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进程结构之CKPT与SCN (小猫爪印二)

原创 Linux操作系统 作者:木呼 时间:2011-07-04 14:39:49 0 删除 编辑
检查点概述

大多数关系型数据库都采用"在提交时并不强迫针对数据块的修改完成"而是"提交时保证修改记录(以重做日志的形式)写入日志文件"的机制,来获得性能的优势。这句话的另外一种描述是:当用户提交事务,写数据文件是"异步"的,写日志文件是"同步"。这就可能导致数据库实例崩溃时,内存中的DB_Buffer 中的修改过的数据,可能没有写入到数据块中。数据库在重新打开时,需要进行恢复,来恢复DB Buffer 中的数据状态,并确保已经提交的数据被写入到数据块中。检查点是这个过程中的重要机制,通过它来确定,恢复时哪些重做日志应该被扫描并应用于恢复
要了解这个检查点,首先要知道checkpoint queue概念,检查点发生后,触发dbwrCKPT获取发生检查点时对应的SCN,通知DBWr要写到这个SCN为止
dbwr
dirty buffer 是根据 buffer 被首次修改的时候的时间的顺序写出,也就是 buffer被修改的时候会进入一个queue checkpoint queue),dbwr 就根据queue从其中批量地写到数据文件 由于这里有一个顺序的关系,所以 dbwr的写的进度就是可衡量的,写到哪个buffer的时候该buffer的首次变化时候的scn就是当前所有数据文件block的最新scn,但是由于无法适时的将dbwr的进度记录下来,所以oracle 选择了一些策略。 其中就包括ckpt进程的检查点和心跳。
检查点发生以后,CKPT进程检查checkpoint queue(也就是脏块链表)是否过长,如果是,则触发DBWr,将一部分脏块写入数据文件,从而缩短checkpoint queue

checkpoint 发生时,一方面通知dbwr进行下一批写操作,(dbwr 写入的时候,一次写的块数是有一个批量写的隐藏参数控制的。)另一方面,oracle 采用了一个心跳的概念,3秒的频率将dbwr 写的进度反应到控制文件中,也就是把dbwr当前刚写完的dirty buffer对应的scn 写入数据文件头和控制文件,这就是检查点scn
这个3秒和增量检查点不是一个概念,3秒只是在控制文件中,ckpt 进程去更新当前dbwr写到哪里了,这个对于ckpt 进程来说叫 heartbeat heartbeat3秒一次,3秒可以看作不停的检查并记录检查点执行情况(DBWR的写进度)。
检查点发生之后数据库的数据文件、控制文件处于一致状态的含义是不需要进行介质恢复,只表示数据文件头一致,但是并不表示数据文件内容一致,因为数据文件内容可能在没有发生检查点的其他情况下的dbwr写数据文件,这样数据文件内容就不一致,若掉电需要进行崩溃恢复。

SCN

SCNSystem Chang Number)作为oracle中的一个重要机制,在数据恢复、Data GuardStreams复制、RAC节点间的同步等各个功能中起着重要作用。理解SCN的运作机制,可以帮助你更加深入地了解上述功能。

1、系统检查点scn
当一个检查点动作完成后,Oracle就把系统检查点的SCN存储到控制文件中。

select checkpoint_change# from v$database
2
、数据文件检查点scn
当一个检查点动作完成后,Oracle就把每个数据文件的scn单独存放在控制文件中。

select name,checkpoint_change# from v$datafile
3
、启动scn
Oracle
把这个检查点的scn存储在每个数据文件的文件头中,这个值称为启动scn,因为它用于在数据库实例启动时,检查是否需要执行数据库恢复

select name,checkpoint_change# from v$datafile_header
4
、终止scn
每个数据文件的终止scn都存储在控制文件中

select name,last_change# from v$datafile
在正常的数据库操作过程中,所有正处于联机读写模式下的数据文件的终止scn都为null.
5
、在数据库运行期间的scn

