oracle scn研究

［說明］本來在研究Backup and Recovery，可是在做實驗的時候遇到一些問題不是很理解，進而追根求源，想搞清楚，於是必須搞清楚SCN和Recovery之間的關係。於是乎轉而研究SCN，這兩天看了很多文章，包括Eygle網站上的文章，itpub上biti等大師以前發過或者參與討論過的文章，發現思路有模糊到清晰，再由清晰到模糊，越走越深，至今還沒有完全搞清楚。決定暫時到此為止，等以後各方面的知識積累多了，再轉過來研究一下。本想自己寫個總結性的文章，可是發現了一篇文章已經寫的很好了，我就懶惰的以逸待勞，copy過來了，在此謝謝前輩們的工作，大家辛苦了～

SCN的概念
SCN是順序遞增的一個數字，在Oracle中用來標識資料庫的每一次改動，及其先後順序。SCN的最大值是0xffff.ffffffff。

 
SCN的管理方式
Oracle對SCN的管理，分為單節點和RAC兩種方式。
    單節點的instance中
             單節點的instance中，SCN值存在SGA區，由system commit number latch保護。任何進程要得到當前的SCN值，都要先得到這個latch。
    RAC/OPS環境中 
             Oracle通過排隊機制(Enqueue)實現SCN在各並行節點之間的順序增長。具體有兩種方法：
                      Lamport演算法：又稱麵包房演算法，先來先服務演算法。跟很多銀行採用的排隊機制一樣。客戶到了銀行，先領取一個服務號。一旦某個視窗出現空閑，擁有最小服務號的客戶就可以去空閑視窗辦理業務。 
                      Commit廣播演算法：一有commit完成，最新的SCN就廣播到所有節點中。
上述兩種演算法可以通過調整初始化參數max_commit_propagation_delay來切換。在多數系統(除了Compaq Tur64 Unix)中，該參數的預設值都是700厘秒(centisecond)，採用Lamport演算法。如果該值小於100厘秒，Oracle就採用廣播演算法，並且記錄在alert.log檔案中。
幾種重要的SCN
Commit SCN
當使用者提交commit命令後，系統將當前scn賦給該transaction。這些資訊都反映在redo buffer中，並馬上更新到redo log檔案裡。
Offline SCN
除了System tablespace以外的任何錶空間，當我們執行SQL>alter tablespace…offline normal命令時，就會觸發一個checkpoint，將記憶體中的dirty buffer寫入磁碟檔案中。Checkpoint完成後，資料檔案頭會更新checkpoint scn和offline normal scn值。其中資料庫檔案頭的checkpoint scn值可通過查詢列x$kccfe.fecps得到。
如果執行SQL>alter tablespace…offline命令時採用temporary或immediate選項，而不用normal選項時，offline normal scn會被設成0。這樣當資料庫重啟後通過resetlog方式開啟時，該資料表空間就無法再改回線上狀態。
Checkpoint SCN
當資料庫記憶體的髒資料區塊(dirty blocks)寫到各資料檔案中時，就發生一次checkpoint。資料庫的當前checkpoint scn值存在x$kccdi.discn中。Checkpoint scn在資料庫恢複中起著至關重要的作用。無論你用何種辦法恢複資料庫，只有當各個資料庫檔案的checkpoint scn都相同時，資料庫才能開啟。
雖然參數“_allow_resetlogs_corruption”可以在checkpoint scn不一致時強制開啟資料庫，但是這樣的資料庫在open後必須馬上作全庫的export，然後重建資料庫並import資料。
Resetlog SCN
資料庫不完全恢複時，在指定時間點後的scn都無法再應用到資料庫中。Resetlog時的scn就被設成當前資料庫scn，redo log也會被重新設定。
Stop SCN
Stop scn記錄在資料檔案頭上。當資料庫處在開啟狀態時，stop scn被設成最大值0xffff.ffffffff。在資料庫正常關閉過程中，stop scn被設定成當前系統的最大scn值。在資料庫開啟過程中，Oracle會比較各檔案的stop scn和checkpoint scn，如果值不一致，表明資料庫先前沒有正常關閉，需要做恢複。
High and Low SCN
Oracle的Redo log會順序紀錄資料庫的各個變化。一組redo log檔案寫滿後，會自動切換到下一組redo log檔案。則上一組redo log的high scn就是下一組redo log的low scn。
在視圖v$log_history中，sequence#代表redo log的序號，first_change#表示當前redo log的low scn，列next_change#表示當前redo log的high scn。
SQL> col recid format 9999
SQL> col requence# format 9999
SQL> col first_change# format 9,999,999,999,999
SQL> col next_change# format 9,999,999,999,999
SQL> select recid,sequence#,first_change#,next_change# from v$log_history where rownumRECID SEQUENCE# FIRST_CHANGE# NEXT_CHANGE#
----- ---------- ------------------ ------------------
484 484 1,928,645,840,091 1,928,645,840,436
485 485 1,928,645,840,436 1,928,645,840,636
486 486 1,928,645,840,636 1,928,778,045,209
487 487 1,928,778,045,209 1,929,255,480,725
488 488 1,929,255,480,725 1,930,752,214,033
SCN號與oracle資料庫恢複的關係
SCN號與oracle資料庫恢複過程有著密切的關係，只有很好地理解了這層關係，才能深刻地理解恢複的原理，從而才能很好地解決這方面的問題。

