CN1092886A - 用于数据库中进行备份的系统 - Google Patents

Abstract

为使用时在主存储器上的分布式实时数据库中 做备份，数据库中所有数据按属于多个逻辑数据库之 一构成，一个逻辑数据库可以但不一定在多个处理器 上扩展，一个特定逻辑数据库的备份功能由发送一个 信息至中央备份处理机而激活。该处理机在多个处 理器边界上同步备份功能。该同步包括通知局部数 据库处理机备份将开始，并建立记录所有未到提交状 态而不应包含在备份中的事务处理的新的事务处理 记录。此后备份只包含对老记录中事务处理的某些 修改。

Description

本发明涉及一种用于在主存储器内运行中的分布式实时数据库内进行备份的系统。

数据库一般有响应贮存与不同更新保持一致，即处于所需状态的数据库中的数据的恢复功能。

为允许从错误写损坏数据库的恢复，需要保存备份版。一个备份包括用于能够恢复数据库到在建立备分版时相同的状态必需的所有数据。

一种典型的数据库恢复策略可总述如下。

如果由于产生了破坏性错误使数据库变为不一致，恢复功能命令重新启动，并重新装入最新备份版的数据库。为允许返回更近的状态，数据库被已保存在记录，即保存在存储器中较早操作的历史信息所更新，该存储器被恢复功能使用，用于恢复最新允许的事务处理，即对数据库中的目标或记录的操作。这里的目标的概念有数据处理领域中的一般的意义。简言之，一个目标是一个带有如何管理它的信息的相关描述的信息包。目标在使用它们的区以后被分类，并用目标等同性（identity）方法识别。目标概念的更详细描述可在例如Peter    Coad和Edward    Yourdon著，Yourdon出版社计算系列的“面向目标的分析”一书中找到。

恢复数据库所需的信息和结构方式由选择用于更新数据库的方法确定。在更新一个目标的情况下，建立原始目标的一个拷贝，设定一个锁以防其它用户更新数据库，并首先在提交（first    at    commit），即由程序或操作员使用的事务处理操作时用于指示当前事务处理已经结束并且它的作用应该保留，已更新的拷贝被接入而设定的锁被释放。

已拷贝的目标和不应提交给备份的目标在带有再装入的数据库再启动时被删除。

在本技术领域中，要求在备份期间，数据库系统不能停止。

在美国专利说明书4077059中，描述了一个含有一个每级有两个存储器单元的分级存储器。两个单元之一含有这一级的所有数据。另一单元只含有对这些数据做出的修改。通过只复制和恢复已改变数据，在错误情况下必须传送的数据量减少。

所述专利说明书没有在严格意义上描述数据库。其中没有由带有系统信息和同步该功能的中央处理机执行的备份功能。

美国A4714995描述了一个带有相关数据库的集成处理器系统。对需要共享一定公共数据元的多个处理器系统进行集成，其中每个处理器系统有一个数据库。其目的是进行控制拷贝。允许在几个数据库中扩展关系和事务处理。

本发明的一个目的是提供前述说明的那种类型的系统，通过该系统允许在进行备份的同时进行数据库操作的事务处理。

根据本发明，在用于在主存储器上运行的实时数据库的备份系统中实现该目的，所述数据库分布在所述数据库包含的执行如下述不同步骤和特征的不同功能的多个处理器中，

多个逻辑数据库的每个数据库可以在多个所述处理器中扩展并有与以下有关的备份功能性，

在所述实时数据库中的所有数据按在所述逻辑数据库中分布方式组成，

带有与处理器有关的信息、备份系统在其上扩展的中央备份处理机，

每个处理器的局部数据库处理机，

触发功能，用于通过发送信息到所述中央备份处理机触发所述逻辑数据库中所述备份功能，以执行所述当前逻辑数据库在其上扩展的处理器的备份功能的同步，

包含通知局部数据库处理机的所述备份的所述同步将被启动，产产生一个新的事务处理记录，在记录中记录了所有不应包含在备份中的事务处理，使得该备份将只包含较早事务处理记录中事务处理的变化。

本发明的最佳实施例有所附权利要求中包含的特征。

换句话说，本发明包括数据库中所有数据按属于多个逻辑数据库之一而组成，一个逻辑数据库可以，但不一定在多个处理器中扩展。一个确定的逻辑数据库的备份功能通过发送一个信息至中央备份处理机而激活，该中央处理机带有有关当前备份系统在其上扩展并在处理器边缘（processor    border）同步备份功能的处理器的信息。该同步包括：通知局部数据库处理机：备份将开始和新的事务处理记录将产生，在该记录中记录所有未达到提交状态并因此不包含在备份中的事务处理。之后，备份将只含有以前事务处理记录中的事务处理的变化。

