En años recientes, la disponibilidad de las bases de datos y de las redes de computadoras ha promovido el desarrollo de un nuevo campo denominado bases de datos




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7.3.2 Información de recuperación



En esta sección se asumirá que ocurren únicamente fallas del sistema. Más adelante se considerará el caso de los otros tipos de fallas. Cuando una falla del sistema ocurre, el contenido de la base de datos volátil se pierde. Por lo tanto, el DBMS tiene que mantener cierta información acerca de su estado en el momento de la falla con el fin de ser capaz de llevar a la base de datos al estado en el que se encontraba antes de la falla. A esta información se le denomina información de recuperación.
La información de recuperación que el sistema mantiene depende del método con el que se realizan las actualizaciones. Existen dos estrategias para efectuarlas: en el lugar (in place) y fuera de lugar (out-of-place). En el primer caso, cada actualización se hace directamente en los valores almacenados en las páginas de los buffers de la base de datos. En la segunda alternativa, al crear un nuevo valor para un dato, éste se almacena en forma separada del valor anterior. De esta manera, se mantiene los valores nuevo y anterior.
Recuperación in-place
Dado que las actualización in-place hacen que los valores anteriores se pierdan, es necesario mantener suficiente información de los cambios de estado en la base de datos. Esta información se mantiene, por lo general, en el registro de la base de datos (database log). Así cada actualización, no solo cambia la base de datos, sino es también guardada en el registro de la base de datos (Figura 7.4).


Figura 7.4. Ejecución de una operación de actualización.
El registro de la base de datos contiene información que es utilizada por el proceso de recuperación para restablecer la base de datos a un estado consistente. Esta información puede incluir entre otras cosas:


  • el identificador de la transacción,

  • el tipo de operación realizada,

  • los datos accesados por la transacción para realizar la acción,

  • el valor anterior del dato (imagen anterior), y

  • el valor nuevo del dato (imagen nueva).


Considere el escenario mostrado en la Figura 7.5. El DBMS inicia la ejecución en el tiempo 0 y en el tiempo t se presenta una falla del sistema. Durante el periodo [0,t] ocurren dos transacciones, T1 y T2. T1 ha sido concluida (ha realizado su commit) pero T2 no pudo ser concluida. La propiedad de durabilidad requiere que los efectos de T1 sean reflejados en la base de datos estable. De forma similar, la propiedad de atomicidad requiere que la base de datos estable no contenga alguno de los efectos de T2.


Figura 7.5. Ejemplo de una falla del sistema.
A pesar que T1 haya sido terminada, puede suceder que el buffer correspondiente a la página de la base de datos modificada no haya sido escrito a la base de datos estable. Así, para este caso la recuperación tiene que volver a realizar los cambios hechos por T1. A esta operación se le conoce como REDO y se presenta en la Figura 7.6. La operación de REDO utiliza la información del registro de la base de datos y realiza de nuevo las acciones que pudieron haber sido realizadas antes de la falla. La operación REDO genera una nueva imagen.



Figura 7.6. Operación REDO.
Por otra parte, es posible que el administrador del buffer haya realizado la escritura en la base de datos estable de algunas de las páginas de la base de datos volátil correspondientes a la transacción T2. Así, la información de recuperación debe incluir datos suficientes para permitir deshacer ciertas actualizaciones en el nuevo estado de la base de datos y regrasarla al estado anterior. A esta operación se le conoce como UNDO y se muestra en la Figura 7.7. La operación UNDO restablece un dato a su imagen anterior utilizando la información del registro de la base de datos.



Figura 7.7. Operación UNDO.

De forma similar a la base de datos volátil, el registro de la base de datos se mantiene en memoria principal (llamada los buffers de registro) y se escribe al almacenamiento estable (llamado registro estable). Las páginas de registro se pueden escribir en el registro estable de dos formas: síncrona o asíncrona. En forma síncrona, también llamada un registro forzado, la adición de cada dato en el registro requiere que la página del registro correspondiente se mueva al almacenamiento estable. De manera asíncrona, las páginas del registro se mueven en forma periódica o cuando los buffers se llenan.
Independientemente de que la escritura del registro sea síncrona o asíncrona, se debe observar un protocolo importante para el mantenimiento del registro de la base de datos. Considere el caso donde las actualizaciones a la base de datos son escritas en el almacenamiento estable antes de que el registro sea modificado en el registro estable para reflejar la actualización. Si una falla ocurre antes de que el registro sea escrito, la base de datos permanecerá en forma actualizada, pero el registro no indicará la actualización lo que hará imposible recuperar la base de datos a un estado consistente antes de la actualización. Por lo tanto, el registro estable siempre debe ser actualizado antes de la actualización de la base de datos. A este protocolo se le conoce como registro antes de la escritura (write-ahead logging) y se puede especificar de la manera siguiente:


  1. Antes de que la base de datos estable sea actualizada, las imágenes anteriores deben ser almacenadas en el registro estable. Esto facilita la realización de un UNDO.

  2. Cuando la transacción realiza un commit, las imágenes nuevas tienen que ser almacenadas en el registro estable antes de la actualización de la base de datos estable. Esto facilita la realización de una operación REDO.


La interfaz completa del registro de la base de datos volátil y estable se presenta en la Figura 7.8.


Figura 7.8. Interfaz entre el registro de la base de datos volátil y estable.

Recuperación out-of-place



Las técnicas de recuperación más comunes son de tipo in-place. Por lo tanto, aquí se presenta solo una breve descripción de las técnicas out-of-place.


  1. Shadowing. Cuando ocurre una actualización, no se cambia la página anterior, sino se crea una página sombra con el nuevo valor y se escribe en la base de datos estable. Se actualizan los caminos de acceso de manera que los accesos posteriores se hacen a la nueva página sombra. La página anterior se retiene para propósitos de recuperación, para realizar una operación UNDO.

  2. Archivos diferenciales. Para cada archivo F se mantiene una parte de solo lectura (FR), un archivo diferencial que consiste de la parte de inserciones DF+ y la parte de supresiones DF-. Así, el archivo completo consistirá de la unión de la parte de lectura más la parte de inserciones y a todo esto se le eliminan las supresiones realizadas.

F = (FR  DF+) – DF-

Todas las actualizaciones se tratan como la supresión de un valor anterior y la inserción de un nuevo valor. Periódicamente, el archivo diferencial tiene que ser mezclado con el archivo base de solo lectura.

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