oracle檢查點隊列與增量檢查點

?? 今天是2013-09-04，這幾天一直心里安頓不下來，今天還好了，可以自己安靜的學習一下oracle，在此記錄一下學習筆記。這篇文章我不知道在那轉載的，一直都留在我的qq空間，我覺得還是非常棒的，另外我查看分析了一下相關內容，并做 了部分實驗。這塊內容我想應該是ocp考試知識點之一吧。

? 檢查點的主要目的是以對 數據庫 的日常操作影響最小的方式刷新臟塊。臟塊不斷的產生，如何將臟塊刷新到磁盤中去呢？在8i之前，Oracle定期的鎖住所有的修改操作，刷新Buffer cache中的所有臟塊，這種刷新臟塊的方式被稱為完全檢查點，這極大的影響了效率，從9i之后只有當關閉數據庫時才會發生完全檢查點。

從8i開始，Oracle增加了增量檢查點的概念，增量檢查點的主要宗旨就是定期的刷新一部分臟塊。將臟塊一次刷新完是不合理的，因為臟塊不斷產生，沒有窮盡。像完全檢查點那樣停止用戶所有的修改操作，將臟塊刷新完再繼續，這絕對會極大的影響性能。所有增量檢查點的一次刷新部分塊是臟塊問題的最好解決辦法。那么，每次刷新時，都刷新那些塊呢？根據統計研究，根據塊變臟的順序，每次刷新那些最早臟的塊，這種方式最為合理。為了實現這一點，Oracle在Buffer cache中又建立了一個鏈表，就是檢查點隊列。每個塊在它變臟時，會被鏈接到檢查點隊列的末尾。就好像排隊一樣，9:00來的人站在第一位，9:05來的人排第二位，以后每來一個人都站在隊伍的末尾，這個隊伍就是按來到的時間順序排列的一個隊列。檢查點隊列就是這樣，塊在變臟時會被鏈到末尾。因此檢查點隊列是按塊變臟的時間順序，將塊排成了一個隊列。

如上圖，檢查點隊列中的每一節點，都指向一個臟塊。檢查點隊列每個節點中的信息其實非常少，就是記錄對應塊在Buffer cache中的地址，臟塊對應的重做記錄在日志文件中的位置，另外還有前一個節點、后一個節點的地址。檢查點隊列還有LRU、臟LRU，這些都是雙向鏈表。雙向鏈表就是在節點中記錄前、后兩個節點的地址。

???? 檢查點隊列頭部的塊是最早變臟的，因此，Oracle會定期喚醒DBWn從檢查點隊列頭開始，沿著檢查點隊列的順序，刷新臟塊。在刷新臟塊的同時，仍可以不斷的有新的臟塊被鏈接到檢查點隊列的尾部。這個定期喚醒DBWn刷新臟塊的操作，Oracle就稱為增量檢查點。

eg：

SQL> select kvittag,kvitval,kvitdsc from x$kvit where kvittag='kcbldq';

KVITTAG???????????????????????????????????? KVITVAL KVITDSC
---------------------------------------- ---------- ----------------------------------------------------------------
kcbldq?????????????????????????????????????????? 25 large dirty queue if kcbclw reaches this

SQL> select kvittag,kvitval,kvitdsc from x$kvit where kvittag='kcbfsp';

KVITTAG???????????????????????????????????? KVITVAL KVITDSC
---------------------------------------- ---------- ----------------------------------------------------------------
kcbfsp?????????????????????????????????????????? 40 Max percentage of LRU list foreground can scan for free

SQL> show user
USER is "SYS"

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如上圖，1、2、3號節點所指向的臟塊已經被刷新為干凈塊。同時，又有兩個塊變臟，它們被鏈接到了檢查點隊列的末尾，它們是9號、10號節點。

???? 檢查點隊列的頭，又被稱為檢查點位置，Checkpoint postion，這些名稱我們不必從字面上去理解。總之，檢查點位置就是檢查點隊列頭。檢查點隊列頭節點（也就是檢查點位置）的信息，Oracle會頻繁的將它記錄到控制文件中，而且會很頻繁的記錄。一般是每隔三秒，有一個專門的進程CKPT，會將檢查點位置記錄進控制文件。

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如上圖，當前的檢查點位置是檢查點隊列的1號節點。又一個三秒到了，CKPT進程啟動，將新的檢查點位置記入控制文件：

新的檢查點位置是4號節點，它對應當前變臟時間最早的臟塊。1、2、3號節點已經從檢查點隊列中摘除了。因為它們對應的臟塊已經不臟了。一般來說，控制文件中的檢查點位置之后的塊都是臟塊。但是有時也例外，因檢查點位置每三秒才會更新一次，就像上圖，1、2、3號節點對應的臟塊已經被刷新過了，但是由于三秒間隔沒到，檢查點位置還是指向1號節點。只有當三秒到后，檢查點位置才會被更新到4號節點上。