在数据库打开并运行之后,控制文件中的系统检查点、控制文件中的数据文件检查点scn和每个数据文件头中的启动scn都是相同的。控制文件中的每个数据文件的终止scn都为null.
在安全关闭数据库的过程中,系统会执行一个检查点动作,这时所有数据文件的终止scn都会设置成数据文件头中的那个启动scn的值。在数据库重新启动的时候,Oracle将文件头中的那个启动scn与数据库文件检查点scn进行比较,如果这两个值相互匹配,oracle接下来还要比较数据文件头中的启动 scn和控制文件中数据文件的终止scn。如果这两个值也一致,就意味着所有数据块多已经提交,所有对数据库的修改都没有在关闭数据库的过程中丢失,因此这次启动数据库的过程也不需要任何恢复操作,此时数据库就可以打开了。当所有的数据库都打开之后,存储在控制文件中的数据文件终止scn的值再次被更改为 null,这表示数据文件已经打开并能够正常使用了。

事务过程

我们再看下oracle事务中的数据变化是如何写入数据文件的:

1 事务开始;

2 buffer cache中找到需要的数据块,如果没有找到,则从数据文件中载入buffer cache中;

3 事务修改buffer cache的数据块,该数据被标识为脏数据,并被写入log buffer中;

4 事务提交,LGWR进程将log buffer中的脏数据写入redo log file中;

5 当发生checkpointCKPT进程更新所有数据文件的文件头中的信息,DBWr进程则负责将Buffer Cache中的脏数据写入到数据文件中。

经过上述5个步骤,事务中的数据变化最终被写入到数据文件中。但是,一旦在上述中间环节时,数据库意外宕机了,在重新启动时如何知道哪些数据已经写入数据文件、哪些没有写呢(同样,在DGstreams中也存在类似疑问:redo log中哪些是上一次同步已经复制过的数据、哪些没有)?SCN机制就能比较完善的解决上述问题。

SCN是一个数字,确切的说是一个只会增加、不会减少的数字。正是它这种只会增加的特性确保了Oracle知道哪些应该被恢复、哪些应该被复制。

总共有4SCN系统检查点System CheckpointSCN数据文件检查点Datafile CheckpointSCN结束SCNStop SCN)、开始SCNStart SCN)。其中前面3SCN存在于控制文件中,最后一种则存在于数据文件的文件头中

在控制文件中,System Checkpoint SCN是针对整个数据库全局的,因而只存在一个,而Datafile Checkpoint SCNStop SCN是针对每个数据文件的,因而一个数据文件就对应在控制文件中存在一份Datafile Checkpoint SCNStop SCN。在数据库正常运行期间,Stop SCN(通过视图v$datafile的字段last_change#可以查询)是一个无穷大的数字或者说是NULL

在一个事务提交后(上述第四个步骤),会在redo log中存在一条redo记录,同时,系统为其提供一个最新的SCN(通过函数dbms_flashback.get_system_change_number可以知道当前的最新SCN),记录在该条记录中。如果该条记录是在redo log被清空(日志满做切换时或发生checkpoint时,所有变化日志已经被写入数据文件中),则其SCN被记录为redo loglow SCN。以后在日志再次被清空前写入的redo记录中SCN则成为Next SCN

当日志切换或发生checkpoint(上述第五个步骤)时,从Low SCNNext SCN之间的所有redo记录的数据就被DBWn进程写入数据文件中,而CKPT进程则将所有数据文件(无论redo log中的数据是否影响到该数据文件)的文件头上记录的Start SCN(通过视图v$datafile_header的字段checkpoint_change#可以查询)更新为Next SCN,同时将控制文件中的System Checkpoint SCN(通过视图v$database的字段checkpoint_change#可以查询)、每个数据文件对应的Datafile Checkpoint(通过视图v$datafile的字段checkpoint_change#可以查询)也更新为Next SCN但是,如果该数据文件所在的表空间被设置为read-only时,数据文件的Start SCN和控制文件中Datafile Checkpoint SCN都不会被更新

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