在一個(gè)理想的世界中，不會(huì)存在任何數(shù)據(jù)庫(kù)的損壞，就像我們不會(huì)將一些嚴(yán)重意外情況列入我們生活中的日常一樣，而一旦這類(lèi)事情發(fā)生，一定會(huì)對(duì)我們的生活造成非常顯著的影響，在SQL Server中也同樣如此，或許幾年內(nèi)您沒(méi)有遇見(jiàn)過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)中出現(xiàn)這類(lèi)情況，而一旦遇見(jiàn)這類(lèi)情況，往往伴隨著數(shù)據(jù)的丟失，宕機(jī)，嚴(yán)重甚至您本身的職業(yè)生涯也會(huì)受到影響。因此對(duì)于這類(lèi)情況，我們需要了解數(shù)據(jù)庫(kù)損壞方面的知識(shí)，以便我們能夠事前準(zhǔn)備，事后能夠處理。本篇文章會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)損壞的原因、現(xiàn)象、事前和事后的一些處理方法以及簡(jiǎn)單的修復(fù)方法進(jìn)行探討。

數(shù)據(jù)庫(kù)為什么會(huì)損壞？

在了解數(shù)據(jù)庫(kù)損壞之前，首先我們要了解SQL Server是如何將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)文件（MDF、NDF等）。無(wú)論更新還是插入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)都需要首先在內(nèi)存中的Buffer Pool駐留，然后通過(guò)CheckPoint和Lazy Writer等過(guò)程將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)持久化到磁盤(pán)。在這個(gè)過(guò)程中，數(shù)據(jù)臟頁(yè)由內(nèi)存寫(xiě)入持久化的IO子系統(tǒng)，在此期間，按照IO子系統(tǒng)的不同，數(shù)據(jù)可能經(jīng)過(guò)這幾層：

Windows(寫(xiě)數(shù)據(jù)一定調(diào)用的是WINDOWS API)

Windows底層的中間層（殺毒軟件，磁盤(pán)加密系統(tǒng)）

網(wǎng)卡、路由器、交換機(jī)、光釬、網(wǎng)線等（如果IO子系統(tǒng)不是直連的話）

SAN控制器（如果使用了SAN）

RAID控制器（IO子系統(tǒng)做了RAID）

磁盤(pán)或SSD等持久化存儲(chǔ)器

因此，數(shù)據(jù)頁(yè)被寫(xiě)入持久化存儲(chǔ)期間，可能經(jīng)過(guò)上述列表中的幾項(xiàng)。在經(jīng)歷上述過(guò)程中，硬件環(huán)境會(huì)受到很多方面的影響，比如說(shuō)電壓是否穩(wěn)定、斷電、溫度過(guò)高或過(guò)低、潮濕程度等，而軟件方面，由于軟件都是人寫(xiě)的，因此就可能存在BUG，這些都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)頁(yè)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤。

此外，影響磁盤(pán)的因素也包括電壓是否穩(wěn)定、灰塵等因素，這些也有可能引起磁盤(pán)壞道或整體損壞。

上面提到的所有因素都可以被歸結(jié)為IO子系統(tǒng)。因此，造成數(shù)據(jù)損壞的情況絕大部分是由IO子系統(tǒng)引起的，還有非常非常小的概率內(nèi)存芯片也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)頁(yè)損壞，但這部分情況微乎其微，因此不在本文的討論之列。

上面提到的這些導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞的原因都屬于天災(zāi)，還有一些人禍。比如說(shuō)通過(guò)編輯器等手動(dòng)編輯數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)庫(kù)中還有需要Redo和Undo的事務(wù)時(shí)（也就是沒(méi)有Clean Shutdown）刪除了日志文件（通常會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)質(zhì)疑）。

發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)損壞

在我們知道可能造成數(shù)據(jù)庫(kù)的損壞原因之后，接下來(lái)我們來(lái)看SQL Server是如何監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)頁(yè)損壞的。

在SQL Server的數(shù)據(jù)庫(kù)級(jí)別，可以設(shè)置頁(yè)保護(hù)類(lèi)型，一共有三個(gè)選項(xiàng)：None，CheckSum，Torn_Page_Detection，如圖1所示：

圖1.頁(yè)保護(hù)的三種選項(xiàng)

關(guān)于這三種選項(xiàng)，首先，請(qǐng)無(wú)視None，請(qǐng)不要在任何場(chǎng)景下選擇該選項(xiàng)，該選項(xiàng)意味著SQL Server不對(duì)頁(yè)進(jìn)行保護(hù)。

