SQL Server 数据库损坏、检测以及简单的修复办法

简介

在一个理想的世界中,不会存在任何数据库的损坏,就像我们不会将一些严重意外情况列入我们生活中的日常一样,而一旦这类事情发生,一定会对我们的生活造成非常显著的影响,在SQL Server中也同样如此,或许几年内您没有遇见过数据库中出现这类情况,而一旦遇见这类情况,往往伴随着数据的丢失,宕机,严重甚至您本身的职业生涯也会受到影响。因此对于这类情况,我们需要了解数据库损坏方面的知识,以便我们能够事前准备,事后能够处理。本篇文章会对数据库损坏的原因、现象、事前和事后的一些处理方法以及简单的修复方法进行探讨。

 

数据库为什么会损坏?

在了解数据库损坏之前,首先我们要了解SQL Server是如何将数据保存到数据文件(MDF、NDF等)。无论更新还是插入数据,数据都需要首先在内存中的Buffer Pool驻留,然后通过CheckPoint和Lazy Writer等过程将内存中的数据持久化到磁盘。在这个过程中,数据脏页由内存写入持久化的IO子系统,在此期间,按照IO子系统的不同,数据可能经过这几层:

•Windows(写数据一定调用的是WINDOWS API)
•Windows底层的中间层(杀毒软件,磁盘加密系统)
•网卡、路由器、交换机、光钎、网线等(如果IO子系统不是直连的话)
•SAN控制器(如果使用了SAN)
•RAID控制器(IO子系统做了RAID)
•磁盘或SSD等持久化存储器

因此,数据页被写入持久化存储期间,可能经过上述列表中的几项。在经历上述过程中,硬件环境会受到很多方面的影响,比如说电压是否稳定、断电、温度过高或过低、潮湿程度等,而软件方面,由于软件都是人写的,因此就可能存在BUG,这些都可能导致数据页在传输过程中出现错误。

此外,影响磁盘的因素也包括电压是否稳定、灰尘等因素,这些也有可能引起磁盘坏道或整体损坏。

上面提到的所有因素都可以被归结为IO子系统。因此,造成数据损坏的情况绝大部分是由IO子系统引起的,还有非常非常小的概率内存芯片也会导致数据页损坏,但这部分情况微乎其微,因此不在本文的讨论之列。

上面提到的这些导致数据损坏的原因都属于天灾,还有一些人祸。比如说通过编辑器等手动编辑数据文件、数据库中还有需要Redo和Undo的事务时(也就是没有Clean Shutdown)删除了日志文件(通常会导致数据库质疑)。

 

发现数据库损坏

在我们知道可能造成数据库的损坏原因之后,接下来我们来看SQL Server是如何监测数据库页损坏的。

在SQL Server的数据库级别,可以设置页保护类型,一共有三个选项:None,CheckSum,Torn_Page_Detection,如图1所示:

图1.页保护的三种选项

关于这三种选项,首先,请无视None,请不要在任何场景下选择该选项,该选项意味着SQL Server不对页进行保护。

其次是TORN_PAGE_DETECTION,在SQL Server中,数据的最小单位是页,每一页是8K,但是对应磁盘上往往是16个512字节的扇区,如果一个页在写入持久化存储的过程中,只写了一半的页,这就是所谓的TORN_PAGE_DETECTION,SQL Server通过每个扇区提512字节中前2位作为元数据,总共16个扇区32位4字节的元数据(页头中标识为:m_tornBits),通过该元数据来检测是否存在部分写的TORN_PAGE,但该类型的页验证无法检测出页中的写入错误,因此在SQL Server 2005及以上版本,尽量选择CheckSum。

在SQL Server 2005及以上版本,引入了CheckSum,CheckSum可以理解为校验和,当数据页被写入持久化存储时,会根据页的值计算出一个4字节的CheckSum存于页头(页头中标识同为:m_tornBits),和数据在同一页中一起保存在数据库中。当数据从IO子系统被读取到内存中时,SQL Server会根据页内的值再次计算CheckSum,用该重新计算的CheckSum和页头中存储的CheckSum进行比对,如果比对失败,则SQL Server就会认为该页被损坏。

由CheckSum的过程可以看出,只有在页被写入SQL Server的过程中才会计算CheckSum,因此如果仅仅改变数据库选项的话,则页头中的该元数据并不会随之改变。

 

与IO相关的三种错误

通过上述CheckSum的原理可以看出,SQL Server可以检测出页损坏,此时,具体的表现形式可能为下述三种错误的一种:

•823错误,也就是所谓的硬IO错误,可以理解为SQL Server希望读取页,而Windows告诉SQL Server,无法读取到该页。
•824错误,也就是所谓的软IO错误,可以理解为SQL Server已经读取到该页,但通过计算CheckSum等值发现不匹配,因此SQL Server认为该页已经被损坏。
•825错误,也就是所谓Retry错误。

其中, 上述823和824错误都是错误等级为24的严重错误,因此会被记录在Windows应用程序日志和SQL Server的错误日志中,而引起该错误的页会被记录在msdb.dbo.suspect_pages中。SQL Server错误日志中也会记录到出错页的编号,如图2所示。

图2.824错误在SQL Server错误记录中的描述(查看大图

因此,如果我们存在完善的备份的话,我们可以通过备份进行页还原(在此再次强调一下对于DBA来说,有”备”无患),一个简单的页还原代码如代码清单1所示。

代码清单1.一个简单的页还原代码,从备份中还原文件ID1中的第155页

记得我们前面说的,在读取页计算校验和时出错,这既可能是被写入持久化存储的页本身出错,也可能是在页被读取的过程中出错,此时SQL Server会尝试从IO子系统中再次读取该页,最多可能是4次尝试,如果在4次尝试过程中校验和通过,则会是825错误,否则是824错误。这里要注意,与823和824错误不同的是,825错误是一个等级仅为10的信息。

