Recoverability

Data dan database merupakan komponen terpenting dalam suatu sistem informasi manajemen, disamping tentu saja aplikasi untuk sistem informasi harus tersedia, keduanya saling tergantung. Suatu aplikasi sistem informasi manajemen tidak ada gunanya jika tidak mempunyai data yang lengkap, demikian juga sebaliknya jika punya data tetapi tidak mempunyai aplikasi yang digunakan untuk mengelolanya sehingga tidak dapat dihasilkan suatu laporan, statistik atau pun informasi.

Klasifikasi kerusakan

-          Kerusakan transaksi :

-          Logical errors: transaksi tidak lengkap karena ada kesalahan dalam program

-          System errors: database harus menghentikan sementara transaksi yang aktif karena ada kondisi yang tidak diharpkan (mis., deadlock)

-          System crash: kerusakan listrik atau hardware atau software yang menyebabkan system crash.

-          Penyimpan sementara: I nformasi yang ada di media ini hanya ada selama listrik mengalir

-          Kerusakan disk:  akibat dari head diskdrive yang rusak atau kotor

Algoritma Recovery adalah teknik untuk meyakinkan konsistensi database dan transaksi atomik dan ketahanan terhadap kerusakan memiliki dua bagian :

1.       Aksi yang ditempuh selama transaksi berjalan normal untuk menjamin informasi yang memadai yang kelak dibutuhkan oleh mekanisme recovery

2.       Aksi ditempuh setelah terjadinya kerusakan/kegagalan sistem yang dilakukan untuk memulihkan isi database ke suatu keadaan yang menjamin konsistensi basis data, keatomikan dan ketahanan

Struktur penyimpan

1.       Penyimpan sementara:

1. Tidak mampu mengatasi kerusakan sistem
2. contoh: main memory, cache memory

2.       Penyimpan tetap:

1. Mampu mengatasi kerusakan sistem
2. Cnoth : disk, tape, flash memory,
                     non-volatile (battery backed up) RAM
2. Penyimpan stabil:
1. Bentuk lain dari penyimpanan untuk mengatas kerusakan sistem
2. Pembuatan copy database dan menyimpan di tempat lain untuk menjaga jika ada kerusakan

Akses data

—  Blok menunjukkan satuan pentransferan data dari dan ke disk, dan dapat berisi banyak item / baris data.

—  Buffer block blok yang menyimpan data sementara di main memory.

—  Blok ini bergerak antara disk dan main memory melalui dua operasi:

-          input(B) transfer block B  ke main memory.

-          output(B) transfer buffer blok B ke disk, dan menggantikan blok yang lama.

—  Setiap transaksi T_i mempunyai area kerja private untuk tempat pengelolaan salinan dari semua item data yang diubah oleh transaksi.

-           T_i‘ adalah copy data item X dan disebut x_i.

—  Untuk menyederhanakan, setiap item data disimpan dalam blok tunggal.

—  Transaksi mentransfer data ke dan dari area kerja ke buffer dengan operasi :

-          read(X) memberi harga X dari basis data ke variabel lokal di memori bernama x_i.

-          write(X) memberi harga dari variabel lokal x_i ke item data {X} blok buffer.

-          Jika blok dimana X berada tidak ada di memori utama,maka lakukan perintah input (Bx).

—  Transaksi yang menggunakan kedua operasi tersebut :

                                Ti:           get vTransfer

                                                read (A)

                                                A ß A – vTransfer

            Write (A)

           Read (B)

           B ß B + vTransfer

           Write (B)

           Display A

           Display B

Recovery and Atomicity

Mengubah database tanpa memastikan bahwa transaksi berhasil baik akan membuat database dalam keadaan tidak konsisten. Seperti pada contoh pentransferan uang, transaksi yang mengubah harus berjalan sempurna atau tidak samasekali. Beberapa operasi output membutuhkan Ti  (untuk output A dan B). Kerusakan dapat terjadi bila salah satu perubahan pada item data tidak terjadi.

Dengan asumsi ruang disk yang dialokasikan untuk basis data tidak rusak, maka da 3 pilihan skema untuk menjalankan mekanisme recovery secara otomatis, yaitu :

1.       File log dengan penundaan pengubahan

2.       File log dengan pengubahan langsung

3.       Page bayangan (Shadow paging)

Recovery berbasis log

Sebuah  log adalah pelindung kestabilan penyimpan.

-          File log ini berisi log record, yang berkorelasi dengan semua operasi perubahan pada basis data.

