Oracle实例恢复——说说前滚和回滚

jjg6256308 发表于 2011-12-23 01:11

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保持数据一致性和完整性，是每一款成功商业<A href=".:;" target=_self>数据库</A><A href=".:;" target=_self>软件</A>都必须要做到的基本要求。从故障中<A href=".:;" target=_self>恢复</A>，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“<A href=".:;" target=_self>前滚</A>和<A href=".:;" target=_self>回滚</A>”。

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<A href=".:;" target=_self>服务器</A>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 当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DBWn和LGWn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C，C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（nomount、mount和open）。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。

SMON是Oracle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C的Redo 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SGA中Buffer 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<A href=".:;" target=_self>技术</A>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；</DIV>

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