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Oracle实例恢复——说说前滚和回滚

Linux操作系统 作者:sun642514265 时间:2014-03-06 17:28:55 0 删除 编辑

 

保持数据一致性和完整性,是每一款成功商业数据库软件都必须要做到的基本要求。从故障中恢复,保证ACID原则,保证事务完整性,一直是Oracle数据库核心功能组成部分。本篇主要介绍Oracle实例意外终止(断电或者强制关闭)之后,重新启动时发生的恢复过程,也可以称作“前滚和回滚”。

 

基础知识说明

 

为了更明确的说明问题,笔者首先介绍一下本文涉及到的一些重要知识。

 

数据库实例失败

 

我们经常说的数据库服务器failure是有多层含义的。Oracle数据库是一个由多进程组件共同构成的结构体系。最重要的部分包括监听器、Oracle数据库实例两个部分,当然还包括各类文件,更广义的还有硬件和操作系统OS。不同部分的Failure现象和处理方法都有所不同。本文所阐述的过程是Oracle实例失败后的自动恢复过程。

 

在实例失败的时候,往往是突然性的终止。此时Oracle数据库可能在进行一系列完成或者未完成的事务。实例失败恢复,就是要将这些状态进行还原,恢复到数据完整性的状态。

 

 

写日志(Redo Log)在先机制

 

Oracle数据库是采用“日志在先”机制的。当我们对数据库数据进行修改时,并不是立即将修改写入到文件中,而是写入到共享内存SGA空间中的Buffer Cache里。同时,将修改的日志不断的写入到SGA中另一块Log Buffer缓存中。有一个后台进程LGWn不断的将Log Buffer缓存中的日志内容写入到online redo log文件中。

 

 

写入Log Buffer缓存和LGWn写入文件的过程是异步进行的。触发LGWn工作的时点有几个:

 

ü        用户进行直接的commit操作;

ü        日志进行切换;

ü        距离上次LGWn写入操作超过三秒;

ü        Redo Buffer数据超过1/3或者超过1M大小;

ü        DBWn启动,将Buffer Cache中的脏数据写入到文件中;

 

而数据文件写入进程DBWn工作的触发点,则比较平缓和低频率。

 

ü        Buffer Cache中缺少用于写入数据的clean block的时候,DBWn会开始将一些脏块“Dirty Block”写入到文件中,清理出一些可以使用的Clean Block

ü        周期性的CheckPoint写入,当CKPT进程进行检查点打入的时候,DBWn会启动进行写入;

 

综合DBWnLGWn工作的特点,我们可以得到日志文件的几个特点:

 

首先,日志文件的写入是很频繁的。LGWn会不断将日志信息从Log Buffer中写入Online Redo Log

 

其次,在日志文件上,可以有三个类型的事务事件。

 

1、事务结束,已经被commit,之后打过checkpoint检查点。这种事务记录在Log File上,但是变化信息已经被DBWn写入进数据文件;

2、事务结束,已经被commit,之后没有打入checkpint检查点。这种情况下,Log File已经写入了日志项目,数据文件可能包括脏数据,也可能没有写入脏数据;

3、事务未结束,没有commit。这种时候,数据块Dirty Block上面是有事务槽信息,表示未结束事务,是不会将数据写入到数据文件中。但是,日志Log Buffer可能将部分未提交的DML操作项目写入到Log File中;

 

 

检查点Checkpoint

 

检查点Checkpoint是数据库一致性检查的一个标记。简单的说,就是在这个点上,Oracle保证各个文件(数据、控制、日志等)是一致的。检查点的作用就是在进行实例恢复的时候,告诉SMON进程,这个点之前的内容不需要进行恢复。

 

 

前滚和回滚介绍

 

 

“前滚和回滚”是Oracle数据库实例发生意外崩溃,重新启动的时候,由SMON进行的自动恢复过程。下面通过模拟实例和讲解介绍这个过程。

 

 

失败前场景说明

 

 

日志中记录过程如下:

 

1、事务A进行之后,结束commit。之后系统进行了一次checkpoint A

2、Checkpoint之后,进行事务B,结束commit

3、进行事务CC事务量较大,其中进行了一定量的Redo Log文件写入。之后系统断电;

 

 

1、系统启动过程,进入实例恢复阶段

 

当实例意外中断的时候,各类型文件,包括控制文件、数据文件和日志文件上,会存在不一致的问题。这种不一致主要体现在SCN值的差异上。

 

实例在启动的时候,经过三阶段(nomountmountopen)。在open之前,会进行这种不一致现象的检查,如果出现不一致,要启动SMON进程的恢复流程。

 

SMONOracle实例的一个后台进程,主要负责进行系统监控恢复。进行恢复的依据主要是Redo Log记录。

 

2、前滚进程

 

SMON首先找到最后SCN记录的Redo Log File。寻找最后一个打入的Checkpoint

 

顺序找到CheckPoint A之后,表示A之前的所有事务都是完全写入到数据文件中,不存在不一致性问题。恢复过程从Checkpoint A开始,Oracle开始依据重做日志Redo Log的系列条目,进行推进。

 

 

首先遇到了事务B信息,由于事务B已经commit,所以事务B所有相关的Redo Log条目已经全都写入到Redo Log File中。所以,按照日志继续条目推进,完全可以重演replay,并且应用apply事务B的全部过程。

 

这样,事务B全部实现,最终将通过DBWn完全写入到数据文件中。所以,实例失败之前提交commit的事务B,完全恢复。

 

 

进入事务C的范畴,由于一部分事务CRedo Log条目已经进入Redo Log File中,所以在进行前滚的时候,一定会replay到这部分的内容。不过,这部分内容中不可能出现commit的标记。所以,前滚的结果一定是遇到实例突然中断的那个时点。此时replay的结果是,事务C没有提交。这样结束了前滚过程,进入回滚阶段。

 

 

3、回滚过程

 

对事务C,要进行回滚过程,释放所有相关资源。从Undo空间中寻找到旧版本SCN的数据块信息,来进行SGABuffer Cache数据块恢复。

 

 

 

4、说说恢复过程的损耗

 

很多时候,由于我们事务规模较大,当出现实例崩溃的时候,重启所需要的时间很多。有一种经验说法是,事务有多长,前滚和回滚所消耗的时间有多长×2。而且,如果不能完成SMON恢复过程,数据库是不能算作正常的Open的。

 

 

SMON的恢复过程是Oracle强制进行的一个过程,即使恢复中发生断电或者其他中断失败事件。Oracle在下一次启动的时候,还是会继续这个过程,只有耐心等待。

 

 

通过检查一些内部视图(X$视图),可以观察到恢复进程和速度,但是丝毫不能影响到最终恢复的过程。

 

 

这个过程虽然可以保证数据一致性,但是也带来了系统不能启动,影响生产环境的问题。我们可以通过两个方式进行缓解:

 

首先,我们在设计开发系统时,要保证事务规模的可控性,不要让事务规模在技术层面上过大。避免一旦发生崩溃,大规模强制回滚的发生;

 

其次,一旦出现了这个强制回滚,要注意对生产环境的影响。可以采用备库standby进行顶替,让主库安静的慢慢恢复;

 

 

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