面试题：分布式系统中ACID持久性如何在数据库故障恢复时体现

Question

在分布式数据库系统环境下，阐述当发生系统崩溃、介质故障等情况后，数据库如何依据ACID持久性原则恢复到事务提交后的正确状态，说明涉及到的日志机制、检查点机制等关键技术的作用及相互关系。

Answer 1

基于ACID持久性原则的恢复机制

1. ACID持久性原则：持久性确保一旦事务提交，对数据库的修改就永久保存，即使发生系统崩溃、介质故障等情况。
2. 日志机制
   • 作用：日志记录了数据库的所有修改操作。在系统崩溃后，通过重放日志中的已提交事务的记录，可以将数据库恢复到崩溃前已提交事务的状态。同时，日志还用于撤销未提交事务的修改，以保证事务的原子性。例如，在银行转账事务中，日志会记录从账户A扣除金额和向账户B添加金额的操作。
   • 类型：常见的有撤销日志（Undo Log）和重做日志（Redo Log）。撤销日志用于回滚未提交事务，重做日志用于重做已提交事务。
3. 检查点机制
   • 作用：定期将内存中已提交的数据修改刷新到磁盘，减少恢复时需要扫描日志的范围。检查点记录了在某一时刻所有已提交事务的状态。当系统崩溃后，只需从最近的检查点开始扫描日志，而不必从日志开头扫描，大大缩短了恢复时间。例如，若每10分钟设置一个检查点，系统崩溃后只需处理最近10分钟内的日志记录。
   • 操作：在检查点时刻，数据库系统会将所有已提交事务对应的缓冲区数据写入磁盘，并在日志中记录检查点信息。
4. 关键技术的相互关系
   • 日志机制是数据库恢复的基础，记录了所有数据库修改操作，为恢复提供数据依据。
   • 检查点机制依赖于日志机制，检查点信息也记录在日志中。它通过定期刷新数据到磁盘，优化了基于日志的恢复过程，减少恢复时间。在恢复时，先根据检查点确定恢复起点，然后利用日志进行重做和撤销操作，从而使数据库恢复到事务提交后的正确状态。