???? 關于檢查點隊列、檢查點位置我們先說到這里，在全面的介紹什么是增量檢查點之前，我們先說一下檢查點隊列的一個重要作用。

? 讓我們先來總結一下用戶修改塊時，Oracle內部都發生了什么：

1．如果塊不在Buffer cache，將塊讀入Buffer cache

???? 2．先生成重做記錄，并記入日志緩存，在用戶提交時寫到日志文件中

3．在Buffer cache中修改塊

4．在Buffer cache中設置塊的臟標志位，標志塊變成臟塊，同時在檢查點隊列末尾增加一個新節點，記錄這個新臟塊的信息，信息包括：臟塊在Buffer cache中的位置，在步驟2時生成的與此臟塊對應的重做記錄位置。

5．用戶提交后，將相應的重做記錄從重做緩存寫入日志文件。

我現在將日志補充到上面的圖中：

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就像上圖，檢查點隊列的每個節點，都保存有臟塊的地址和臟塊對應的重做記錄的編號。臟塊在Buffer cache中的位置是隨機的，用戶不一定修改那個塊。但重做記錄是順序生成的，就和檢查點隊列的排列順序一樣。因為，它們都是當塊被修改而變臟時產生的。塊A先被修改，塊A的重做記錄就排在前面，塊B后被修改，塊B對應的重做記錄會被排在塊A對應的重做記錄的后面。和它們在檢查點中的順序是一樣。每當數據庫因異外而當機，比如異常死機、斷電等等，Buffer cache中有許多臟塊沒來的及寫到磁盤上。以圖為例，比如說現在斷電了，現在磁盤上還有7個臟塊，它們里面有用戶修改過的數據，Oracle已經將反饋信息“你的修改完成”發送給用戶，用戶也以為他們的修改完成了，將為一直保存到數據庫中。但是，斷然的斷電，令這幾個臟塊中的數據丟失了，它們沒來得及寫到磁盤上。

Oracle如何解決這個問題呢？很簡單，當數據庫重新啟動時，Oracle只需從控制文件中讀出檢查點位置，檢查點位置中記錄有重做記錄編號，根據此編號，Oracle可以很快的定位到日志文件中的重做記錄n，它讀出重做記錄n中的重做數據，將用戶的修改操作重現到數據庫。接著，Oracle讀取重做記錄n+1中的重做數據，重現用戶修改，這個過程將沿著日志流的順序，一直進行下去，直擋最后一條重做記錄，在上圖的例子中，最后一條重做記錄是第n+6條。這個過程完成后，用戶所有的修改又都被重現了，一點都不會丟失。只要你的日志文件是完整，日志流是完整的，就一點信息都不會丟失。

???? 有人可能會有一個問題，重做記錄在生成后，也是先被送進重做緩存，再由重做緩存寫往日志文件。這樣的機制下，一定會有某些重做記錄在沒來的及寫到日志文件中時，數據庫突然當機，而造成這些重做記錄丟失。這樣，這些重做記錄所對應的臟塊，將得不到 恢復 。用戶還是會丟失一些數據。

???? 這種情況的確會發生，但丟失的都是沒用的信息。為什么這么說的。Oracle會在用戶每次發出提交命令時，將事務所修改臟塊對應的重做記錄寫進日志文件，只有當這個操作完成時，用戶才會收到“提交完成”，這樣的信息，對于一個完整的事務，當用戶看到提交完成后，也就意味著所對應的重做記錄一定被寫到了日志文件中，即使發生異常死機，它也是絕對可以恢復。而當用戶沒有提交，或沒來得及提交，數據庫就崩潰了，那么事務就是不完整的，這個事務必須被回滾，它根本用不著恢復。對于這樣不完整的事務，它對應的重做記錄有可能丟失，但這無所謂了，因為不完整的事務根本不需要恢復。也就是說，只有用戶的事務提交了，用戶的修改一定不會丟失。不過這還有一個前提，就是日志文件千萬不能損壞，DBA所要做的就是要保證日志文件不能損壞。DBA可以使用RAID1這樣的磁盤鏡像 技術 ，或者多元 備份 日志文件，等等，這個我們在前面章節中已經講過了的。

