Sistem Manajemen Basis Data Dr Lily Wulandari PERTEMUAN

Sistem Manajemen Basis Data Dr. Lily Wulandari

PERTEMUAN 3 TEKNIK RECOVERY

PENDAHULUAN DBMS adalah n single-user jika paling banyak satu user yang dapat menggunakan sistem satu saat, dan n multiuser jika banyak user dapat menggunakan sistem, dan kemudian mengakses database – bersamaan.

TRANSAKSI n Transaksi merupakan unit logika dari proses database yang mencakup satu atau lebih operasi pengaksesan database – meliputi insert, delete, modifikasi atau operasi retrieve. n Operasi database ini dapat disisipkan dalam suatu program aplikasi atau dapat langsung dibuat interaktif dengan bahasa query level tinggi misal SQL.

TRANSAKSI n Satu cara untuk menspesifikasikan batasan transaksi adalah dengan membuat statemen begin transaction dan end transaction dalam program aplikasi;

TRANSAKSI n Sebuah program aplikasi dapat berisi lebih dari satu transaksi jika berisi beberapa batasan transaksi. n Jika operasi database dalam suatu transaksi tidak meng-update database tetapi hanya mengambil (retrieve) data, transaksinya disebut dengan read-only transaction.

STATUS TRANSAKSI & OPERASI TAMBAHAN Suatu transaksi adalah unit terkecil dari kerja yang dapat diselesaikan atau tidak dapat diselesaikan. Beberapa operasi dengan diagram transisinya sbb : n BEGIN_TRANSACTION : memulai transaksi n READ or WRITE : operasi baca atau tulis dari item database yang dieksekusi sebagai bagian dari transaksi n END_TRANSACTION : operasi transaksi READ atau WRITE selesai dilakukan

STATUS TRANSAKSI & OPERASI TAMBAHAN n COMMIT_TRANSACTION : transaksi berakhir sukses sehingga semua perubahan (update) yang dilakukan melalui transaksi dapat dimasukkan ke database dan akan diselesaikan n ROLLBACK (or ABORT) : transaksi berakhir dengan tidak sukses sehingga semua perubahan atau efek transaksi yang diaplikasikan ke database tidak dapat diselesaikan.

STATUS TRANSAKSI & OPERASI TAMBAHAN

KONSEP RECOVERY n Recovery basis data merupakan suatu proses penyimpanan kembali basis data pada keadaan yang benar sebelum terjadi kegagalan(failure). n Recovery dari suatu kegagalan transaksi biasanya berarti database di-restore ke status yang konsisten ke waktu sebelum terjadi kegagalan.

KONSEP RECOVERY n Untuk menangani kesalahan atau kegagalan dari transaksi, sistem memelihara sebuah log untuk menjaga jalannya semua operasi yang mempengaruhi nilai dari item database. Informasi ini akan dibutuhkan untuk menangani adanya kegagalan. n LOG disimpan di storage, dan secara berkala diback-up ke storage lainnya untuk menjaga dari kerusakan yang fatal.

PENYEBAB KEGAGALAN n System crash (kerusakan sistem), akibat kesalahan pada perangkat keras atau lunak, menyebabkan kehilangan memori utama n Media failure (kegagalan pada media), seperti media tidak dapat dibaca, menyebabkan kehilangan sebagian dari penyimpanan sekunder n Application software error (kesalahan pada perangkat lunak aplikasi), seperti kesalahan logika mengakses basis data yang menyebabkan satu atau lebih transaksi mengalami kegagalan 12

AKIBAT YG TIMBUL KRN KESALAHAN (lanj. ) n Natural physical disasters (bencana fisik yg natural), seperti kebakaran, air bah, gempa n Carelessness (kekurangtelitian atau kerusakan pada data atau fasilitas yang tidak disengaja disebabkan oleh operator atau pengguna) n Sabotase, kerusakan pada data, fasilitas perangkat lunak & keras yg disengaja 13

FASILITAS RECOVERY PADA DBMS n Mekanisme backup melakukan backup secara periodik terhadap basis data yg ada n Fasilitas Logging Mencatat transaksi-transaksi dan perubahan-perubahan yang terjadi terhadap basis data. DBMS memelihara file khusus yang disebut Log (Journal) yang menyediakan informasi mengenai seluruh perubahan yang terjadi pada basis data. n Fasilitas Checkpoint Mengizinkan update terhadap basis data yang akan menjadi basis data yang permanen n Manager recovery Mengizinkan sistem untuk menyimpan kembali basis data ke keadaan sebelum terjadi kegagalan 14