其次是TORN_PAGE_DETECTION，在SQL Server中，數(shù)據(jù)的最小單位是頁(yè)，每一頁(yè)是8K，但是對(duì)應(yīng)磁盤(pán)上往往是16個(gè)512字節(jié)的扇區(qū)，如果一個(gè)頁(yè)在寫(xiě)入持久化存儲(chǔ)的過(guò)程中，只寫(xiě)了一半的頁(yè)，這就是所謂的TORN_PAGE_DETECTION，SQL Server通過(guò)每個(gè)扇區(qū)提512字節(jié)中前2位作為元數(shù)據(jù)，總共16個(gè)扇區(qū)32位4字節(jié)的元數(shù)據(jù)（頁(yè)頭中標(biāo)識(shí)為:m_tornBits），通過(guò)該元數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)是否存在部分寫(xiě)的TORN_PAGE，但該類(lèi)型的頁(yè)驗(yàn)證無(wú)法檢測(cè)出頁(yè)中的寫(xiě)入錯(cuò)誤，因此在SQL Server 2005及以上版本，盡量選擇CheckSum。

在SQL Server 2005及以上版本，引入了CheckSum，CheckSum可以理解為校驗(yàn)和，當(dāng)數(shù)據(jù)頁(yè)被寫(xiě)入持久化存儲(chǔ)時(shí)，會(huì)根據(jù)頁(yè)的值計(jì)算出一個(gè)4字節(jié)的CheckSum存于頁(yè)頭（頁(yè)頭中標(biāo)識(shí)同為:m_tornBits），和數(shù)據(jù)在同一頁(yè)中一起保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)數(shù)據(jù)從IO子系統(tǒng)被讀取到內(nèi)存中時(shí)，SQL Server會(huì)根據(jù)頁(yè)內(nèi)的值再次計(jì)算CheckSum，用該重新計(jì)算的CheckSum和頁(yè)頭中存儲(chǔ)的CheckSum進(jìn)行比對(duì)，如果比對(duì)失敗，則SQL Server就會(huì)認(rèn)為該頁(yè)被損壞。

由CheckSum的過(guò)程可以看出，只有在頁(yè)被寫(xiě)入SQL Server的過(guò)程中才會(huì)計(jì)算CheckSum，因此如果僅僅改變數(shù)據(jù)庫(kù)選項(xiàng)的話，則頁(yè)頭中的該元數(shù)據(jù)并不會(huì)隨之改變。

與IO相關(guān)的三種錯(cuò)誤

通過(guò)上述CheckSum的原理可以看出，SQL Server可以檢測(cè)出頁(yè)損壞，此時(shí)，具體的表現(xiàn)形式可能為下述三種錯(cuò)誤的一種：

823錯(cuò)誤，也就是所謂的硬IO錯(cuò)誤，可以理解為SQL Server希望讀取頁(yè)，而Windows告訴SQL Server，無(wú)法讀取到該頁(yè)。

824錯(cuò)誤，也就是所謂的軟IO錯(cuò)誤，可以理解為SQL Server已經(jīng)讀取到該頁(yè)，但通過(guò)計(jì)算CheckSum等值發(fā)現(xiàn)不匹配，因此SQL Server認(rèn)為該頁(yè)已經(jīng)被損壞。

825錯(cuò)誤，也就是所謂Retry錯(cuò)誤。

其中， 上述823和824錯(cuò)誤都是錯(cuò)誤等級(jí)為24的嚴(yán)重錯(cuò)誤，因此會(huì)被記錄在Windows應(yīng)用程序日志和SQL Server的錯(cuò)誤日志中，而引起該錯(cuò)誤的頁(yè)會(huì)被記錄在msdb.dbo.suspect_pages中。SQL Server錯(cuò)誤日志中也會(huì)記錄到出錯(cuò)頁(yè)的編號(hào)，如圖2所示。

圖2.824錯(cuò)誤在SQL Server錯(cuò)誤記錄中的描述

因此，如果我們存在完善的備份的話，我們可以通過(guò)備份進(jìn)行頁(yè)還原（在此再次強(qiáng)調(diào)一下對(duì)于DBA來(lái)說(shuō)，有”備”無(wú)患），一個(gè)簡(jiǎn)單的頁(yè)還原代碼如代碼清單1所示。

USE [master]

RESTORE DATABASE [Corrupt_DB] PAGE='1:155' 

FROM  DISK = N'C:\xxx.bak' 

WITH  FILE = 1,  NORECOVERY,  NOUNLOAD,  STATS = 5

代碼清單1.一個(gè)簡(jiǎn)單的頁(yè)還原代碼，從備份中還原文件ID1中的第155頁(yè)