Ketika transaksi T_i mulai, dalam registernya akan tertulis  <T_i  start>log record

Sebelum T_i execute write(X), dalam log record tertulis <T_i, X,  V₁,  V₂>, dimana V₁ adalah nilai X  sebelum ditulis, dan V₂ adalah nilai yang baru dari X.

-          Log record mencatat bahwa T_i telah melakukan penulisan pada X_j   X_j mempunyai nilai V₁ sebelum ditulis, dan akan bernilaiV₂ setelah transaksi write.

Ketika T_i selesai, log record menulis <T_i  commit> .

Log record langsung menulis dalam penyimpan tetap bukan buffer

Duapendekatan penggunaan log

-          Penundaan modifikasi database

-          Pengubahan langsung database

Penundaan pengubahan database

Skema penundaan pengubahan database mencatat semua perubahan ke log, tetapi menunda untuk writes setelah commit.

Anggap transaksi berjalan berurutan

Transaksi mulai dengan menulis record <T_i  start> ke log.

Sebuah operasi  write(X) menyimpulkan bahwa di log record telah tertulis <T_i, X, V>, dimana V adalah nilai baru untuk X

-          Nilai lama tidak diperlukan dalam skema ini

ketika T_i telah commit, maka dalam log tertulis <T_i commit>

Akhirnya, log record dibaca dan digunakan untuk eksekusi penulisan selanjutnya

Selama recovery sesudah rash, sebuah transaksi butuh penyelesaian <T_i  start> dan<T_i commit> dalam log.

Penulisan ulang transaksi T_i ( redoT_i) mengubah nilai data menjadi baru.

Contoh transaksi  T₀ dan T₁ (T₀ dieksekusi sebelum T₁):

                T₀: read (A)                                                         T₁ : read (C)

                                A: - A - 50                                                    C:-   C- 100

                                Write (A)                                                     write (C)

                                read (B)

                                B:-  B + 50

                                write (B)

Berikut ditunjukkan log dari 3 transaksi.

Jika ada kegagalan sistem:

1.       redo(T₀) yang membuat semua nilai item data yang diubah T₀ ke nilai-nilai baru

2.       Untuk me-redo transaksi T₀ hanya membutuhkan file log yang mengandung dua buah record yang memuat  <T₀ start> dan <T₀ commit>

Pengubahan database langsung

Skema immediate database modification adalah mekanisme dengan perubahan secara langsung ke basisdata meskipun transaksi masih berlangsung.

Update log record harus ditulis sebelum item database ditulis

-          Perubahan aktual ke database tidak diperkenankan sebelum record yang bersesuaian dalam file log dituliskan ke media penyimpan stabil

-          Sebelum eksekusi sebuah operasi output(B), record dalam file log yang berhubungan dengan item data B telah ditulis dalam media penyimpan stabil

 Prosedur recovery untuk sistem ini ada dua:

-          undo(T_i) yang merekam kembali nilai semua item data yang diubah oleh transaksi T_i ke nilai awalnya.

-          redo(T_i) yang membuat semua nilai item data yang diubah oleh transaksi T_i ke nilai barunya

Setelah terjadi kerusakan database, skema recovery akan melihat isi file log untuk mengetahui transaksi mana yang akan diulangi, dan transaksi mana yang dibatalkan, dengan aturan:

-          Transaksi T_i harus dikembalikan ke kondisi awal (undo) jika dalam file log ada record <T_i start>, tetapi tidak ada record <T_i commit>.

-          Transaksi T_i harus dituntaskan (redo) jika dalam file log ada record <T_i start> dan <T_i commit>.

Operasi undo dilaksanakan terlebih dahulu dari pada redo.

Contoh:

 Recovery untuk setiap kasus :

a.       undo (T₀): B kembali bernilai 2000 dan B ke 1000.

b.      undo (T₁) dan redo (T₀): C kembali menjadi 700, dan kemudian A dan B are diset ke 950 dan 2050 .

c.       redo (T₀) dan redo (T₁): A dan B di set ke 950 dan 2050 demikian pula  C di set ke 600

Checkpoint

Dalam melakukan redo maupun undo sebuah transaksi ada beberapa kesulitan :

1.       Proses pencarian membutuhkan waktu

2.       Sebagian besar transaksi yang perlu diulangi sudah menuliskan perubahannya ke database sehingga tidak benar-benar perlu diulangi

Untuk mengurangi beban waktu tambahan ini maka digunakan checkpointing

3.       Menulis semua record log yang sedang berada di memori utama ke media penyimpanan stabil.

4.       Menuliskan semua blok buffer yang berubah ke disk.

5.       Menuliskan record < checkpoint> di file log ke media penyimpan stabil.

Selama recovery dibutuhkan kepastian bahwa transaksi T_i mulai sebelum checkpoint :

1.       Keberadaan record <checkpoint> dalam file log memungkinkan sistem menjalankan proses recoverynya dengan lebih efisien

2.       Dari file log dapat diketahui bahwa transaksi T_i yangmemiliki record <T_i commit> yang muncul sebelum checkpoint terakhir .

