單機存儲系統中的故障恢復
一、故障與恢復
本文中介紹的故障恢復主要是只單機存儲系統中的故障恢復，就是只有一臺電腦，與之相對的是分布式存儲系統，暫且不談。
所謂故障，就是指電腦中途突然掛掉，死機，斷電等等。
所謂恢復，主要是恢復內存中的數據，而不是硬盤上的，因為硬盤上的數據是持久化的，而內存中的數據是易失的。恢復主要通過日志來進行恢復。
二、日志
日志主要分為兩種類型。undo日志和redo日志。日志記錄的最小單位是事務，因為事務是原子性的，一個事務中可能會包含多個操作，一個事務中的操作要么全部執行成功，要不全部執行失敗。對于每個事務，都會記錄日志。undo日志記錄的是事務更改前的狀態，而redo日志記錄的是事務更改后的狀態。
舉個例子：X最初的值是5，你要在一個事務里將X的值更改為10。那么undo日志會記錄事務修改前的狀態<X，5>，而redo日志會記錄事務更改之后的狀態，<X，10>。
操作系統會在內存中執行事務，并且將內存中的數據定期刷到磁盤中，從而實現將隨機寫轉化為順序寫。
三、redo日志
重點講一下redo日志。它記錄的是事務修改后的狀態。redo日志記錄的順序是這樣的：
將redo日志以追加的方式寫到磁盤的日志文件中
將redo日志記錄的操作在內存中進行真正的執行
返回操作成功或者失敗。
需要注意的點，是對于redo日志來說，是要先將日志寫到磁盤中，才能去內存中執行修改。這個順序不能顛倒。當電腦故障的時候，內存中的東西，比如X的值會丟失，但是X得值在日志中是有記錄的，日志又是被寫到磁盤上的，斷電不會丟失，所以可以通過讀取redo日志成功找回X的值，將其在內存中進行恢復。
四、redo操作的優化
我們來看一下redo操作，對于每一個事務，當事務在內存中被真正執行之前，都要先往磁盤里寫redo日志，但是，寫磁盤這個行為代價是很高的，并且如果同時有大量的事務要執行，每次都要寫磁盤，那么會帶來較差的性能。
這里就要分情況了，對于一致性要求高的應用，應該保證每一個事務開始前，redo日志立刻刷入磁盤。但是對于一致性要求不高的應用，則可以先將redo日志在內存的緩沖區中先進行緩存，等到一定的時間（如10ms）或者一定的大小（512KB）之后再定期刷入磁盤，這種優化方式被稱為成組提交，這樣就會提高系統吞吐量。但是這樣做的缺點，是如果發生故障，被緩存在內存中的一些redo日志也會丟失，所以可能會丟失部分操作。另外，會犧牲寫事務的時延，因為提交的寫事務并不是立刻執行，要先等足夠的redo日志被刷到磁盤才會開始執行。
五、checkpoint 檢查點
除了內存中緩存的redo日志要被定期刷入磁盤外，內存中的數據也要被定期刷入磁盤，每當內存中的一組數據被刷入磁盤后，需要記錄日志的回放點，以后的故障恢復只需要redo回放點后邊的日志即可，回放點之前的日志不需要被redo了，因為相關數據已經被刷入磁盤，不會丟失。當內存中的數據被刷入磁盤后，會在磁盤上形成一個checkpoint文件，文件中有記錄的日志回放點。
