OCP知識點講解 之 檢查點佇列與增量檢查點

檢查點的主要目的是以對資料庫的日常操作影響最小的方式重新整理髒塊。髒塊不斷的產生，如何將髒塊重新整理到磁碟中去呢？在8i之前，Oracle定期的鎖住所有的修改操作，重新整理Buffer cache中的所有髒塊，這種重新整理髒塊的方式被稱為完全檢查點，這極大的影響了效率，從9i之後只有當關閉資料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重新整理一部分髒塊。將髒塊一次重新整理完是不合理的，因為髒塊不斷產生，沒有窮盡。像完全檢查點那樣停止使用者所有的修改操作，將髒塊重新整理完再繼續，這絕對會極大的影響效能。所有增量檢查點的一次重新整理部分塊是髒塊問題的最好解決辦法。那麼，每次重新整理時，都重新整理那些塊呢？根據統計研究，根據塊變髒的順序，每次重新整理那些最早髒的塊，這種方式最為合理。為了實現這一點，Oracle在Buffer cache中又建立了一個連結串列，就是檢查點佇列。每個塊在它變髒時，會被連結到檢查點佇列的末尾。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，以後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佇列。檢查點佇列就是這樣，塊在變髒時會被鏈到末尾。因此檢查點佇列是按塊變髒的時間順序，將塊排成了一個佇列。

     如上圖，檢查點佇列中的每一節點，都指向一個髒塊。檢查點佇列每個節點中的資訊其實非常少，就是記錄對應塊在Buffer cache中的地址，髒塊對應的重做記錄在日誌檔案中的位置，另外還有前一個節點、後一個節點的地址。檢查點佇列還有LRU、髒LRU，這些都是雙向連結串列。雙向連結串列就是在節點中記錄前、後兩個節點的地址。

     檢查點佇列頭部的塊是最早變髒的，因此，Oracle會定期喚醒DBWn從檢查點佇列頭開始，沿著檢查點佇列的順序，重新整理髒塊。在重新整理髒塊的同時，仍可以不斷的有新的髒塊被連結到檢查點佇列的尾部。這個定期喚醒DBWn重新整理髒塊的操作，Oracle就稱為增量檢查點。

     如上圖，1、2、3號節點所指向的髒塊已經被重新整理為乾淨塊。同時，又有兩個塊變髒，它們被連結到了檢查點佇列的末尾，它們是9號、10號節點。

     檢查點佇列的頭，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佇列頭。檢查點佇列頭節點（也就是檢查點位置）的資訊，Oracle會頻繁的將它記錄到控制檔案中，而且會很頻繁的記錄。一般是每隔三秒，有一個專門的程式CKPT，會將檢查點位置記錄進控制檔案。

     如上圖，當前的檢查點位置是檢查點佇列的1號節點。又一個三秒到了，CKPT程式啟動，將新的檢查點位置記入控制檔案：

     新的檢查點位置是4號節點，它對應當前變髒時間最早的髒塊。1、2、3號節點已經從檢查點佇列中摘除了。因為它們對應的髒塊已經不髒了。一般來說，控制檔案中的檢查點位置之後的塊都是髒塊。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號節點對應的髒塊已經被重新整理過了，但是由於三秒間隔沒到，檢查點位置還是指向1號節點。只有當三秒到後，檢查點位置才會被更新到4號節點上。

     關於檢查點佇列、檢查點位置我們先說到這裡，在全面的介紹什麼是增量檢查點之前，我們先說一下檢查點佇列的一個重要作用。

     讓我們先來總結一下使用者修改塊時，Oracle內部都發生了什麼：

     1．如果塊不在Buffer cache，將塊讀入Buffer cache

     2．先生成重做記錄，並記入日誌快取，在使用者提交時寫到日誌檔案中

     3．在Buffer cache中修改塊

     4．在Buffer cache中設定塊的髒標誌位，標誌塊變成髒塊，同時在檢查點佇列末尾增加一個新節點，記錄這個新髒塊的資訊，資訊包括：髒塊在Buffer cache中的位置，在步驟2時生成的與此髒塊對應的重做記錄位置。

     5．使用者提交後，將相應的重做記錄從重做快取寫入日誌檔案。

     我現在將日誌補充到上面的圖中：

     就像上圖，檢查點佇列的每個節點，都儲存有髒塊的地址和髒塊對應的重做記錄的編號。髒塊在Buffer cache中的位置是隨機的，使用者不一定修改那個塊。但重做記錄是順序生成的，就和檢查點佇列的排列順序一樣。因為，它們都是當塊被修改而變髒時產生的。塊A先被修改，塊A的重做記錄就排在前面，塊B後被修改，塊B對應的重做記錄會被排在塊A對應的重做記錄的後面。和它們在檢查點中的順序是一樣。每當資料庫因異外而當機，比如異常當機、斷電等等，Buffer cache中有許多髒塊沒來的及寫到磁碟上。以圖為例，比如說現在斷電了，現在磁碟上還有7個髒塊，它們裡面有使用者修改過的資料，Oracle已經將反饋資訊“你的修改完成”傳送給使用者，使用者也以為他們的修改完成了，將為一直儲存到資料庫中。但是，斷然的斷電，令這幾個髒塊中的資料丟失了，它們沒來得及寫到磁碟上。