根据一个实施例，某确定逻辑数据库的备份功能的激活按一定周期进行或在需要时由操作员执行。

该同步最好包括中央备份处理机命令局部数据库处理机在该逻辑数据库中设置一个备份标记，它通知局部数据库处理机备份将开始并使局部数据库处理机根据在当前逻辑数据库中保存的目标而改变动作，因此，在设置备份标记后，局部数据库处理机通过通知中央备份处理机确认已执行完该步骤。

在所有局部数据库处理机已确认时，中央备份处理机命令当前处理器的所有局部记录处理机建立新的事务处理记录。

新的事务处理记录最好可包括一个“备份同步”（“Backup    Synch”）变量。该变量可取“包括”（“Indude”）或“排除”（“Exclucle”）的值，该值由局部数据库处理机和局部备份处理机使用以确定目标是否应该包含在备份中，中央备份处理机命令局部记录处理机改变新事务处理记录中的所述变量到“排除”，表明该目标不应包括在备份内。

“备份同步”变量可从用于与输入“提交”（“COMMIT”）到事务处理记录相关的事务处理的协调程序中收集。“提交”的输入表明事务处理已达到提交状态，并之后将“备份同步”变量值和“提交”信息发送到所有参与的事务处理，这些事务处理又将这些“备份同步”值分配给不同数据库目标，从而使这些事务处理中的所有目标均达到相同的“备份同步”值，并将被包括在备份内或排除在备份外。

根据另一实施例，设置一个指向以前事务处理记录的计数器，以指示在COMMIT状态处理的事务处理的数目，该同步包括在计数器计数为0时，中央备份功能通知希望在备份中包括更新的当前处理器中的任何事务处理都没有协调程序（coordinator）。

在另一实施例中，在局部记录处理机已通知局部数据库处理机已从应包括在备份中并在数据库中可看到的事务处理中做出所有修改后，将开始把目标拷贝到备份区。

可见操作（making    viside）可包括在局部数据库处理机、备份处理机和局部处理机之间的同步。

该同步可由局部记录处理机接着在以前事务处理记录中的事务处理编号而进行，当各务处理输入事务处理结束（END-TRANSACTION）至以前事务处理记录时，事务处理号数为递减计数，而在局部数据库处理机已进行数据库修改并将该修改通知事务处理时，输入ENDTRANSACTION。

最好在所有局部记录处理机中以前事务处理记录中的事务处理数为0时，中央备份处理机命令所有局部备份处理机，开始将要包括在备份中的目标拷贝至备份区，所述目标在备份标志被设定时通过局部数据库处理机响应目标;状态的改变已被标为备份。

根据将目标拷贝至备份区的另一实施例，以前的备份被保存在主存储器直至新的备份结束，随后，以前的备份被分组（packeted）并保存在辅助存储器中。

以下将更仔细地结合附图描述本发明的诸实施例，附图中：

图1示意表示可使用本发明的一个数据库的主存储器备份方案;

图2-8是说明根据图1的一个数据库中的备份功能的流程图;

图9与图1相似，说明在根据本发明进行备份的结束阶段期间，该数据库中的状态;

图10示意说明在两个处理器上扩展的数据库，其状态为紧接所示备份开始之前;

图11放大并更详细地表示位于根据图10的处理器之一中并在备份之后的时间点的数据库和记录，和

图12-14是表示有关参考图10和11所描述的备份可能所需的量的表格。

以上和在以下参考实施例和附图的描述中，不同功能称为如数据库处理机，备份处理机，等等的“处理机”，“逻辑数据库”，等等。这些功能是由所用计算机执行的程序或步骤，除非明显背离本发明概念的其它形式。

以上定义的逻辑数据库的概念另外还可在附图中称为RecDB，它是恢复数据库（Recovery    Data    Base）的缩写。

图1示意地分为两部分2和4，分别表示处理器的主存储器中的数据库区和备份区。与每个区相关，分别有一个与保存在数据库中的类别相关的目标的目录6和8。在以下的说明和后面附图中，如目录6和8的相应目录还可称为LID-表（LID-table）。通过相应的指针10和12和已知相关类别和关键字一起选择与操作有关的目标。

