ในระบบฐานข้อมูลความทนทานเป็น คุณสมบัติ ACIDที่รับประกันว่าผลของธุรกรรมที่ได้รับการยืนยันจะคงอยู่ถาวร แม้ในกรณีที่เกิดความล้มเหลว^{[ 1 ]}รวมถึงเหตุการณ์และภัยพิบัติ ตัวอย่างเช่น หากการจองเที่ยวบินรายงานว่าที่นั่งได้รับการจองสำเร็จ ที่นั่งนั้นจะยังคงถูกจองอยู่แม้ว่าระบบจะล่มก็ตาม^{[ 2 ]}

ตามหลักการแล้ว ระบบฐานข้อมูลจะรับประกันคุณสมบัติความทนทานได้ก็ต่อเมื่อสามารถทนต่อความล้มเหลวได้ 3 ประเภท ได้แก่ ความล้มเหลวของธุรกรรม ระบบ และสื่อ^{[ 1 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ธุรกรรมจะล้มเหลวหากการดำเนินการถูกขัดจังหวะก่อนที่ระบบจะประมวลผลการดำเนินการทั้งหมดเสร็จสิ้น^{[ 3 ]}การขัดจังหวะประเภทนี้อาจเกิดขึ้นในระดับธุรกรรมจากข้อผิดพลาดในการป้อนข้อมูล การยกเลิกโดยผู้ดำเนินการ การหมดเวลาหรือข้อผิดพลาดเฉพาะแอปพลิเคชัน เช่น การถอนเงินจากบัญชีธนาคารที่มีเงินไม่เพียงพอ^{[ 1 ]}ในระดับระบบ ความล้มเหลวจะเกิดขึ้นหากเนื้อหาของหน่วยเก็บข้อมูลชั่วคราวสูญหาย เช่น เนื่องจากระบบล่มเช่นเหตุการณ์หน่วยความจำไม่เพียงพอ^{[ 3 ]}ในระดับสื่อ ซึ่งสื่อหมายถึงหน่วยเก็บข้อมูลถาวรที่ทนต่อความล้มเหลวของระบบ ความล้มเหลวจะเกิดขึ้นเมื่อหน่วยเก็บข้อมูลถาวรหรือบางส่วนของมันสูญหาย^{[ 3 ]}กรณีเหล่านี้มักแสดงด้วย ความล้มเหลว ของดิสก์^{[ 1 ]}

ดังนั้น เพื่อให้ระบบฐานข้อมูลมีความคงทน ควรใช้กลยุทธ์และการดำเนินการที่รับประกันว่าผลของธุรกรรมที่ได้รับการยืนยันก่อนเกิดความล้มเหลวจะยังคงอยู่หลังเหตุการณ์ (แม้กระทั่งโดยการสร้างใหม่) ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงของธุรกรรมที่ไม่สมบูรณ์ ซึ่งยังไม่ได้รับการยืนยันในขณะที่เกิดความล้มเหลว จะถูกย้อนกลับและจะไม่ส่งผลกระทบต่อสถานะของระบบฐานข้อมูล พฤติกรรมเหล่านี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าถูกต้องเมื่อการดำเนินการของธุรกรรมมีคุณสมบัติความยืดหยุ่นและความสามารถในการกู้คืน ตามลำดับ ^{[ 3 ]}

ในระบบที่ใช้ธุรกรรม กลไกที่รับประกันความคงทนนั้นเกี่ยวข้องกับแนวคิดเรื่องความน่าเชื่อถือ ของระบบตามที่ Jim Grayเสนอไว้ในปี 1981 ^{[ 1 ]}แนวคิดนี้รวมถึงความคงทน แต่ยังอาศัยคุณสมบัติของความเป็นอะตอมและความสอดคล้องด้วย^{[ 4 ​​]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กลไกความน่าเชื่อถือต้องการองค์ประกอบพื้นฐานที่ระบุจุดเริ่มต้น จุดสิ้นสุด และการย้อนกลับของธุรกรรม อย่างชัดเจน ^{[ 1 ]}ซึ่งเป็นสิ่งที่แฝงอยู่ในคุณสมบัติอีกสองประการที่กล่าวถึงข้างต้น ในบทความนี้ เราได้พิจารณาเฉพาะกลไกที่เกี่ยวข้องกับความคงทนโดยตรงเท่านั้น กลไกเหล่านี้แบ่งออกเป็นสามระดับ ได้แก่ ระดับธุรกรรม ระดับระบบ และระดับสื่อ ซึ่งสามารถเห็นได้จากสถานการณ์ที่อาจเกิดความล้มเหลวและต้องนำมาพิจารณาในการออกแบบระบบฐานข้อมูลเพื่อแก้ไขปัญหาความคงทน^{[ 3 ]}

