数据恢复是数据库系统中非常重要的一部分，尤其在数据库面临故障或意外停机时，能够确保数据的一致性、事务的原子性以及持久性。本文档所描述的ARIES算法是一种广泛使用的数据库恢复和隔离技术，由IBM研究院在1990年代初期开发。由于其重要性和实用性，许多系统在实现数据恢复时，尽管并不完全按照ARIES算法的定义，但都与之相似。
在数据库系统中，恢复算法主要分为两部分：一部分是在正常事务处理过程中采取的行动，以确保数据库管理系统可以从故障中恢复；另一部分是在故障发生之后采取的行动，目的是将数据库恢复到一个确保事务原子性、一致性和持久性状态。
ARIES算法的三个主要概念包括：
1. 预写式日志(WAL - Write-Ahead Logging)：这是ARIES算法的核心部分，其原则是所有的数据变更必须在实际写入磁盘之前先记录在稳定的存储设备上的日志中。预写式日志必须是强制性的(Force)，这意味着日志记录必须在事务提交前写入磁盘，同时又必须是偷窃性的(Steal)，意味着未提交的变更也可以写入磁盘。
2. 重做期间重复历史(Repeating History During Redo)：当系统重启后，恢复算法必须重做之前的变更，以确保数据库状态与故障发生前的状态完全一致。
3. 撤销期间记录日志中的变更(Logging Changes During Undo)：为了确保在事务撤销时，如果出现重复的故障情况，不会重复执行某些操作，撤销过程中的变更也需要记录在日志中。
此外，ARIES算法还引入了日志序列号(LSN - Log Sequence Number)的概念，日志记录现在包含一个全局唯一的LSN。系统中的不同组件会跟踪与它们相关的LSN，包括内存中的flushed LSN（系统已刷新到磁盘的最大LSN）、page LSN（数据页上最近一次更新的LSN）、rec LSN（事务Ti最新的操作LSN），等等。LSN用于确保日志记录与实际数据页面之间的对应关系，以及确定何时必须将日志刷新到磁盘。
在数据页面中，每个数据页面都包含一个page LSN，它代表该页面最近一次更新的LSN。系统会跟踪flushed LSN，即到目前为止已经刷新的最大LSN。在将一个数据页面写入磁盘之前，必须先至少将日志刷新到这样一个点：页面上的page LSN小于或等于flushed LSN。这样可以确保数据页面的内容与日志记录相匹配，防止数据不一致的发生。
文档中还提到了WAL记录的概念，文档表示需要扩展日志记录格式，以包含额外的信息。现在的日志记录不仅包括LSN，还包括事务标识、被更新的数据项以及更新前后的值等信息。
ARIES算法的恢复过程通常包括以下几个步骤：
- 分析：在系统恢复时，首先需要分析日志文件，以确定故障发生前的最新状态和故障点。
- 重做(Forward Recovery)：从日志文件的最后一个检查点开始，重做所有在故障发生前的变更操作，使数据库恢复到故障发生前的最近状态。
- 撤销(Undo Recovery)：检查所有未完成的事务，对于已经提交的事务，不需要撤销操作；对于未提交的事务，则需要撤销其所有变更，以保证事务的原子性。
ARIES算法采用的一种称为“模糊检查点”(Fuzzy Checkpointing)的技术，它允许系统在运行时进行检查点的备份，这降低了检查点操作对系统性能的影响。
总结来说，ARIES算法通过详细的事务日志记录、事务状态的检查点备份，以及重做和撤销策略，确保了即使在出现故障的情况下，数据库系统也能保证数据的一致性与事务的完整性。这对于任何需要处理关键数据的系统来说，都是至关重要的。