記得我們前面說(shuō)的，在讀取頁(yè)計(jì)算校驗(yàn)和時(shí)出錯(cuò)，這既可能是被寫(xiě)入持久化存儲(chǔ)的頁(yè)本身出錯(cuò)，也可能是在頁(yè)被讀取的過(guò)程中出錯(cuò)，此時(shí)SQL Server會(huì)嘗試從IO子系統(tǒng)中再次讀取該頁(yè)，最多可能是4次嘗試，如果在4次嘗試過(guò)程中校驗(yàn)和通過(guò)，則會(huì)是825錯(cuò)誤，否則是824錯(cuò)誤。這里要注意，與823和824錯(cuò)誤不同的是，825錯(cuò)誤是一個(gè)等級(jí)僅為10的信息。

因此，由于有固定的錯(cuò)誤編號(hào)，因此可以在SQL Server Agent中對(duì)823和824設(shè)置警報(bào)。

備份CheckSum

上述頁(yè)CheckSum只有在頁(yè)被使用時(shí)才會(huì)被校驗(yàn)頁(yè)的正確性。在備份數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，可以指定CheckSum選項(xiàng)來(lái)使得備份讀取的頁(yè)也計(jì)算校驗(yàn)和，從而保證了被備份的數(shù)據(jù)庫(kù)是沒(méi)有損壞的。在圖3的備份選項(xiàng)我們可以注意到這兩條：

圖3.CheckSum和Continue_After_Error選項(xiàng)

如果啟用了CheckSum，當(dāng)備份過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了頁(yè)校驗(yàn)和錯(cuò)誤時(shí)，就會(huì)終止備份，而啟用了Continue_After_Error選項(xiàng)的話，在檢測(cè)到校驗(yàn)和錯(cuò)誤時(shí)，仍然繼續(xù)從而使得備份成功。

備份如果啟用了CheckSum選項(xiàng)，除去檢測(cè)每一頁(yè)的校驗(yàn)和之外，還會(huì)在備份完成后，對(duì)整個(gè)備份計(jì)算校驗(yàn)和并存儲(chǔ)于備份頭中。

此外，對(duì)于備份，我們還可以通過(guò)Restore Verifyonly with CheckSum來(lái)驗(yàn)證備份，來(lái)保證備份的數(shù)據(jù)沒(méi)有被損壞。

DBCC CheckDB

前面提到SQL Server發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的方法有兩種，分別為在讀取頁(yè)時(shí)和在備份時(shí)（本質(zhì)上也是讀取頁(yè)）。但如果我們希望對(duì)于數(shù)據(jù)一致性的檢查更加的激進(jìn)，那我們應(yīng)該定期使用CheckDB來(lái)檢查數(shù)據(jù)的一致性，而不至于在生產(chǎn)時(shí)間數(shù)據(jù)被讀取時(shí)才能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。

CheckDB命令會(huì)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)做所有的一致性檢查。當(dāng)檢查對(duì)象是Master數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，CheckDB還會(huì)檢查ResourceDB。

CheckDB最簡(jiǎn)單的用法如代碼清單2所示，在當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)上下文中直接執(zhí)行CheckDB，將會(huì)檢查當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的一切。

DBCC CHECKDB

代碼清單2.CheckDB最簡(jiǎn)單的用法

CheckDB命令在企業(yè)版中會(huì)使用多線程來(lái)進(jìn)行，會(huì)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行一致性檢查，在該過(guò)程中，使用了內(nèi)建數(shù)據(jù)庫(kù)快照的方式進(jìn)行，因此不會(huì)造成阻塞，但CheckDB會(huì)消耗大量的CPU、內(nèi)存和IO。因此CheckDB要選擇在維護(hù)窗口時(shí)間或是系統(tǒng)閑時(shí)進(jìn)行。

默認(rèn)情況下，CheckDB命令會(huì)將輸出所有的信息，但通常我們并不關(guān)心這些信息，而是只關(guān)心錯(cuò)誤信息，因此實(shí)際中通常給DBCC指定不顯式信息的參數(shù)，如代碼清單3所示。

DBCC CHECKDB WITH NO_INFOMSGS;

代碼清單3.CheckDB通常搭配N(xiāo)o_InfoMsgs參數(shù)

