或灾难也不会丢失。

重要性

持久性是数据库管理系统 (DBMS) 中事务的一个关键属性，它确保一旦事务提交，其更改将永久存储在数据库中，并且即使发生系统故障或崩溃也不会丢失。以下是持久性在 DBMS 中必不可少的一些原因：

• 数据完整性： 持久性确保数据库中的数据保持一致和准确，即使发生系统故障或崩溃。它保证已提交的事务是持久的，并且将在不丢失数据或损坏数据的情况下恢复。
• 可靠性： 持久性保证数据库即使出现故障或错误也能继续可靠。在系统问题、崩溃或故障的情况下，通过确保已提交的事务是持久的，可以保持数据库的一致性和可信赖性。
• 恢复： 持久性保证，在系统故障或崩溃的情况下，数据库可以恢复到一致状态。如果已提交的事务因系统故障或崩溃而丢失，则可以从重做日志或其他备份存储中恢复它，从而将数据库恢复到一致状态。
• 可用性： 持久性确保数据库中的数据始终可供用户访问，即使发生系统故障或崩溃。它确保已提交的事务始终保留在数据库中，并且在系统崩溃时不会丢失。

DBMS 中持久性的实现

DBMS 中持久性的实现涉及多种技术，以确保已提交的更改是持久的，并且可以在发生故障时恢复。

实现持久性的技术

以下是一些用于在 DBMS 中实现持久性的常用技术：

• 预写日志： 预写日志是一种机制，用于确保事务所做的更改在写入数据库之前记录在重做日志中。这确保更改是永久性的，并且可以在系统故障时从重做日志中恢复。
• 检查点： 检查点是一种技术，用于定期将数据库状态写入磁盘，以确保已提交事务所做的更改永久存储。检查点有助于最大限度地减少数据库恢复所需的工作量。
• 冗余存储： 冗余存储是一种技术，用于在单独的磁盘或系统上存储数据库或其部分（例如重做日志）的多个副本。这确保即使发生磁盘或系统故障，数据也可以从冗余存储中恢复。
• RAID： 为了提高性能和可靠性，RAID（独立磁盘冗余阵列）是一种用于将多个驱动器集成到单个逻辑单元中的技术。RAID 可用于实现冗余并确保即使发生磁盘故障，数据也是持久的。

以下是 DBMS 用于实现原子性和持久性的一些常用技术

• 事务： 事务用于将需要原子执行的相关操作分组。它们要么提交（在这种情况下，所有更改都成为永久性的），要么回滚（在这种情况下，所有更改都不成为永久性的）。
• 日志记录： 日志记录是一种技术，它涉及将对数据库所做的所有更改记录在一个名为日志的单独文件中。日志用于在发生故障时恢复数据库。预写日志是一种常见技术，它保证数据在写入数据库之前写入日志。
• 影子分页： 影子分页是一种技术，它涉及在进行任何更改之前复制数据库。该副本用于在发生故障时提供数据库的一致视图。在事务提交后，修改将应用于原始数据库。
• 备份和恢复： 为了保证在发生故障时数据库可以恢复到一致状态，使用了备份和恢复过程。这涉及定期备份数据库并跟踪自上次备份以来对数据库所做的更改。

结论

总之，DBMS 中原子性的实现涉及多种技术，例如撤销和重做日志、两阶段提交和锁定。这些方法保证，即使在系统问题或故障的情况下，事务中包含的每个操作都以原子方式执行，并且数据库保持其一致性。

DBMS 中持久性的实现涉及多种技术，例如预写日志、检查点、冗余存储和 RAID。这些技术确保已提交的更改是持久的，并且可以在系统故障或崩溃时恢复，从而确保数据可靠性和完整性。

DBMS 通过使用事务、日志记录、影子分页以及备份和恢复机制来实现原子性和持久性。这些方法保证，即使面对错误、故障或崩溃，数据库也能保持一致性。