TEKNIK RECOVERY n Prosedur recovery yang digunakan tergantung dari kegagalan yang terjadi pada basis data. Terdapat 2 kasus kerusakkan : 1. Jika basis data rusak secara fisik seperti : disk head crash dan menghancurkan basis data, maka yang terpenting adalah melakukan penyimpanan kembali backup basis data yang terakhir dan mengaplikasikan kembali operasi-operasi update transaksi yang telah commit dengan menggunakan log file. Dengan asumsi bahwa log file-nya tidak rusak. 15

TEKNIK RECOVERY (lanj. ) 2. Jika basis data tidak rusak secara fisik tetapi menjadi tidak konsisten, sebagai contoh : sistem crash sementara transaksi dieksekusi, maka yang perlu dilakukan adalah membatalkan perubahan-perubahan yang menyebabkan basis data tidak konsisten. Mengulang beberapa transaksi sangat diperlukan juga untuk meyakinkan bahwa perubahan 2 yang dilakukan telah disimpan di dalam secondary storage. Di sini tidak perlu menggunakan salinan backup basis data, tetapi dapat me-restore basis data ke dalam keadaan yang konsisten dengan menggunakan before dan after-image yang ditangani oleh log file. 16

KONSEP RECOVERY Ada 2 teknik utama dalam melakukan recovery kesalahan transaksi : 1. Deferred update 2. Immediate update

Deferred/Tunda Update n Menunda update yang sesungguhnya ke basis data sampai transaksi menyelesaikan eksekusinya dengan sukses dan mencapai titik commit. n Selama eksekusi masih berlangsung update hanya dicatat pada system log dan transaction workspace. n Setelah transaksi commit dan log sudah dituliskan ke disk, maka update dituliskan ke basis data

Deferred Update n Ide dari protocol update yang tertunda : 1. Sebuah transaksi tidak dapat merubah database pada disk hingga mencapai checkpoint 2. Sebuah transaksi tidak dapat mencapai checkpoint hingga semua operasi update disimpan dalam log dan ditulis ke disk

Deferred Update n Karena database tidak pernah ter-update pada disk hingga transaksi mencapai commit, operasi UNDO tidak diperlukan. n Operasi ini dikenal dengan algoritma recovery NO UNDO/ REDO. n REDO dibutuhkan saat sistem gagal setelah transaksi mencapai commit tetapi sebelum perubahan disimpan pada database di disk.

Recovery Deferred Update untuk Single User n Mulai dari entry terakhir pada log, baca mundur n n sampai ke awal dari log Buat list dari transaksi yang sudah commit dan yang belum commit Lakukan operasi REDO dari semua operasi write_item dari transaksi yg sudah commit, dengan urutan seperti tertulis pada log Abaikan semua operasi dari transaksi yang belum commit implicit rollback Transaksi yg belum commit akan di-resubmit kembali ke sistem

Recovery Deferred Update pada Single-user n Contoh (a) operasi read dan write dari 2 buah transaksi T 1 read_item(A) read_item(D) write_item(D) T 2 read_item(B) write_item(B) read_item(D) write_item(D)

Recovery Deferred Update pada Single-user (b) log sistem saat terjadi crash [start_transaction, T 1] [write_item, T 1, D, 20] [commit, T 1] [start_transaction, T 2] [write_item, T 2, B, 10] [write_item, T 2, D, 25] system crash

Recovery Deferred Update pada Single-user n Kegagalan pertama terjadi pada eksekusi transaksi T 2 (gambar b). Proses recovery akan redo [write_item, T 1, D, 20] pada log dengan mereset nilai dari item D menjadi 20 (nilai barunya). Entry [write_item, T 2, …] pada log akan ditiadakan oleh proses recovery karena T 2 tidak commit. n Jika kegagalan kedua terjadi selama recovery dari kegagalan pertama, proses recovery yang sama diulang dari awal hingga akhir dengan hasil yang sama.

Recovery Deferred Update pada Multi-user n Kontrol konkurensi dan proses recovery berhubungan. Secara umum, semakin besar tingkat konkurensi dicapai, semakin banyak waktu untuk recovery.