图1说明在数据库目标经一定更新后的数据库和备份区2和4。图中，最新备份后更新的目标由撇号标出。自上次备份目标A和C已被更新为A′和C′。目标B和D还未被更新，备份区被写保护但可读出数据。更具体地说，只有已更新目标A′和C′被保存在数据库区2，而目标A、B、C和D被保存在备份区4，并且数据库指向备份区4中的目标B和D，由箭头14和16指示。

根据本发明的特征之一，数据库中所有数据按属于一个或多个逻辑数据库组成，这样的一个逻辑数据库可以，但不一定在多个处理器中扩展。

由于如上述这样的一个数据库可以（但不一定）在多个处理器上扩展，它的备份将被分配。

根据本发明的目的之一，应允许事务处理以在进行备份的同时进行对数据库的操作。在事务处理范围内，诸目标将被更新、建立或删除，以产生能存在于备份期间的目标的多个不同版本。因此，备份功能必须获得有关应包括在备份中的目标的版本的信息。

首先，现将仔细地参考示于图2-8的流程图对此加以解释，从图2开始，示出了对一定逻辑数据库的备份功能由用户30通过发出指令32触发，以产生中央备份处理机34的备份，在标号36处由备份处理机接收指令。中央备份处理机具有关于当前备份系统在其上扩展的处理器的信息并对多个处理器同步备份功能信息，并通过取在38指示的状态    状态＝同步备份（STATE＝SYNCH    BACKUP）启动。该同步包括通知其中之一已由40指示的多个局部数据库处理机备份将开始，并命令处理机设定备份标志。建立一个新的事务处理记录，其中记录有未达到提交状态并因此未包括在备份中的所有事务处理记录。因此，只有对以前事务处理记录中各务处理的变化进行备份。

更具体地说，该同步可包含以下意义：

1.由42指示的中央备份处理机34命令局部数据库处理机40设定当前逻辑数据库中的备份标志。该指令的接收在44指示。该指令应被确认，该备份标志通知局部数据库处理机备份将开始，并引起局部数据库处理机改变有关保存位于所述逻辑数据中的目标的性能（behaviour）。

2.该局部数据库处理机设定备份标志并通知由46标记的该步骤已执行。在中央备份处理机的信息接收由48标记。

3.借助图2和图3中由50指示的步骤执行对所有局部数据库处理机确认的时间监控。在所有局部数据库处理机已确认时，中央备份处理机在52指示，命令局部记录处理机54进行以下步骤。这些步骤的执行由示于56的诸步骤指示。

a）建立一个新的事务处理记录，其中未达到提交状态并因此不应被包括在备份中的所有事务处理被记录。

b）改变包括在事务处理记录中的变量“备份同步”（“Backup-Synch”）至“排除Exclude”（见下）。

c）在指示处于对于以前事务处理记录（按照上述段1中的步骤开始时奏效的事务处理记录）的提交状态的程序事务处理（proceeding    transaction）的数目的计数器的计数到0时，通知中央备份功能块：对于需要更新应包括在该备份中的当前处理器中的任何事务处理没有协调程序。该信息的发送由58指示，它的接收由60指示。

变量“BackupSynch”可取“Inclade/Exclude”值，而它的值应被局部数据库处理机和局部备份处理机使用，以确定一个目标是否应包含在备份中。在图5a中用62表示和在图5b中用64表示通过用于与在事务处理记录中输入“COMMIT”有关的事务处理的协调程序30收集变量“Backup    Synch”，变量“Backup    Sych”的发送和接收在图5b中用66表示和在图5a中用68表示。之后，该协调程序发送“BackupSynch”值和提交信息到所有有关的事务处理。它们又将“BackupSynch”值赋与不同的数据库目标。按这种方式，确保事务处理中的所有目标获得相同的“BackupSynch”值并将包括在备份中或排除在备份外。

在整个同步阶段中，将有两种事务处理记录：

-一个包含事务处理的以前（旧）的事务处理记录，数据库的该事务处理的变化将反映在备份中，和

-一个包含事务处理的新的事务处理记录，该事务处理在备份开始时处于不是COMMIT的情况下并且数据库的该事务处理的变化将不在备份中反映。

在已通知局部记录处理机记录的变化后，上述同步就准备就绪。但拷贝目标至备份区将不开始，直到局部数据库处理已从将要包含在数据库中可见备份中的事务处理中做出所有改变。因此，这一步骤还需要第二同步，即局部数据库处理机、局部备份处理机和局部记录处理机之间的同步，这一同步基于局部记录处理机跟踪包含在以前事务处理记录中处于提交状态的事务处理数目。在记录处理机接收输入“END-TRANSACTION”到以前事务处理记录中的指令时，事务处理的数目倒计数。在局部数据库处理机已进行数据库的修改并已通知事处处理该修改时输入“END-TRANSACTION”。上述步骤示于图7a和7b。

