Oracle 檢查點佇列與增量檢查點

     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。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，或者多元日誌檔案，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，特別是到了中，檢查點已經相當的智慧化了，很少會成為I/O問題的原兇。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問題的原兇。

     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。）

轉自：http://space.itpub.net/?uid-16400082-action-viewspace-itemid-741358