因此,由于有固定的错误编号,因此可以在SQL Server Agent中对823和824设置警报。

 

备份CheckSum

上述页CheckSum只有在页被使用时才会被校验页的正确性。在备份数据库时,可以指定CheckSum选项来使得备份读取的页也计算校验和,从而保证了被备份的数据库是没有损坏的。在图3的备份选项我们可以注意到这两条:

图3.CheckSum和Continue_After_Error选项

如果启用了CheckSum,当备份过程中发现了页校验和错误时,就会终止备份,而启用了Continue_After_Error选项的话,在检测到校验和错误时,仍然继续从而使得备份成功。

备份如果启用了CheckSum选项,除去检测每一页的校验和之外,还会在备份完成后,对整个备份计算校验和并存储于备份头中。

此外,对于备份,我们还可以通过Restore Verifyonly with CheckSum来验证备份,来保证备份的数据没有被损坏。

 

DBCC CheckDB

前面提到SQL Server发现错误的方法有两种,分别为在读取页时和在备份时(本质上也是读取页)。但如果我们希望对于数据一致性的检查更加的激进,那我们应该定期使用CheckDB来检查数据的一致性,而不至于在生产时间数据被读取时才能发现错误。

CheckDB命令会对整个数据库做所有的一致性检查。当检查对象是Master数据库时,CheckDB还会检查ResourceDB。

CheckDB最简单的用法如代码清单2所示,在当前数据库上下文中直接执行CheckDB,将会检查当前数据库中所有的一切。

代码清单2.CheckDB最简单的用法

CheckDB命令在企业版中会使用多线程来进行,会对整个数据库进行一致性检查,在该过程中,使用了内建数据库快照的方式进行,因此不会造成阻塞,但CheckDB会消耗大量的CPU、内存和IO。因此CheckDB要选择在维护窗口时间或是系统闲时进行。

默认情况下,CheckDB命令会将输出所有的信息,但通常我们并不关心这些信息,而是只关心错误信息,因此实际中通常给DBCC指定不显式信息的参数,如代码清单3所示。

代码清单3.CheckDB通常搭配No_InfoMsgs参数

实际上,CheckDB是一套命令的汇总,CheckDB会依次检查下述内容:

•初次检查系统表
•分配单元检查(DBCC CHECKALLOC)
•完整检查系统表
•对所有表进行一致性逻辑检查(DBCC CHECKTABLE)
•元数据检查(DBCC CHECKCATALOG)
•SSB检查
•索引视图、XML索引等检查

首先,当发现系统表损坏时,只能通过备份进行恢复(这也是为什么备份除TempDB之外的系统表非常重要)。其次,在一个大数据库中,做一次CheckDB时间会非常长,维护窗口时间或系统闲时的时间可能无法Cover这段时间,那么我们可以将CheckDB的任务分散到CHECKALLOC、DBCC CHECKTABLE、DBCC CHECKCATALOG这三个命令中。

更多关于CheckDB的详细信息,请参阅:http://technet.microsoft.com/en-us/library/ms176064.aspx。

 

数据库损坏的修复

数据库损坏最行之有效的办法就是存在冗余数据,使用冗余数据进行恢复。所谓的冗余数据包括热备、冷备、和暖备。

使用镜像或可用性组作为热备,当检测到错误时,可以自动进行页修复(镜像要求2008以上,可用性组是2012的功能)。镜像当主体服务器遭遇824错误时,会向镜像服务器发送请求,将损坏的页由镜像复制到主体解决该问题。对于可用性组,如果数据页是在主副本上发现的,则主副本将会向所有辅助副本发送广播,并由第一个响应的辅助副本的页来修复页错误,如果错误出现在只读辅助副本,则会向主副本请求对应的页来修复错误。在这里有一点值得注意的是,无论是哪一种高可用性技术,都不会将页错误散播到冗余数据中,因为SQL Server中所有的高可用性技术都是基于日志,而不是数据页。

其次是使用暖备或冷备来还原页,我已经在代码清单1中给出了详细的代码,这里就不细说了。

如果没有合适的备份存在,如果损坏的数据页是存在于非聚集索引上,那么你很幸运,只需要将索引禁用后重建即可。

如果存在基准的完整备份,并且日志链没有断裂(包括差异备份可以Cover日志缺失的部分),则可以通过备份尾端日之后还原数据库来进行修复。

最后,如果基础工作做的并不好,您可能就需要通过损失数据的方式来换回数据库的一致性,我们可以通过DBCC CheckDB命令的REPAIR_ALLOW_DATA_LOSS来修复数据库。使用该方法可能导致数据损失,也可能不会导致数据损失,但大部分情况都会通过删除数据来修复一致性。使用REPAIR_ALLOW_DATA_LOSS需要将数据库设置为单用户模式,这意味着宕机时间。

无论是哪种情况修复数据库,都要考虑是否满足SLA,如果出现了问题之后,发现无论用哪种方式都无法满足SLA的话,那只能检讨之前的准备工作并祈祷你不会因此丢了工作。

 

小结

本篇文章阐述了数据库损坏的概念、SQL Server检测损坏的原理、CheckDB的原理及必要性和简单的修复手段。对于数据库损坏事前要做好充足的准备,在事后才不会后悔莫及。就像买保险一样,你可不会希望出了事以后再去买保险吧?

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  • 也可以直接从mdf里面读数据页.提取table ,procedure,view等,生成新的数据库。再附加即可。QQ:80554803

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