1. 概要
データベース管理システム（DBMS）において、障害回復はデータの一貫性と可用性を確保するために極めて重要な機能です。DBMSは企業や組織の重要な情報資産を管理しているため、システム障害や予期せぬデータ損失が発生した際に、迅速かつ確実に回復できることが業務継続の観点からも不可欠です。障害回復機能により、システムのダウンタイムを最小限に抑え、データの損失を防ぐことで、業務の信頼性と効率性を高めます。本記事では、DBMSの障害回復機能の詳細とその回復手順について解説します。
2. 詳細説明
2.1. 障害の種類
データベースにおける障害は主に以下の3種類に分類されます：
- トランザクション障害：データベースの一部の操作（トランザクション）が完了せず、データの一貫性が失われる障害。
- システム障害：システム全体が停止するような障害（例：電源断、OSクラッシュ）。
- メディア障害：ハードディスクやSSDなどの物理的なストレージに問題が生じる障害（例：ディスクの故障）。
2.2. 障害回復の基本的な仕組み
DBMSは障害からの回復を以下の3つの要素を組み合わせて実現します：
- ログ（ジャーナル）：全てのトランザクションの操作を記録するログファイル。REDOログ（更新後イメージ）とUNDOログ（更新前イメージ）に分かれ、それぞれが回復処理に利用されます。
- チェックポイント：DBMSが特定の時点でデータの一貫性を確認し、その状態を保存するポイント。システム障害発生時に、チェックポイント以降のデータのみを確認・復元することで、回復時間を短縮します。
- バックアップ：定期的にデータベース全体のコピーを保存することで、メディア障害時にデータを復元できるようにします。
2.3. 障害回復の手順
障害の種類に応じて、DBMSは以下のような回復手順を実行します：
2.3.1. トランザクション障害の回復
トランザクション障害の場合、DBMSはロールバック処理を行い、障害が発生したトランザクションを取り消し、トランザクション開始前の状態に戻します。
2.3.2. システム障害の回復
- REDO処理：システムが再起動された際、最新のチェックポイント以降のコミット済みトランザクションに対して、REDOログを基に更新を再実行します。
- UNDO処理：同様に、未コミットのトランザクションに対して、UNDOログを基にその操作を取り消します。
2.3.3. メディア障害の回復
- バックアップの復元：最新のバックアップを復元し、物理的なメディア障害の影響を取り除きます。
- ログの適用：バックアップ以降の更新内容をREDOログを用いてデータベースに適用し、一貫性を回復します。
3. 応用例
3.1. 銀行システムでの応用
銀行のATMシステムでは、取引中に障害が発生した場合でも、正確な残高管理と取引の一貫性が求められます。例えば、顧客が現金を引き出す途中で電源障害が発生した場合、DBMSの障害回復機能を用いて、トランザクションをロールバックし、障害前の状態に戻すことが可能です。これにより、二重引き落としや不正確な残高表示を防ぎ、システムの信頼性を維持します。
3.2. Eコマースサイトでの応用
オンラインショッピングサイトでは、注文処理中のシステム障害が顧客の体験と満足度に直接影響します。例えば、顧客が商品を購入する際にシステム障害が発生した場合でも、DBMSはコミット済みのトランザクションをREDO処理で再適用し、未完了のトランザクションをUNDO処理で取り消すことで、正確な注文情報を維持し、データ損失を防ぎます。
4. 例題
例題1
Q: データベースの障害回復において、REDOとUNDOの処理の違いを説明してください。
A: REDO処理とUNDO処理の違いは以下の通りです：
- REDO処理：
- 目的：コミット済みトランザクションの結果を再現する
- タイミング：システム再起動時に、最新のチェックポイント以降のコミット済みトランザクションに対して実行
- 使用するログ：REDOログ（更新後イメージ）
- UNDO処理：
- 目的：未コミットのトランザクションの影響を取り消す
- タイミング：システム再起動時に、障害発生時点で実行中だった未コミットトランザクションに対して実行
- 使用するログ：UNDOログ（更新前イメージ）
例題2
Q: データベースのメディア障害からの回復手順を正しい順序で並べてください。
a) ログを用いて更新を適用する
b) 障害の原因を特定し、修復する
c) 最新のバックアップを復元する
d) システムを再起動する
A: 正しい順序は以下の通りです：
- b) 障害の原因を特定し、修復する
- c) 最新のバックアップを復元する
- a) ログを用いて更新を適用する
- d) システムを再起動する まず障害の原因を特定して修復し、その後にバックアップから復元します。次に、バックアップ以降の更新をログから適用し、最後にシステムを再起動して運用を再開します。
5. まとめ
データベース管理システムにおける障害回復機能は、データの一貫性と可用性を確保するために不可欠です。DBMSは、トランザクション障害、システム障害、メディア障害の3つの主要な障害に対応するために、ログ、チェックポイント、バックアップなどの要素を活用し、迅速かつ効率的な回復を実現します。