ความทนทานต่อความล้มเหลวที่เกิดขึ้นในระดับธุรกรรม เช่น การเรียกที่ถูกยกเลิกและการกระทำที่ไม่สอดคล้องกันซึ่งอาจถูกบล็อกก่อนที่จะยืนยันโดยข้อจำกัดและทริกเกอร์ได้รับการรับประกันโดย คุณสมบัติ การจัดลำดับการดำเนินการของธุรกรรม สถานะที่สร้างขึ้นจากผลกระทบของธุรกรรมที่ยืนยันก่อนหน้านี้จะพร้อมใช้งานในหน่วยความจำหลักและมีความยืดหยุ่น ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงที่ดำเนินการโดยธุรกรรมที่ยังไม่ยืนยันสามารถยกเลิกได้ อันที่จริง ด้วยคุณสมบัติการจัดลำดับการดำเนินการ ธุรกรรมเหล่านั้นสามารถแยกแยะออกจากธุรกรรมอื่นได้ และด้วยเหตุนี้ การเปลี่ยนแปลงของธุรกรรมเหล่านั้นจึงถูกละทิ้ง^{[ 3 ]}นอกจากนี้ สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่าการเปลี่ยนแปลงแบบ in-place ซึ่งเขียนทับค่าเก่าโดยไม่เก็บประวัติใด ๆ นั้นไม่เป็นที่ยอมรับ^{[ 1 ]}มีหลายแนวทางที่ติดตามประวัติการเปลี่ยนแปลง เช่นโซลูชันที่ใช้การประทับเวลา^{[ 5 ]}หรือการบันทึกและการล็อก^{[ 1 ]}

ตามคำจำกัดความ ความล้มเหลวในระดับระบบจะเกิดขึ้นเมื่อเนื้อหาของหน่วยเก็บข้อมูลชั่วคราวสูญหาย^{[ 3 ]} ซึ่งอาจเกิดขึ้นในเหตุการณ์ต่างๆ เช่น ระบบล่มหรือ ไฟฟ้าดับระบบฐานข้อมูลที่มีอยู่ใช้หน่วยเก็บข้อมูลชั่วคราว (เช่นหน่วยความจำหลักของระบบ) เพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน บางระบบจัดเก็บสถานะและข้อมูลทั้งหมดไว้ในนั้น แม้ว่าจะไม่มีการรับประกันความคงทน บางระบบเก็บสถานะและข้อมูล หรือบางส่วนไว้ในหน่วยความจำ แต่ยังใช้หน่วยเก็บข้อมูลถาวรสำหรับข้อมูลด้วย บางระบบเก็บเฉพาะสถานะไว้ในหน่วยความจำหลัก ในขณะที่เก็บข้อมูลทั้งหมดไว้ในดิสก์^{[ 6 ]}เหตุผลเบื้องหลังการเลือกใช้หน่วยเก็บข้อมูลชั่วคราวซึ่งอาจเกิดความล้มเหลวประเภทนี้ และหน่วยเก็บข้อมูลถาวร คือ ความแตกต่างด้านประสิทธิภาพของเทคโนโลยีที่มีอยู่ซึ่งใช้ในการใช้งานหน่วยเก็บข้อมูลประเภทนี้ อย่างไรก็ตาม สถานการณ์มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อเทคโนโลยีหน่วยความจำถาวร (NVM) ได้รับความนิยมมากขึ้น ^{[ 7 ]}

