Oracle SCN机制的详细解析

Oracle SCN(System Chang Number)是Oracle 中的一个十分重要机制,在相关的数据恢复、Data Guard、与Streams复制、还有RAC节点间的相关同步等各个不同功能中起着十分重要作用。

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理解SCN的运作机制,可以帮助你更加深入地了解上述功能。

在理解Oracle SCN之前,我们先看下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、 在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checkpoint,CKPT进程更新所有数据文件的文件头中的信息,DBWn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DG、streams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4中SCN:系统检查点(System Checkpoint)SCN、数据文件检查点(Datafile Checkpoint)SCN、结束SCN(Stop SCN)、开始SCN(Start SCN)。其中其面3中SCN存在于控制文件中,***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 SCN和Stop 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 SCN和Stop 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***的Oracle SCN(通过函数dbms_flashback.get_system_change_number可以知道当前的***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 log的low SCN。以后在日志再次被清***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 SCN到Next 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。

那系统是如何产生一个***的SCN的?实际上,这个数字是由当时的timestamp转换过来的。每当需要产生一个***的Oracle SCN到redo记录时,系统获取当时的timestamp,将其转换为数字作为SCN。我们可以通过函数SCN_TO_TIMESTAMP(10g以后)将其转换回timestamp:

 
 
 
  1. SQL> select dbms_flashback.get_system_change_number, 
    SCN_TO_TIMESTAMP(dbms_flashback.get_system_change_number) from dual;  
  2. GET_SYSTEM_CHANGE_NUMBER SCN_TO_TIMESTAMP(DBMS_FLASHBACK.GET_SYSTEM_CHANGE_NUMBER)  
  3. 2877076756 17-AUG-07 02.15.26.000000000 PM  

也可以用函数timestamp_to_scn将一个timestamp转换为SCN:

 
 
 
  1. SQL> select timestamp_to_scn(SYSTIMESTAMP) as scn from dual;  
  2. SCN  
  3. 2877078439  

***,SCN除了作为反映事务数据变化并保持同步外,它还起到系统的“心跳”作用——每隔3秒左右系统会刷新一次系统SCN。

下面,在简单介绍一下SCN如何在数据库恢复中起作用。

数据库在正常关闭(shutdown immediate/normal)时,会先做一次checkpoint,将log file中的数据写入数据文件中,将控制文件、数据文件中的SCN(包括控制文件中的Stop SCN)都更新为***的SCN。

数据库异常/意外关闭不会或者只更新部分Stop SCN。

当数据库启动时,Oracle 先检查控制文件中的每个Datafile Checkpoint SCN和数据文件中的Start SCN是否相同,再检查每个Datafile Checkpoint SCN和Stop SCN是否相同。如果发现有不同,就从Redo Log中找到丢失的SCN,重新写入数据文件中进行恢复。具体的数据恢复过程这里就不再赘述。

SCN作为Oracle 中的一个重要机制,在多个重要功能中起着“控制器”的作用。了解SCN的产生和实现方式,帮助DBA理解和处理恢复、DG、Streams复制的问题。

***提一句,利用Oracle SCN机制,在Oracle 10g、11g中又增加了一些很实用的功能——数据库闪回、数据库负载重现等。

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