3.       Kondisi tersebut menandakan bahwa perubahan kedalam database telah dituliskan

Untuk teknik recovery dengan perubahan langsung,maka akan diterapkan ketentuan :

4.       Untuk transaksi Ti dan semua transaksi setelah Ti (dinyatakan sebagai Tk) yang tidak memiliki record <Tk commit>, jalankan operasi undo(Tk)

5.       Untuk transaksi Ti dan semua transaksi setelah Ti (dinyatakan Tk) yang memiliki record <Tk commit>,jalankan operasi redo(Tk)

Untuk teknik recovery dengan penundaan pengubahan, operasi undo tidak dibutuhkan. Karena itu hanya ketentuankedua yangharus dilakukan yaitu menjalankan operasi redo(Tk)

Contoh:

T1 dapat dilanjutkan

T2 dan T3 ulang

T4 batalkan

Shadow Paging

Shadow paging adalah alternatif lain selain file log yang memerlukan akses ke disk yang lebih sedikit.

Dasar pemikiran: merawat dua halaman tabel selama transaksi berlangsung current page table, dan shadow page table

Simpan tabel bayangan dalam penyimpan tetap, dengan demikian jejak transaksi tersimpan.

-          Shadow page table tidak pernah berubah selama eksekusi

Pada waktu mulai maka kedua tabel ditandai. Hanya page asli yang digunakan selama eksekusi transaksi berlangsung.

Kapanpun halaman ditulis untuk pertama kali

-          Copy halaman ini diberikan ke halaman yang tidak dipakai.

-          Halaman sekarang dipakai sebagai sumber untuk di copy

-          Update dilakukan di copyan

Contoh Page Table

Tabel asli dan tabel bayangan terbentuk terbentuk setelah transaksi

Untuk mengcommit transaksi, harus dilakukan :

1.       Menjamin semua page data yang ada dalam memori utama yang telah diubah oleh transaksi, disalin ke dalam disk

2.       Simpan tabel page yang aktif ke disk.

3.       Simpan alamat disk dari tabel page aktif ke lokasi yang tetap dalam media penyimpanan stabil yang telah berisi alamat tabel page bayangan. Aksi ini melakukan penimpaan pada alamat tabel page bayangan yang lama. Tabel page aktif akan menjadi tabel page yang baru dan transaksi commit.

Jika crash terjadi sebelum langkah ke 3 selesai dikerjakan, kita akan kembali ke keadaan sebelum transaksi terjadi. Jika crash terjadi setelah langkah ke 3 maka efek transaksi tersimpan, sehingga redo tidak perlu.

Keunggulan dari shadow-paging

-          Tidak adanya tambahan waktu untuk penulisan record ke dalam file log

-          Proses recovery lebih cepat karena tidak butuh undo atau redo

Kelemahannya :

-          Tambahan waktu untuk proses commit

Proses commit sebuah transaksi membutuhkan sejumlah blok data untuk direkam, seperti blok data aktual, tabel page aktif dan alamat disk dari tabel page aktif

-          Pemisahan data ( fragmentasi )

Skema shadow paging menyebabkan page database mengubah lokasinya saat terjadi perubahan data, sehingga terjadi fragmentasi data yang dapat memperlambat transfer data dari database ke main memory

-          Data sampah (garbage)

Setelah transaksi tercommit, page database yang berisi data versi lama telah diubah menjadi tidak terakses dan page-page inilah yang disebut sampah

-          Lebih sulit dalam mengembangkan algoritma supay transaksi berjalan konkuren

Lebih menggunakan basis log

Recovery untuk transaksi konkuren

Meskipun banyak transaksi yang terlibat, sistemhanya akan menggunakan sebuah buffer disk dan sebuah file log. Blok untuk buffer akan dipakai secara bersama oleh semua transaksi . Jika sebuah transaksi T telah mengubah item data Q, tidak boleh ad atransaksi lain yang boleh mengubah item data yang sama hingga T telah di-commit atau di-roll back.  Dapat memanfaatkan Locking Protocol Dua fase yang ketat, yangmenerapkan penguncian dengan mode exclusive hingga akhir transaksi.

