checkpoint扫盲

什么是checkpoint

在数据库系统中，写日志和写数据文件是数据库中IO消耗最大的两种操作，在这两种操作中写数据文件属于分散写，写日志文件是顺序写，因此为了保证数据库的性能，通常数据库都是保证在提交（commit）完成之前要先保证日志都被写入到日志文件中，而脏数据块着保存在数据缓存（buffer cache）中再不定期的分批写入到数据文件中。也就是说日志写入和提交操作是同步的，而数据写入和提交操作是不同步的。这样就存在一个问题，当一个数据库崩溃的时候并不能保证缓存里面的脏数据全部写入到数据文件中，这样在实例启动的时候就要使用日志文件进行恢复操作，将数据库恢复到崩溃之前的状态，保证数据的一致性。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。

一般所说的checkpoint是一个数据库事件（event），checkpoint事件由checkpoint进程（LGWR/CKPT进程）发出，当checkpoint事件发生时DBWn会将脏块写入到磁盘中，同时数据文件和控制文件的文件头也会被更新以记录checkpoint信息。

checkpoint的作用

checkpoint主要2个作用：

1. 保证数据库的一致性，这是指将脏数据写入到硬盘，保证内存和硬盘上的数据是一样的；
2. 缩短实例恢复的时间，实例恢复要把实例异常关闭前没有写出到硬盘的脏数据通过日志进行恢复。如果脏块过多，实例恢复的时间也会很长，检查点的发生可以减少脏块的数量，从而提高实例恢复的时间。

通俗的说checkpoint就像word的自动保存一样。

检查点分类

• 完全检查点（Normal checkpoint）
• 增量检查点（Incremental checkpoint）

checkpoint相关概念术语

在说明checkpoint工作原理之前我们先了解一些相关的术语。

RBA（Redo Byte Address）, Low RBA（LRBA）, High RBA（HRBA）

RBA就是重做日志块（redo log block）的地址，相当与数据文件中的ROWID，通过这个地址来定位重做日志块。RBA由三个部分组成：

1. 日志文件序列号（4字节）
2. 日志文件块编号（4字节）
3. 重做日志记录在日志块中的起始偏移字节数（2字节）

通常使用RBA的形式有：

Buffer checkpoint Queues （BCQ）

Oracle将所有在数据缓存中被修改的脏块按照LRBA顺序的组成一个checkpoint队列，这个队列主要记录了buffer cache第一次发生变化的时间顺序，然后有DBWn进程根据checkpoint队列顺序将脏块写入到数据文件中，这样保证了先发生变更的buffer能先被写入到数据文件中。BCQ的引入是为了支持增量checkpoint的。

Active checkpoint Queue （ACQ）

ACQ中包含了所有活动的checkpoint请求。每次有新checkpoint请求是都会在ACQ中增加一条记录，ACQ记录中包含了相应的checkpoint RBA。checkpoint完成以后相应的记录将被移出队列。

完全检查点 （normal checkpoint）

完全检查点工作过程

一个checkpoint操作可以分成三个不同的阶段：

• 第一阶段，checkpoint进程开始一个checkpoint事件，并记录下checkpoint RBA，这个通常是当前的RBA。
• 第二阶段，checkpoint进程通知DBWn进程将所有checkpoint RBA之前的buffer cache里面的脏块写入磁盘。
• 确定脏块都被写入磁盘以后进入到第三阶段，checkpoint进程将checkpoint信息（SCN）写入/更新数据文件和控制文件中。

更新SCN的操作由CKPT进程完成，在Oracle 8.0之后CKPT进程默认是被启用的，如果CKPT进程没有启用的话那相应的操作将由LGWR进程完成。

什么时候发生normal checkpoint

下面这些操作将会触发checkpoint事件：

• 日志切换，通过ALTER SYSTEM SWITCH LOGFILE。
• DBA发出checkpoint命令，通过ALTER SYSTEM checkpoint。
• 对数据文件进行热备时，针对该数据文件的checkpoint也会进行，ALTER TABLESPACE TS_NAME BEGIN BACKUP/END BACKUP。
• 当运行ALTER TABLESPACE/DATAFILE READ ONLY的时候。
• SHUTDOWN命令发出时。

特别注意：

1. 日志切换会导致checkpoint事件发生，但是checkpoint发生却不会导致日志切换。
2. 日志切换触发的是normal checkpoint，而不是大家所说的增量checkpoint，只不过log switch checkpoint的优先级非常低，当一个log switch checkpoint发生的时候它并不会立即的通知DBWn进程去写数据文件，但是当有其它原因导致checkpoint或者是写入数据文件的RBA超过log switch checkpoint的checkpoint RBA的时候，这次的log switch checkpoint将会被标记成完成状态，同时更新控制文件和数据文件头。我们随后可以做个实验验证这个说法。

checkpoint和SCN有什么关系？

在Oracle中SCN相当于它的时钟，在现实生活中我们用时钟来记录和衡量我们的时间，而Oracle就是用SCN来记录和衡量整个Oracle系统的更改。

Oracle中checkpoint是在一个特定的“时间点”发生的，衡量这个“时间点”用的就是SCN，因此当一个checkpoint发生时SCN会被写入文件头中以记录这个checkpoint。