???? 我們上面所講到的這種恢復，是自動進行的，并且不需要DBA參與，它被稱之為實例恢復。

???? 檢查點隊列與增量檢查點的作用我們已經說的差不多了，它們的主要目的就是讓DBWn沿檢查點隊列的順序刷新臟塊。還有，就是實例恢復。

下面我們來討論一下增量檢查點的設置。

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???? 這里所說的檢查點設置，主要指增量檢查點頻繁的設置。注意增量檢查點只是一個名詞，不必按字面的意義去理解它。增量檢查點發生時，Oracle會喚醒DBWn沿著檢查點隊列寫臟塊，這就是增量檢查點。那么到底多長時間一次發生一次增量檢查點呢？這個增量檢查點的頻率是非常重要的，它基本上控制著DBWn多長時間去刷新一次臟塊。DBWn活動的太頻繁，會影響數據庫的整體性能，如果DBWn活動太不頻繁，又會使臟塊擠壓太多，這同樣也會影響性能。而且，如果出現異常崩潰，需要實例恢復，臟塊越多，實例恢復越慢。。在9i之前DBA主要靠間隔時間等方式來設置增量檢查點的頻率，比如可以讓Oracle每10分鐘發生一次增量檢查點。如果這個數字設置不合適，對數據庫性能的影響是很大的。而且有可能造成實例恢復時間過長。在9i之后，特別是到了 10g 中，檢查點已經相當的智能化了，很少會成為I/O問題的原兇。9i中設置 fast_start_mttr_target 參數為你所期望的實例恢復時間，系統將自動控制增量檢查點的頻率。比如，你希望實例恢復可以在5分鐘內完成，你可以將此參數設置為300，也就是300稱。

???? 如果此參數設置的值超出了硬件實際的限制，比如你將它設置為60，你期望無論在任何情況下，數據庫都可以在1分鐘內完成實例恢復，但根據數據庫的臟塊生成速度、存儲設備的寫性能，1分鐘內根本無法完成實例恢復。這時候Oracle會自動設置合適的 fast_start_mttr_target 參數值，我們可以在參數文件中看到修正后的參數值，也可以在V$instance_recovery視圖中的Target_mttr列中看到實際的值。例如：

???? （舉個例子）

???? 我們不能將這個值設置的太小，因為實例恢復必競只是偶然現象。如果為了讓實例恢復盡快完成，而設置 fast_start_mttr_target 為很小的值，那么DBWn將活動的很頻繁，這會造成性能問題的。 為了避免用戶設置不合理的增量檢查點頻率，在10G中，如果將 fast_start_mttr_target 設置為0，Oracle將根據產生臟塊的速度、存貯硬件的性能自動調節檢查點的頻率，盡量使檢查點頻率不成為I/O問題的原兇。

???? 檢查點的主要任務就是催促DBWn刷新臟塊，如果DBWn刷新臟塊時的等待事件太多，就說明臟塊太多、存儲設備的寫速度太慢，或者就是增量檢查點的頻率太高了，或太低了。DBWn寫臟塊的等待事件是Db file parallel write。如果你的增量檢查點頻率很低，你發現了此事件，在排除了存儲設備寫性能的問題后，你應該將增量檢查點頻率設置的高一些。反之，如果你的增量檢查點頻率本身很高，出現了Db file parallel write事件，這說明檢查點頻率太高了。

???? 除它之外，還有一個和DBWn、增量檢查瞇有關的等待事件，它是Write complete waits事件，當前臺進程要修改DBWn正要成批寫的塊中的若干個塊時，就會有此等待事件，這個事件是前臺進程再等待DBWn寫完成。這個等待事太多，說明了存儲設備寫性能有問題，或者增量檢查點太頻率了。

???? 我們可以V$instance_recovery中看到有關檢查點的很多信息：

Estimated_mttr列如果太大，說明檢查點不夠頻繁，同時也說明臟塊產生的太多。 同時在V$sysstat資料視圖中，還有兩個資料 background checkpoints started 、 background checkpoints completed ，前面的一個是后臺進程檢查點開始次數，后一個是后臺進程檢查點完成次數。后臺進程檢查點的意義，其實就是增量檢查點。只有增量檢查點是由后臺進程觸發的。如果你用Alter system checkpoing命令讓系統完成完全檢查點，這叫做前臺檢查點與增量檢查點無關，是不會被記入這兩個資料了。如果這兩個值經常相差一些，比如檢查點的開始次數比完成次數大的不至1，這說明有太多次檢查點開始，但沒有及時完成。這說明檢查點太頻繁或檢查點完成的太慢。

???? （舉例，大量的產生臟塊、日志文件比較小5MB，日志文件頻率的切換而觸發檢查點，同時查看一下等待事件）

???? 檢查點的問題大多數情況下其實都是DBWn寫I/O的問題， DBWn寫臟塊的等待事件是Db file parallel write，還有Write complete waits等待事件，是當前臺進程要修改DBWn正要成批寫的塊中的若干個塊時，就會有此等待事件，這個事件是前臺進程再等待DBWn寫完成。這個等待事太多，也說明了DBWn有問題。

???? 注意，對于數據文件的 I/O 問題，除了等待事件外，我們還可以用上幾節講過了 V$filestat 視圖幫助確定問題。）

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oracle檢查點隊列與增量檢查點