SCN與CHECKPOINT
CKPT進程在checkpoint發生時，將當時的SCN號寫入資料檔案頭和控制檔案，同時通知DBWR進程將資料區塊寫到資料檔案。
CKPT進程也會在控制檔案中記錄RBA(redo byte address),以標誌Recovery需要從日誌中哪個地方開始。與checkpoint相關的SCN號有四個，其中三個存在控制檔案中，一個存放在資料檔案頭中。

這四個分別是：
1.System Checkpoint SCN
當checkpoint完成後，ORACLE將System Checkpoint SCN號存放在控制檔案中。我們可以通過下面SQL語句查詢：
select checkpoint_change# from v$database;

2.Datafile Checkpoint SCN
當checkpoint完成後，ORACLE將Datafile Checkpoint SCN號存放在控制檔案中。我們可以通過下面SQL語句查詢所有資料檔案的Datafile Checkpoinnt SCN號。
select name,checkpoint_change# from v$datafile;

3.Start SCN號
ORACLE將Start SCN號存放在資料檔案頭中。
這個SCN用於檢查資料庫啟動過程是否需要做Media Recovery.
我們可以通過以下SQL語句查詢：
select name,checkpoint_change# from v$datafile_header;

4.End SCN (Stop SCN)號
ORACLE將End SCN號存放在控制檔案中。
這個SCN號用於檢查資料庫啟動過程是否需要做Instance Recovery.
我們可以通過以下SQL語句查詢：
select name,last_change# from v$datafile;
在資料庫正常啟動並執行情況下，對可讀寫的，online的資料檔案，該SCN號為NULL.

我們作個小的實驗，內容如下：
在執行檢查點進程之前SCN號如下：
System Checkpoint SCN 4609061
--select checkpoint_change# from v$database;
Datafile Checkpoint SCN 4609061
--select name,checkpoint_change# from v$datafile;
Start SCN 4609061
--select name,checkpoint_change# from v$datafile_header;
End SCN空
--select name,last_change# from v$datafile;
執行alter system checkpoint。後的SCN號如下：
System Checkpoint SCN 4609630
--select checkpoint_change# from v$database;
Datafile Checkpoint SCN 4609630
--select name,checkpoint_change# from v$datafile;
Start SCN 4609630
--select name,checkpoint_change# from v$datafile_header;
End SCN null
--select name,last_change# from v$datafile;
SCN不連續原因可能如下：
1.當發生日誌組切換的時候
2.當符合LOG_CHECKPOINT_TIMEOUT，LOG_CHECKPOINT_INTERVAL，fast_start_io_target,fast_start_mttr_target參數設定的時候
3.當運行ALTER SYSTEM SWITCH LOGFILE的時候
4.當運行ALTER SYSTEM CHECKPOINT的時候
5.當運行alter tablespace XXX begin backup，end backup的時候
6.當運行alter tablespace ,datafile offline的時候;

SCN號與資料庫啟動
在資料庫啟動過程中，當System Checkpoint SCN、Datafile Checkpoint SCN和Start SCN號都相同時，資料庫可以正常啟動，不需要做media recovery.三者當中有一個不同時，則需要做media recovery。如果在啟動的過程中，End SCN號為NULL，則需要做instance recovery。ORACLE在啟動過程中首先檢查是否需要media recovery，然後再檢查是否需要instance recovery。

SCN號與資料庫關閉
如果資料庫的正常關閉的話，將會觸發一個checkpoint，同時將資料檔案的END SCN號設定為相應資料檔案的Start SCN號。
當資料庫啟動時，發現它們是一致的，則不需要做instance recovery。在資料庫正常啟動後，ORACLE會將END SCN號設定為NULL。如果資料庫異常關閉的話，則END SCN號將為NULL.