File log dapat digunakan untuk meroll back transaksi yang gagal dengan penelusuran mundur untuk setiap record yang terbentuk.

Dalam sebuah sistem yang konkuren, record checkpoint dalam file log berbentuk < checkpoint L>
diman L merupakan daftar transaksi yang aktif pada saat checkpoint terjadi

Ketika sistem melakukan pemulihan data maka yang dilakukan adalah:

1. cari undo-list dan  redo-list dalam keadaan kosong
2. Lakukan penelusuran mundur terhadap file log sampai ditemukannya  <checkpoint L> . 
   Untuk setiap record yang ditemukan :

-          Jika record adalah <T_i commit>, tambahkan T_i dalam redo-list

-          Ika record adalah <T_i  start>, maka  jika T_i tidak ada dalam redo-list, tambahkan T_i  dalam undo-list

3. Untuk setiap T_i  dalam L, jika T_i itidaka ada dalam redo-list, tambahkan T_i dalam undo-list

Begitu kedua daftar terbentuk, maka proses recpovery akan dilakukan dengan langkah-langkah sbb :

1. Lakukanpenelusuran mundur sampai ditemukan record <T_i start> untuk setiap transaksiT_i dalam undo-list.

-          Selama penelusuran, jalankan operasi undo untuk setiap record dalam file log yangmemiliki transaksi Ti pada undo-list.

2. Cari record <checkpoint L> terakhir dalam filelog.
3. Lakukanpenelusuran maju pada file log mulai dari record <checkpoint L> terakhir dan jalankan operasi .

-          redo untuk setiap record dalam file log yang dimiliki transaksi Ti yang ada dalam redo-list

Contoh Recovery

Langa algorithma recovery dalam file log:

<T₀ start>

<T₀, A, 0, 10>

<T₀ commit>

<T₁ start>

<T₁, B, 0, 10>

<T₂ start>                   /* Scan in Step 4 stops here */

<T₂, C, 0, 10>

<T₂, C, 10, 20>

<checkpoint {T₁, T₂}>

<T₃ start>

<T₃, A, 10, 20>

<T₃, D, 0, 10>

<T₃ commit>

Backup

Berdasarkan waktu pelaksanaan atau strateginya ada 2 jenis operasi backup :

1. Backup statis (Offline backup), dimana backup dilakukan dengan lebih dulu menonaktifkan basis data secara keseluruhan.

-          Backup statis dapat dilakukan oleh sistem operasi atau dengan program khusus yang diadakan DBMS.

-          Backup statis dilakukan dengan penyalinan obyek database secara keseluruhan

2. Backup dinamis (online backup), dimana backup dilakukan tanpa penonaktifan basis data.

-          Backup dinamis dilakukan dengan penyalinan database secara keseluruhan dengan cara selektif, yaitu hanya terhadap tabel-tabel yang mengalami perubahan, misalnya dengan checkpoint

-          Secara periodik, dbms akan melakukan pembentukan file dump di media penyimpanan stabil yang berisi salinan dari semua tabel sebelum terjadinya perubahan

Sistem backup jarak jauh

Remote backup memungkinkan sistem berjalan terus meskipun penyimpan utama mengalami kerusakan.

Pendeteksian kerusakan:

-          Harus menerapkan beberap asaluran komunikasi yang independen diantara situs utama dengan situs backup.

Pemindahan kendali:

-          Ketika situs utama mengalami kerusakan situs backup akanmengambil alih pemrosesan menjadi situs primer baru

Waktu untuk pemulihan

-          Jika isi file log pada situs remotebackup menjadi besar sekali proses recovery akan emmakan waktu, untuk dapat diatas dengan melakukan record redo secara periodik

-          Konfigurasi hot spare dapat membuat proses pengalihan kontrol berlangsung cepat

Waktu untuk commit

-          supaya ada jaminan bahwa perubahan pada transaksi tercommit, sebuah transaksi tidak harus dinyatakan commit sebelum record lognya diterima situs backup.

Derajat durabilitas dapat diklasifikasikan sebagai :

-          One safe. Sebuah transaksi dicommit segera setelah record log tersebut telah ditulis pada situs lokal.

-          Two very safe. Sebuah transaksi di commit segera setelah record log tersbut telah direkam baik pada situs primer maupun backupnya.

Block Storage Operations

Portion of the Database Log Corresponding to T₀ and T₁

 State of the Log and Database Corresponding to T0 and T1

Portion of the System Log Corresponding to T0 and T1

 State of System Log and Database Corresponding to T0 and T1