Recovery Deferred Update pada Multi-user n PROCEDURE RDU_M (WITH CHECKPOINT) : gunakan 2 daftar transaksi yang dikelola oleh sistem; transaksi T commit T sejak checkpoint terakhir (daftar commit), dan transaksi aktif T‘ (daftar aktif). Redo semua operasi WRITE dari transaksi yang commit dari log, dalam urutan yang ditulis ke dalam log. Transaksi yang aktif dan tidak commit secara efektif dibatalkan dan harus di-submite kembali. n Recovery menggunakan Deferred Update dalam lingkungan multi-user = RDU_M

Recovery Deferred Update pada Multi-user

Recovery Deferred Update pada Multi-user n Transaksi T 1 mencapai commit saat t 1, dimana T 3 dan T 4 belum. Sebelum terjadi sistem crash pada t 2 , T 3 dan T 2 commit tetapi tidak untuk T 4 dan T 5. n Berdasarkan prosedur RDU_M, tidak dibutuhkan operasi REDO write_item dari transaksi T 1 – atau transaksi commit lainnya sebelum waktu checkpoint yang terakhir dari t 1.

Recovery Deferred Update pada Multi-user n Operasi write_item dari T 2 dan T 3 harus diulang karena kedua transaksi mencapai titik commit setelah checkpoint yang terakhir. n Log bersifat force-written sebelum suatu transaksi commit. n Transaksi T 4 dan T 5 diabaikan, secara efektif ditunda atau rolled back karena operasi write_item disimpan dalam database karena deferred update.

Recovery Deferred Update pada Multi-user n Keuntungan dari metode atau algoritma NO- UNDO/REDO adalah operasi transaksi tidak pernah dibutuhkan untuk tidak jadi dilaksanakan, karena : 1. Transaksi tidak mencatat setiap perubahan dalam database pada disk sampai mencapai point commit, yaitu sampai menyelesaikan eksekusi secara lengkap. Sehingga transaksi tidak pernah dirolled back karena kesalahan selama eksekusi transaksi. 2. Transaksi tidak akan pernah membaca nilai yang ditulis oleh transaksi yang belum commit karena item tetap terkunci sampai transaksi mencapai titik commit.

Recovery Deferred Update pada Multi-user Contoh (c) operasi read dan write dari 4 buah transaksi T 1 read_item(A) read_item(D) write_item(D) T 2 read_item(B) write_item(B) read_item(D) write_item(D) T 3 read_item(A) write_item(A) read_item(C) write_item(C) T 4 read_item(B) write_item(B) read_item(A) write_item(A)

Recovery Deferred Update pada Multi-user (d) log sistem saat terjadi crash [start_transaction, T 1] [write_item, T 1, D, 20] [commit, T 1] [checkpoint] [start_transaction, T 4] [write_item, T 4, B, 15] [write_item, T 4, A, 20] [commit, T 4] [start_transaction, T 2] [write_item, T 2, B, 12] [start_transaction, T 3] [write_item, T 3, A, 30] [write_item, T 2, D, 25] system crash

Recovery Deferred Update pada Multi-user n T 2 dan T 3 diabaikan karena mereka tidak mencapai commit points mereka. n T 4 adalah redone karena commit point-nya setelah system checkpoint terakhir.

+/- RDU pd multiuser n Keuntungan n Transaksi tidak perlu di rollback n Tidak ada cascading rollback n Kekurangan n Bila tanpa checkpoint, proses REDO bisa panjang n Dengan two-phase locking dan mendapatkan semua lock sebelum mulai transaksi akan membatasi concurrency

Recovery Berdasarkan Immediate Update (RIU) n Update dilakukan langsung pada basis data tanpa menunggu transaksi mencapai titik commit n Operasi tetap harus dituliskan ke log (pada disk) sebelum update dilakukan pada basis data Write-Ahead Logging protocol

RIU untuk Single User n Buat list semua transaksi yang sudah commit dan list transaksi yang belum commit n UNDO semua operasi write_item dari transaksi yang belum commit n REDO semua operasi write_item dari transaksi yang sudah commit sesuai dengan urutan yang tertulis pada log n Dapat ditambahkan checkpoint

RIU Untuk Multiuser n Buat list dari transaksi yg sudah commit dan belum commit setelah checkpoint terakhir ditulis n Buat list transaksi yg sudah commit yang membaca data item dari transaksi yang belum commit untuk cascading rollback n UNDO semua transaksi yg belum commit dan transaksi yang harus di-rollback n REDO semua operasi write_item yang berasal dari transaksi yang sudah commit.