為什麼需要System checkpoint SCN號與Datafile Checkpoint SCN號
為什麼ORACLE會在控制檔案中記錄System checkpoint SCN號的同時，還需要為每個資料檔案記錄
Datafile Checkpoint SCN號？
原因有二：
1.對唯讀資料表空間，其資料檔案的Datafile Checkpoint SCN、Start SCN和END SCN號均相同。
這三個SCN在資料表空間處於唯讀期間都將被凍結。
2.如果控制檔案不是當前的控制檔案，則System checkpoint會小於Start SCN或END SCN號。記錄這些SCN號，可以區分控制檔案是否是當前的控制檔案。
Recovery database using backup controlfile
當有一個Start SCN號超過了System Checkpoit SCN號時，則說明控制檔案不是當前的控制檔案，因此在做recovery時需要採用using backup controlfile。這是為什麼需要記錄SystemCheckpoint SCN的原因之一。
這裡需要一提的是，當重建控制檔案的時候，System Checkpoint SCN為0，Datafile Checkpoint SCN的資料來自於Start SCN。根據上述的描述，此時需要採用using backup controlfile做recovery。
重建控制檔案，重建方式分兩種（resetlogs和noresetlogs）（此段內容來自：http://space.51CTO提醒您，請勿濫發廣告!/12361284/viewspace-346）
1.使用resetlogs選項時，System Checkpoint SCN為被歸為0，而其中記錄的各個資料檔案的Datafile Checkpoint SCN則來自於Start SCN（也就是說可能會從冷備份的資料檔案的資料檔案頭中擷取）。根據上述的描述，此時需要採用using backup controlfile做recovery.因此情況是System Checkpoint SCN=0 2.使用noresetlogs選項時，有一個前提就是：一定要有online redo log的存在。否則就要使用resetlogs選項。這個時候控制檔案重建好時，其system checkpoint SCN=Datafile Checkpoint SCN=Lastest Checkpoint SCN in online redo log,我們可以看到Datafile Checkpoint SCN並沒有從Start SCN中讀取。而是讀取了最新的記錄檔中的SCN作為自己的資料。此時重建的控制檔案在恢複中的作用跟最新的控制檔案類似，System Checkpoint SCN(已經讀取最新的redo log的checkpoint SCN資訊)可能會>Start SCN（因為資料檔案可能會從冷備份中恢複），恢複時就不需要加using backup controlfile子句了。
關於backup controlfile的補充：backup controlfile只有備份時刻的archive log資訊，並沒有DB crash時刻的archive log資訊，所以並不會自動應用online redo log,而是提示找不到序號為Lastest Archive log sequence + 1的archive log,儘管你可以手動指定online redo log來實現完全恢複，但因為一旦使用了using backup controlfile子句，Oracle就視為不完全恢複，必須open resetlogs!實際上，假如你有舊的控制檔案又不想resetlogs，那很簡單，使用舊的控制檔案mount然後backup to trace，然後手工建立控制檔案，使用reuse database ... noresetlogs .這樣就可以recover database自動回復並open database而不用resetlogs了(記住：必須有所有的online redo logs才可以這樣！)。
備份的控制檔案不能自動進行完全恢複
可以手工apply日誌進行完全恢複
重新建立的可以自動進行完全恢複（By biti）
樣本
例子背景：
oracle 8i
windows
採用rman做熱備，在備份期間，做不少事務，同時做alter system checkpoint.
RMAN> run {
2> allocate channel c1 type disk;
3> backup database filesperset 3 format 'e:/full_%p_%t.bak';
4> }
(這裡需要一提的是，在這個備份角本裡面我們加了filesperset 3。這樣將整個資料庫分成兩個備份組。這樣還原出來的資料檔案其checkpoint_change#將不一樣。否則由於資料庫資料檔案不多，都將包含在一個備份組中，這樣即使在備份中做insert操作和alter system checkpoint也不會產生不同的checkpoint_change#。因為rman備份是將一個備份組中的檔案同時備份的。
而checkpoint_change#是存放在資料檔案頭部的，這樣備份這些資料檔案的頭部的時間將是很快的。)
然後
RMAN> run{
2> allocate channel c1 type disk;
3> restore database;
4> }

SQL> select checkpoint_change# from v$database;
CHECKPOINT_CHANGE#
------------------
2156662354
SQL> select file#,checkpoint_change# from v$datafile;
FILE# CHECKPOINT_CHANGE#
---------- ------------------
1 2156662355
2 2156662354
3 2156662322
4 2156662354
5 2156662354
6 2156662354
SQL> select file#,checkpoint_change# from v$datafile_header;
FILE# CHECKPOINT_CHANGE# LAST_CHANGE#
---------- ------------------ -------------
1 2156662355
2 2156662349
3 2156662322
4 2156662342
5 2156662349
6 2156662342
從這裡可以看出，顯然是需要做media recovery的。正常情況下，還需要做instance recovery.當然由於沒有線上日誌，所以只能做resetlogs。
1.有歸檔日誌存
若有歸檔日誌在，則只需要做一個recover database until cancel;
然後即可alter database open resetlogs;