总而言之，第二同步包括：

1.局部数据库处理机进行包含在事务处理中的修改并将该修改通知事务处理。

2.事务处理输入“END-TRANSACTION”到事务处理记录。

3.局部记录处理机倒计数指示事务处理记录中处于提交状态的事务处理数目的计数器并在计数等于零时通知中央备份处理机。

在所有局部记录处理机中所有以前事务处理记录中事务处理数目为零时，中央备份处理机命令所有局部备分处理机开始将要包含在备份中的目标拷贝到备份区。该命令的发送和这以前的步骤在图4中示出。根据图6，有关目标已备份标记在局部数据库处理机中的LID表中作为在备份标志设定时响应最新修改动作。与备份有关的局部数据库处理机的行为示于图6、8和9，并将在以下详述。

将进行将目标拷贝至备份区。由于安全性的原因，以前的备份将留在至存储器中直至新的备份结束。之后，以前的备份将被分组并保存在辅助存储器中。在建立新备份和对以前备份分组的时间内，在主存储器中将有两个备份版，这并不意味所有目标被复制，而只有对于相应备份是特定的访问结构（access    structure）或目标才被复制。在图9中说明这种情况，与图1中的相同项有相同标号，事实上，在备份步骤结束后，图9将变成与图1相同。

参考图10和11，现说明备份功能的一个实施例。更具体地说，该实施例从假设备份应取分别在两个处理器P1和P2上扩展的数据库100的时间T＝0时开始。相关的备份区和记录区未示出。在T＝0时，有两访问数据库的事务处理T1和T2。在处理器P1中，这些标以K的事务处理可形成协调程序，和处理器P2中的共享者（participant），标以D，图10示出T＝0时刻的情况，而图11示出处理器P1中所述数据库100的放大和更详细的视图。

备份的初始化按以下方法进行。在T＝0时刻发生的第一件事是在图2中标以42的处理器P1的中央备份处理机118将命令P1和P2中的局部数据库处理机设定在相应数据库处理机中的备份标志，其中在P1中的一个数据库处理机示为120。这是用图11图解说明的，在申请的目录124中，在图中称为“RecDB-目录”（RecDB是可恢复数据库），备份标志设定为1。根据图2中52和56，P1和P2记录中的变量“Backup    Synch”的值是从处理器P1在126处指示的“包含include”改变成“排除exclude”。建立一个新的事务处理记录，对照图2中56，这在图11中对应处理器P1的指示为128。

在T0时刻有面向数据库的两个事务处理，即，

-事务处理T1，它处于提交状态，并应在处理器P1中更新目标B和删除目标D，并在处理器P2中更新目标F。

-事务处理T2，它处于初始状态，应在处理器P1中建立目标E和在处理器P2更新目标G。

以下描述面向备份的事务处理的同步的几个实施例。

由于事务处理T1是一个协调事务处理（corrdinating    transaction），它根据图5b中64输入COMMIT到以前事务处理记录，（在图11中在130指示），并对照图5a中68收集“Backup    Synch＝Include”，变量Backup    Synch被发送到与全局-提交（GLOBAL-COMMIT）有关的处理器P2中的共享者T1。之后，事务处理T1将调用数据处理机中的不同方法以进行修改，通过在数据库中可见的事务处理已对数据进行了该修改。在本实施例中，事务处理T1将要保存目标B′并删除目标B，一般对于所有类型的调用（设定备份标志时），数据库处理机将该目标的Backup    Synch中的值同LID表中该目标的入口中的相同变量的值进行比较。根据比较的结果和借助该目标调用的方法，数据库处理机将执行在图12-14的表中所描述的测量。图12中说明目标的更新，图13说明建立新目标和图14说明目标的删除。

对于应被更新的目标B，第二栏的第二种情况是有效的，这是由于包括了数据库记录和LID表两者中的备份值。对于图14中的目标D，由于上述情况相同的原因，相似的栏2中情况2也是有效的，目标E也应被包含在备份中。

在数据库处理机已做出对在该数据库中可见的事务处理T1的操作时，它将通知该事务处理，该数据处理又通知记录。该记录倒计数以前提交记录中的事务处理号数。并由于计数现已变为0，通知中央备份功能，参照图2中58，60，从数据库区到备份区的目标拷贝已经开始，在有关的局部记录处理机已通知他们可开始备份时，中央备份处理机命令所有局部备份处理机开始转储到备份，正如从包括在图4中的步骤可见的那样。