+/- RIU pd multi user n Keuntungan n Tidak membatasi concurency n Kerugian n Ada REDO & UNDO n Ada cascading rollback

Recovery dengan Shadow Paging n Basis data terdiri dari sejumlah fixed-size disk n Buat page table di memory dengan jumlah entry yang sama dengan jumlah disk page n Shadow page table adalah copy dari current page table yang disimpan di disk n Selama transaksi berlangsung current page table diupdate, sedangkan shadow page table tidak dimodifikasi

Recovery dengan Shadow Paging n Bila operasi write_item dilaksanakan, maka copy dari basis data yang akan dimodifikasi dibuat n Current page table dimodifikasi untuk menunjuk pada disk page yang baru, sedangkan shadow page lama tetap menunjuk pada disk blok yang lama n Bila proses commit sukses, maka shadow page table akan dihapus n Bila proses commit gagal, maka status basis data sebelum transaksi bisa diperoleh dari shadow page table

Shadow Paging Untuk mengatur akses item data dengan konkuren dua direktori transaksi (current dan shadow) yang digunakan. Susunan direktori digambarkan di bawah ini. Halaman berikut merupakan item data.

+/- Shadow paging n Keuntungan n Proses UNDO sangat sederhana n Tidak perlu REDO n Bisa memakai log, checkpoint n Kerugian n Update pada basis data akan mengubah lokasi database page pada disk, hingga sukar untuk mengatur agar beberapa page selalu berdekatan n Bila page table besar, maka overhead untuk membuat shadow page table juga besar

Checkpoints n Dalam hal kegagalan, manajer pemulihan mensyaratkan bahwa seluruh log diperiksa untuk memproses pemulihan → memakan waktu. Cara cepat untuk membatasi jumlah log untuk memindai pada proses recovery dapat dicapai dengan menggunakan checkpoints. n Sebuah catatan [checkpoint] ditulis ke log secara berkala pada saat sistem menulis ke database pada disk semua buffer DBMS yang telah dimodifikasi.

Checkpoints n Oleh karena itu, semua transaksi dengan entry [commit, T] dalam log sebelum entry [checkpoint] tidak perlu melakukan kembali proses WRITE dalam kasus crash. Karena semua pembaruan mereka telah tercatat dalam DB pada disk selama proses checkpoint. n Recovery Manager harus memutuskan pada interval yang mana untuk mengambil sebuah checkpoint.

Checkpoints n Interval diukur dalam waktu, katakanlah setiap m menit. n Atau interval diukur dalam jumlah transaksi yang dilakukan sejak checkpoint terakhir, misalnya transaksi t. - M & t adalah parameter sistem

Checkpoints n Proses checkpoint adalah sebagai berikut 1. Suspend/menunda eksekusi transaksi sementara. 2. Memaksa menulis semua buffer memori utama yang telah dimodifikasi ke disk. 3. Menulis catatan [checkpoint] ke log, dan memaksa-menulis log ke disk. 4. Lanjutkan mengeksekusi transaksi.

Checkpoints n Waktu yang dibutuhkan untuk memaksa-menulis semua buffer memori yang dimodifikasi dapat menunda proses transaksi. Karena langkah 1. n Gunakan checkpointing fuzzy untuk mengurangi keterlambatan ini. - Sistem dapat melanjutkan proses transaksi setelah catatan [checkpoint] tertulis ke log tanpa harus menunggu langkah 2 sampai akhir. –

Checkpoints - Namun, sampai langkah 2 selesai, catatan [chekpoint] sebelumnya harus tetap berlaku. Sistem ini menjaga pointer ke checkpoint yang valid yang menunjuk ke [checkpoint] sebelumnya mencatat log - Setelah dilakukan step 2, pointer diubah untuk menunjuk ke checkpoint baru dalam log.

Cascading Rollback n Cascading rollback terjadi dalam sistem database ketika transaksi (T 1) menyebabkan kegagalan dan rollback harus dilakukan. Transaksi lain tergantung pada tindakan T 1 juga harus di-rollback karena kegagalan T 1, sehingga menyebabkan efek cascading. Artinya, kegagalan satu transaksi yang menyebabkan banyak kegagalan lain. Teknik pemulihan database yang praktis menjamin cascadeless rollback, karena itu rollback Cascading bukan hasil yang diinginkan.

Shadow Paging AFIM tidak menimpa BFIMnya tetapi disimpan pada tempat lain di disk. Sehingga, setiap saat sebuah item data memiliki AFIM dan BFIM (Shadow copy dari item data) pada dua tempat yang berbeda di disk. X dan Y: Shadow copies dari item data X` dan Y`: Current copies dari item data