     Oracle如何解決這個問題呢？很簡單，當資料庫重新啟動時，Oracle只需從控制檔案中讀出檢查點位置，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誌檔案中的重做記錄n，它讀出重做記錄n中的重做資料，將使用者的修改操作重現到資料庫。接著，Oracle讀取重做記錄n+1中的重做資料，重現使用者修改，這個過程將沿著日誌流的順序，一直進行下去，直擋最後一條重做記錄，在上圖的例子中，最後一條重做記錄是第n+6條。這個過程完成後，使用者所有的修改又都被重現了，一點都不會丟失。只要你的日誌檔案是完整，日誌流是完整的，就一點資訊都不會丟失。

     有人可能會有一個問題，重做記錄在生成後，也是先被送進重做快取，再由重做快取寫往日誌檔案。這樣的機制下，一定會有某些重做記錄在沒來的及寫到日誌檔案中時，資料庫突然當機，而造成這些重做記錄丟失。這樣，這些重做記錄所對應的髒塊，將得不到恢復。使用者還是會丟失一些資料。

     這種情況的確會發生，但丟失的都是沒用的資訊。為什麼這麼說的。Oracle會在使用者每次發出提交命令時，將事務所修改髒塊對應的重做記錄寫進日誌檔案，只有當這個操作完成時，使用者才會收到“提交完成”，這樣的資訊，對於一個完整的事務，當使用者看到提交完成後，也就意味著所對應的重做記錄一定被寫到了日誌檔案中，即使發生異常當機，它也是絕對可以恢復。而當使用者沒有提交，或沒來得及提交，資料庫就崩潰了，那麼事務就是不完整的，這個事務必須被回滾，它根本用不著恢復。對於這樣不完整的事務，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，只有使用者的事務提交了，使用者的修改一定不會丟失。不過這還有一個前提，就是日誌檔案千萬不能損壞，DBA所要做的就是要保證日誌檔案不能損壞。DBA可以使用RAID1這樣的磁碟映象技術，或者多元備份日誌檔案，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，並且不需要DBA參與，它被稱之為例項恢復。

     檢查點佇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沿檢查點佇列的順序重新整理髒塊。還有，就是例項恢復。

     下面我們來討論一下增量檢查點的設定。

     這裡所說的檢查點設定，主要指增量檢查點頻繁的設定。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沿著檢查點佇列寫髒塊，這就是增量檢查點。那麼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多長時間去重新整理一次髒塊。DBWn活動的太頻繁，會影響資料庫的整體效能，如果DBWn活動太不頻繁，又會使髒塊擠壓太多，這同樣也會影響效能。而且，如果出現異常崩潰，需要例項恢復，髒塊越多，例項恢復越慢。。在9i之前DBA主要靠間隔時間等方式來設定增量檢查點的頻率，比如可以讓Oracle每10分鐘發生一次增量檢查點。如果這個數字設定不合適，對資料庫效能的影響是很大的。而且有可能造成例項恢復時間過長。在9i之後，特別是到了10g中，檢查點已經相當的智慧化了，很少會成為I/O問題的原凶。9i中設定fast_start_mttr_target引數為你所期望的例項恢復時間，系統將自動控制增量檢查點的頻率。比如，你希望例項恢復可以在5分鐘內完成，你可以將此引數設定為300，也就是300稱。

     如果此引數設定的值超出了硬體實際的限制，比如你將它設定為60，你期望無論在任何情況下，資料庫都可以在1分鐘內完成例項恢復，但根據資料庫的髒塊生成速度、儲存裝置的寫效能，1分鐘內根本無法完成例項恢復。這時候Oracle會自動設定合適的fast_start_mttr_target引數值，我們可以在引數檔案中看到修正後的引數值，也可以在V$instance_recovery檢視中的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定的太小，因為例項恢復必競只是偶然現象。如果為了讓例項恢復儘快完成，而設定fast_start_mttr_target為很小的值，那麼DBWn將活動的很頻繁，這會造成效能問題的。 為了避免使用者設定不合理的增量檢查點頻率，在10G中，如果將fast_start_mttr_target設定為0，Oracle將根據產生髒塊的速度、存貯硬體的效能自動調節檢查點的頻率，儘量使檢查點頻率不成為I/O問題的原凶。

     檢查點的主要任務就是催促DBWn重新整理髒塊，如果DBWn重新整理髒塊時的等待事件太多，就說明髒塊太多、儲存裝置的寫速度太慢，或者就是增量檢查點的頻率太高了，或太低了。DBWn寫髒塊的等待事件是Db file parallel write。如果你的增量檢查點頻率很低，你發現了此事件，在排除了儲存裝置寫效能的問題後，你應該將增量檢查點頻率設定的高一些。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、增量檢查眯有關的等待事件，它是Write complete waits事件，當前臺程式要修改DBWn正要成批寫的塊中的若干個塊時，就會有此等待事件，這個事件是前臺程式再等待DBWn寫完成。這個等待事太多，說明了儲存裝置寫效能有問題，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資訊：

     Estimated_mttr列如果太大，說明檢查點不夠頻繁，同時也說明髒塊產生的太多。同時在V$sysstat資料檢視中，還有兩個資料background checkpoints started、background checkpoints completed，前面的一個是後臺程式檢查點開始次數，後一個是後臺程式檢查點完成次數。後臺程式檢查點的意義，其實就是增量檢查點。只有增量檢查點是由後臺程式觸發的。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，大量的產生髒塊、日誌檔案比較小5MB，日誌檔案頻率的切換而觸發檢查點，同時檢視一下等待事件）

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

     注意，對於資料檔案的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檢視幫助確定問題。）

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