面试题：并发与同步：操作系统死锁恢复中如何保护关键数据的一致性

Question

在操作系统死锁恢复过程中，为确保关键数据的一致性，通常会采取哪些基本的数据保护措施？请简要阐述这些措施的工作原理。

Answer 1

1. 数据备份与恢复
   • 工作原理：在系统正常运行时，定期对关键数据进行备份。备份方式可以是全量备份（复制所有关键数据）或增量备份（仅备份自上次备份后发生变化的数据）。当发生死锁需要恢复时，利用备份的数据覆盖当前不一致的数据，使数据回到一个已知的正确状态。例如，数据库系统会定期创建完整数据库备份文件，在故障恢复时可以从这些备份文件中恢复数据。
2. 日志记录与回滚/前滚
   • 回滚日志：
     • 工作原理：系统在对关键数据进行修改操作前，将修改前的数据状态记录到回滚日志中。如果在死锁恢复过程中发现某个操作导致数据不一致，系统可以根据回滚日志中的记录撤销该操作，将数据恢复到修改前的状态。例如，在数据库事务处理中，对数据的插入、更新、删除操作都会先记录到回滚日志，若事务因死锁等原因无法正常提交，就可以利用回滚日志撤销这些操作。
   • 前滚日志：
     • 工作原理：前滚日志记录了系统对关键数据进行的所有修改操作。在死锁恢复时，系统可以根据前滚日志重新执行那些已经完成但尚未持久化到数据存储中的操作，使数据达到最新的一致状态。例如，在系统崩溃后重启进行恢复时，利用前滚日志将未完成事务提交前已做的修改重新应用到数据上。
3. 锁机制与事务隔离
   • 锁机制：
     • 工作原理：通过对关键数据设置锁（如共享锁、排他锁等），在同一时间只允许一个事务对数据进行修改操作，其他事务若要访问该数据，需要等待锁的释放。在死锁恢复过程中，重新检查锁的持有情况和事务的执行状态，确保数据不会被多个事务同时不一致地修改。例如，在文件系统中，对文件进行写操作时会加排他锁，防止其他进程同时写入导致数据损坏。
   • 事务隔离：
     • 工作原理：定义不同的事务隔离级别（如读未提交、读已提交、可重复读、串行化等），控制一个事务对其他事务修改数据的可见性。在死锁恢复后重新启动事务时，按照设定的隔离级别执行事务，避免数据不一致问题。例如，在可重复读隔离级别下，一个事务在执行过程中多次读取同一数据时，读到的数据是一致的，不受其他事务修改的影响，保证了数据的一致性。