ในระบบที่มีหน่วยเก็บข้อมูลแบบไม่ลบเลือน ความทนทานสามารถทำได้โดยการเก็บรักษาและล้างบันทึกแบบลำดับที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ของธุรกรรมไปยังหน่วยเก็บข้อมูลแบบไม่ลบเลือนดังกล่าว ก่อนที่จะยืนยันการยืนยัน ด้วยคุณสมบัติความเป็นอะตอมิก ธุรกรรมจึงสามารถถือเป็นหน่วยงานใน กระบวนการ กู้คืนที่รับประกันความทนทานในขณะที่ใช้บันทึก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กลไกการบันทึกเรียกว่าบันทึกการเขียนล่วงหน้า (WAL)ซึ่งช่วยให้เกิดความทนทานโดยการบัฟเฟอร์การเปลี่ยนแปลงไปยังดิสก์ก่อนที่จะซิงโครไนซ์จากหน่วยความจำหลัก ด้วยวิธีนี้ โดยการสร้างใหม่จากไฟล์บันทึก ธุรกรรมที่ยืนยันแล้วทั้งหมดจะมีความยืดหยุ่นต่อความล้มเหลวในระดับระบบ เนื่องจากสามารถทำซ้ำได้ ในทางกลับกัน ธุรกรรมที่ยังไม่ยืนยันสามารถกู้คืนได้ เนื่องจากมีการบันทึกการดำเนินการไปยังหน่วยเก็บข้อมูลแบบไม่ลบเลือนก่อนที่จะแก้ไขสถานะของฐานข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 8 ]}ด้วยวิธีนี้ การดำเนินการที่ดำเนินการบางส่วนสามารถยกเลิกได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อสถานะของระบบ หลังจากนั้น ธุรกรรมที่ไม่สมบูรณ์สามารถทำซ้ำได้ ดังนั้น บันทึกธุรกรรมจากหน่วยเก็บข้อมูลที่ไม่ระเหยสามารถประมวลผลใหม่เพื่อสร้างสถานะระบบขึ้นใหม่ได้ก่อนที่จะเกิดความล้มเหลวระดับระบบในภายหลัง การบันทึกจะทำโดยการผสมผสานระหว่างการติดตามข้อมูลและการดำเนินการ (เช่น ธุรกรรม) เพื่อเหตุผลด้านประสิทธิภาพ^{[ 9 ]}

ในระดับสื่อ สถานการณ์ความล้มเหลวส่งผลกระทบต่อหน่วยเก็บข้อมูล แบบไม่ระเหย เช่นฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์โซลิดสเตทไดรฟ์และส่วนประกอบฮาร์ดแวร์จัดเก็บข้อมูล ประเภทอื่นๆ ^{[ 8 ]}เพื่อรับประกันความทนทานในระดับนี้ ระบบฐานข้อมูลจะต้องอาศัยหน่วยความจำที่เสถียร ซึ่งเป็นหน่วยความจำที่ทนต่อความล้มเหลวได้อย่างสมบูรณ์และสมบูรณ์แบบ หน่วยความจำประเภทนี้สามารถทำได้ด้วยกลไกการจำลองแบบและโปรโตคอลการเขียนที่แข็งแกร่ง^{[ 4 ]}

มีเครื่องมือและเทคโนโลยีมากมายที่สามารถใช้ในการจัดเตรียมหน่วยความจำที่มีเสถียรภาพเชิงตรรกะ เช่น การทำมิเรอร์ของดิสก์ และการเลือกใช้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของแอปพลิเคชันเฉพาะ^{[ 4 ]}โดยทั่วไป กลยุทธ์และสถาปัตยกรรมการจำลอง และการสำรอง ข้อมูลที่ทำงานเหมือนหน่วยความจำที่มีเสถียรภาพนั้นมีให้ใช้งานในระดับต่างๆ ของสแต็กเทคโนโลยี ด้วยวิธีนี้ แม้ในกรณีที่เกิดเหตุการณ์ร้ายแรงที่ฮาร์ดแวร์จัดเก็บข้อมูลเสียหายก็สามารถป้องกันการสูญเสียข้อมูล ได้ ^{[ 10 ]}ในระดับนี้ มีความสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้นระหว่างความทนทานและการกู้คืนระบบและข้อมูลในแง่ที่ว่าเป้าหมายหลักคือการรักษาข้อมูล ไม่จำเป็นต้องเป็นสำเนาออนไลน์ แต่ยังรวมถึงสำเนาออฟไลน์ด้วย^{[ 4 ​​]}เทคนิคสุดท้ายเหล่านี้จัดอยู่ในหมวดหมู่ของการสำรองข้อมูลการป้องกันการสูญเสียข้อมูลและการกู้คืนระบบไอทีจากภัยพิบัติ^{[ 11 ]}