實(shí)際上，CheckDB是一套命令的匯總，CheckDB會(huì)依次檢查下述內(nèi)容：

初次檢查系統(tǒng)表

分配單元檢查（DBCC CHECKALLOC）

完整檢查系統(tǒng)表

對(duì)所有表進(jìn)行一致性邏輯檢查（DBCC CHECKTABLE）

元數(shù)據(jù)檢查（DBCC CHECKCATALOG）

SSB檢查

索引視圖、XML索引等檢查

首先，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)表?yè)p壞時(shí)，只能通過(guò)備份進(jìn)行恢復(fù)（這也是為什么備份除TempDB之外的系統(tǒng)表非常重要）。其次，在一個(gè)大數(shù)據(jù)庫(kù)中，做一次CheckDB時(shí)間會(huì)非常長(zhǎng)，維護(hù)窗口時(shí)間或系統(tǒng)閑時(shí)的時(shí)間可能無(wú)法Cover這段時(shí)間，那么我們可以將CheckDB的任務(wù)分散到CHECKALLOC、DBCC CHECKTABLE、DBCC CHECKCATALOG這三個(gè)命令中。

更多關(guān)于CheckDB的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱：http://technet.microsoft.com/en-us/library/ms176064.aspx。

數(shù)據(jù)庫(kù)損壞的修復(fù)

數(shù)據(jù)庫(kù)損壞最行之有效的辦法就是存在冗余數(shù)據(jù)，使用冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。所謂的冗余數(shù)據(jù)包括熱備、冷備、和暖備。

使用鏡像或可用性組作為熱備，當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，可以自動(dòng)進(jìn)行頁(yè)修復(fù)（鏡像要求2008以上，可用性組是2012的功能）。鏡像當(dāng)主體服務(wù)器遭遇824錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)向鏡像服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，將損壞的頁(yè)由鏡像復(fù)制到主體解決該問(wèn)題。對(duì)于可用性組，如果數(shù)據(jù)頁(yè)是在主副本上發(fā)現(xiàn)的，則主副本將會(huì)向所有輔助副本發(fā)送廣播，并由第一個(gè)響應(yīng)的輔助副本的頁(yè)來(lái)修復(fù)頁(yè)錯(cuò)誤，如果錯(cuò)誤出現(xiàn)在只讀輔助副本，則會(huì)向主副本請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的頁(yè)來(lái)修復(fù)錯(cuò)誤。在這里有一點(diǎn)值得注意的是，無(wú)論是哪一種高可用性技術(shù)，都不會(huì)將頁(yè)錯(cuò)誤散播到冗余數(shù)據(jù)中，因?yàn)镾QL Server中所有的高可用性技術(shù)都是基于日志，而不是數(shù)據(jù)頁(yè)。

其次是使用暖備或冷備來(lái)還原頁(yè)，我已經(jīng)在代碼清單1中給出了詳細(xì)的代碼，這里就不細(xì)說(shuō)了。

如果沒(méi)有合適的備份存在，如果損壞的數(shù)據(jù)頁(yè)是存在于非聚集索引上，那么你很幸運(yùn)，只需要將索引禁用后重建即可。

如果存在基準(zhǔn)的完整備份，并且日志鏈沒(méi)有斷裂（包括差異備份可以Cover日志缺失的部分），則可以通過(guò)備份尾端日之后還原數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行修復(fù)。

最后，如果基礎(chǔ)工作做的并不好，您可能就需要通過(guò)損失數(shù)據(jù)的方式來(lái)?yè)Q回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的一致性，我們可以通過(guò)DBCC CheckDB命令的REPAIR_ALLOW_DATA_LOSS來(lái)修復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)。使用該方法可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)損失，也可能不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)損失，但大部分情況都會(huì)通過(guò)刪除數(shù)據(jù)來(lái)修復(fù)一致性。使用REPAIR_ALLOW_DATA_LOSS需要將數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置為單用戶(hù)模式，這意味著宕機(jī)時(shí)間。

無(wú)論是哪種情況修復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)，都要考慮是否滿(mǎn)足SLA，如果出現(xiàn)了問(wèn)題之后，發(fā)現(xiàn)無(wú)論用哪種方式都無(wú)法滿(mǎn)足SLA的話，那只能檢討之前的準(zhǔn)備工作并祈禱你不會(huì)因此丟了工作。

小結(jié)

本篇文章闡述了數(shù)據(jù)庫(kù)損壞的概念、SQL Server檢測(cè)損壞的原理、CheckDB的原理及必要性和簡(jiǎn)單的修復(fù)手段。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)損壞事前要做好充足的準(zhǔn)備，在事后才不會(huì)后悔莫及。就像買(mǎi)保險(xiǎn)一樣，你可不會(huì)希望出了事以后再去買(mǎi)保險(xiǎn)吧？

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