参考图8，为将目标转储到备份区进行以下步骤。局部备份处理机在步骤140将查看LID表，并在142检查变量Backup    Synch的值。如果该值等于“Include”（包括）目标将拷贝到备份区，如果它等于“Exclude”，目标将不拷贝到备份区但变量的值被设定为“Include”，用于准备下一次备份，参照步骤144和146。在LID表中所有目标都已拷贝时，备份缓冲区中的目标将被拷贝到备份区。之后，备份处理机将设定该数据库的备份标志为0，以使数据库处理机可回到其通常性能。

Claims (12)

1、一种用于使用时位于主存储器中的实时数据库的备份系统，所述数据库在多个处理器上分布，该处理器执行以下不同功能，

所述备份系统的特征在于：

多个逻辑数据库，每个逻辑数据库可在多个所述处理器上扩展，并具有与此相关的备份功能，

所述实时数据库中所有数据作为可在所述逻辑数据库上分布而构成，

中央备份处理机，它具有有关该备份系统在其上扩展的处理器的信息，

每个处理器的局部数据库处理机，

触发功能，用于通过发送一个信息到所述中央备份处理机而触发所述逻辑数据库中当前的一个所述备份功能以进行对所述当前逻辑数据库在其上扩展的多个处理器备份功能的同步，

所述同步包括通知局部数据库处理机：备份将开始和应建立新的事务处理记录，该记录中记录所有不应包括在备份中的事务处理，使得备份将只包含以前事务处理记录中事务处理的变化。

2、根据权利要求1的系统，其特征在于所述触发功能可定周期，或需要时，由操作员有选择地操作以触发逻辑数据库的所述备份功能。

3、根据权利要求1或2的系统，其特征在于所述同步包括中央备份处理机命令局部数据库处理机设定当前逻辑数据库中的一个备份标志，通知局部数据库处理机：备份将开始并根据位于当前逻辑数据库中保存的目标使它们改变性能，在备份标志已设定后，局部数据库处理机向中央备份处理机确认该设定。

4、根据权利要求3的系统，其特征在于该中央备份处理机命令当前处理器的局部记录处理机在所有局部数据库处理机已确认已设定备份标志时建立新的事务处理记录。

5、根据权利要求4的系统，其特征在于：

该新的事务处理记录包括可取值“Include”或“Exclude”的备份同步变量，所述值由局部数据底处理机和局部备份处理机以分别确定目标是否应该包括在备份中，

该中央备份处理机命令局部记录处理机去将新事务处理记录中所述变量为“Exclude”，以表明该目标不应包括在备份中。

6、根据权利要求5的系统，其特征在于为与输入“COMMIT”到该事务处理记录有关的事务处理由一个协调程序收集该备份同步变量，表明该事务处理已达到提交状态，之后发送备份同步变量的值和“COMMIT”信息到所有有关事务处理，事务处理又分配该备份同步值到不同数据库目标，从而使各务处理中所有目标获得相同备份同步值并视情况将包括或不包括在备份中。

7、根据前述任一权利要求的系统，其特征在于用于指示面向以前事务处理记录处于COMMIT状态的以前事务处理的数目的计数器和所述同步包括在计数器的计数为0时，通知中央备份功能当前处理器中任何事务处理没有协调程序希望更新包括在备份中。

8、根据前述任一权利要求的系统，其特征在于在已通知局部记录处理机：局部数据库处理机已完成从应包括在备份中并在数据库中可见的事务处理的所有修改后，开始拷贝目标。

9、根据权利要求8的系统，其特征在于使可见的步骤包括在局部数据库处理机、备份处理机和记录处理机之间同步。

10、根据权利要求9的系统，其特征在于通过局部记录处理机跟踪存在于以前事务处理记录中的事务处理数目而进行所述同步，随着事务处理输入信息END-TRANSACTION到以前事务处理记录而倒计数事务处理数，在局部数据库处理机已进行该数据库的修改并通知事务处理该修改时进行输入END-TRANSACTION步骤。

11、根据权利要求3和9的系统，其特征在于在所有局部记录处理机中以前事务处理中的事务处理数为0时，中央备份处理机命令所有局部备份处理机开始拷贝将包含在备份中的目标到备份区，所述目标通过局部数据库处理机响应备份标志设定时其性能的变化已作出备份标志。

12、根据前述任一权利要求的系统，其特征在于对进行到备份区的目标进行拷贝，以前备份保存在主存储器中，直到新备份结束，之后以前备份被保存在辅助存储器中。

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