ดังนั้น ในกรณีที่สื่อล้มเหลว ความทนทานของธุรกรรมจะได้รับการรับประกันโดยความสามารถในการสร้างสถานะของฐานข้อมูลขึ้นใหม่จากไฟล์บันทึกที่จัดเก็บไว้ในหน่วยความจำที่เสถียร ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็ตามที่นำมาใช้ในระบบฐานข้อมูล^{[ 8 ]}มีกลไกหลายอย่างในการจัดเก็บและสร้างสถานะของระบบฐานข้อมูลขึ้นใหม่ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพทั้งในแง่ของพื้นที่และเวลา เมื่อเทียบกับการจัดการไฟล์บันทึกทั้งหมดที่สร้างขึ้นตั้งแต่เริ่มต้นระบบฐานข้อมูล กลไกเหล่านี้มักรวมถึงการสำรองข้อมูลแบบ เพิ่มขึ้น ไฟล์ส่วนต่างและจุดตรวจสอบ^{[ 12 ]}

ในการทำธุรกรรมแบบกระจายการรับประกันความคงทนต้องใช้กลไกเพิ่มเติมเพื่อรักษาลำดับสถานะที่สอดคล้องกันในโหนดฐานข้อมูลทั้งหมด ซึ่งหมายความว่า ตัวอย่างเช่น โหนดเดียวอาจไม่เพียงพอที่จะตัดสินใจสรุปธุรกรรมโดยการยืนยัน ในความเป็นจริง ทรัพยากรที่ใช้ในธุรกรรมนั้นอาจอยู่ในโหนดอื่น ซึ่งมีธุรกรรมอื่นเกิดขึ้นพร้อมกัน มิฉะนั้น ในกรณีที่เกิดความล้มเหลว หากไม่สามารถรับประกันความสอดคล้องได้ ก็จะเป็นไปไม่ได้ที่จะยืนยันสถานะที่ปลอดภัยของฐานข้อมูลเพื่อการกู้คืน ด้วยเหตุนี้ โหนดที่เข้าร่วมทั้งหมดต้องประสานงานกันก่อนที่จะสามารถยืนยันการยืนยันได้ โดยปกติจะทำโดยใช้โปรโตคอลการยืนยันแบบสองขั้นตอน^{[ 13 ]}

นอกจากนี้ ในฐานข้อมูลแบบกระจายแม้แต่โปรโตคอลสำหรับการบันทึกและการกู้คืนก็จะต้องจัดการกับปัญหาของสภาพแวดล้อมแบบกระจายเช่นการติดตายซึ่งอาจขัดขวางความยืดหยุ่นและการกู้คืนธุรกรรม และด้วยเหตุนี้จึงส่งผลต่อความคงทน^{[ 13 ]}ตระกูลอัลกอริธึมที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางซึ่งรับประกันคุณสมบัติเหล่านี้คือAlgorithms for Recovery and Isolation Exploiting Semantics (ARIES ) ^{[ 8 ]}

• อะตอมิตี้
• ความสม่ำเสมอ
• การแยกตัว
• ระบบจัดการฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์
• การรั่วไหลของข้อมูล

• แคมป์เบลล์, เลน; เมเจอร์ส, แชริตี้ (2017). วิศวกรรมความน่าเชื่อถือของฐานข้อมูล . โอไรลีย์ มีเดีย อิงค์. ISBN 9781491926215.
• Taylor, CA; Gittens, MS; Miranskyy, AV (มิถุนายน 2551). "กรณีศึกษาความน่าเชื่อถือของฐานข้อมูล: ประเภทส่วนประกอบ โปรไฟล์การใช้งาน และการทดสอบ"รายงานการประชุมเชิงปฏิบัติการนานาชาติครั้งที่ 1 เรื่องการทดสอบระบบฐานข้อมูลหน้า  1–6 . doi : 10.1145/1385269.1385283 . ISBN 9781605582337S2CID 16101765​ ​

• แง่มุมด้านความทนทานในฐานข้อมูลของ Oracle
• เอกสารประกอบ MySQL InnoDB เกี่ยวกับการรองรับคุณสมบัติ ACID
• เอกสารของ PostgreSQL เกี่ยวกับความน่าเชื่อถือ
• ความทนทานของธุรกรรมควบคุม Microsoft SQL Server
• การแสดงภาพความหน่วงแบบโต้ตอบสำหรับที่เก็บข้อมูลประเภทต่างๆ จาก Berkeley