SQL> recover database until cancel (using backup controlfile);
ORA-00279: change 2156621770 generated at 10/07/2005 14:30:06 needed for thread 1
ORA-00289: suggestion : D:ORACLE8IRDBMSARC00738.001
ORA-00280: change 2156621770 for thread 1 is in sequence #738

Specify log: {=suggested | filename | AUTO | CANCEL}
auto
ORA-00279: change 2156621779 generated at 10/07/2005 14:30:51 needed for thread
1
ORA-00289: suggestion : D:ORACLE8IRDBMSARC00739.001
ORA-00280: change 2156621779 for thread 1 is in sequence #739
ORA-00278: log file 'D:ORACLE8IRDBMSARC00738.001' no longer needed for this recovery

ORA-00308: cannot open archived log 'D:ORACLE8IRDBMSARC00739.001'
ORA-27041: unable to open file
OSD-04002: unable to open file
O/S-Error: (OS 2) 系統找不到指定的檔案。

SQL> alter database open resetlogs;
Database altered.

2.無歸檔日誌
如果沒有歸檔日誌，由於restore出來是沒有線上日誌的。
如果v$datafile_header中checkpoint_change#是相同的，此時由於控制檔案中checkpoint_change#比資料檔案頭中要高，所以資料庫還是需要做media recovery。
此時重建控制檔案還是一樣的，因為重建控制檔案後，在控制檔案中checkpoint_change#為0，與檔案頭的checkpoint_change#還是不一樣，還需要media recovery.且由於控制檔案中checkpoint_change#比檔案頭中要高，所以做recover時還需要加上using backup controlfile.
注意，這時由於沒有線上日誌，所以重建控制檔案需要將noresetlogs改成RESETLOGS才可以建立成功，否則會報以下錯誤:
ORA-01565: error in identifying file 'D:ORACLE8IORADATAORA8IREDO01.LOG'
ORA-27041: unable to open file
如：
CREATE CONTROLFILE REUSE DATABASE "ORA8I" RESETLOGS ARCHIVELOG
MAXLOGFILES 32
MAXLOGMEMBERS 2
MAXDATAFILES 254
MAXINSTANCES 1
MAXLOGHISTORY 226
LOGFILE
GROUP 1 'D:ORACLE8IORADATAORA8IREDO01.LOG' SIZE 1M,
GROUP 2 'D:ORACLE8IORADATAORA8IREDO02.LOG' SIZE 1M,
GROUP 3 'D:ORACLE8IORADATAORA8IREDO03.LOG' SIZE 1M
DATAFILE
'D:ORACLE8IORADATAORA8ISYSTEM01.DBF',
'D:ORACLE8IORADATAORA8IRBS01.DBF',
'D:ORACLE8IORADATAORA8IUSERS01.DBF',
'D:ORACLE8IORADATAORA8ITEMP01.DBF',
'D:ORACLE8IORADATAORA8ITOOLS01.DBF',
'D:ORACLE8IORADATAORA8IINDX01.DBF'
CHARACTER SET ZHS16GBK
;
此時scn號資訊如下:
SQL> select CHECKPOINT_CHANGE#,CONTROLFILE_CHANGE# from v$database;
CHECKPOINT_CHANGE# CONTROLFILE_CHANGE#
------------------ -------------------
0 0

此時由於沒有歸檔日誌和線上日誌，無法做recovery。
SQL> recover database using backup controlfile until cancel;
ORA-00279: change 2156662342 generated at 10/07/2005 17:06:27 needed for thread 1
ORA-00289: suggestion : D:ORACLE8IRDBMSARC00749.001
ORA-00280: change 2156662342 for thread 1 is in sequence #749
Specify log: {=suggested | filename | AUTO | CANCEL}
cancel
ORA-01547: warning: RECOVER succeeded but OPEN RESETLOGS would get error below
ORA-01152: file 1 was not restored from a sufficiently old backup
ORA-01110: data file 1: 'D:ORACLE8IORADATAORA8ISYSTEM01.DBF'
ORA-01112: media recovery not started
所以也就無法做alter database open Resetlogs了。
此時可以加上_allow_resetlogs_corruption隱含參數，然後就可以alter database open resetlogs將資料庫開啟了。

當然如果v$datafile_header中checkpoint_change#是不相同的，那麼此時就沒有什麼常歸有效辦法能將資料庫開啟了。
如果相差不多，加上隱含參數_allow_resetlogs_corruption，然後alter database open resetlogs還是有可能可以開啟的。這個參數oracle是不建議加的，且加上這個參數也只是有可能可以開啟。這個參數是以最oldest的scn將資料庫開啟，所以最好system資料檔案的scn號是最oldest的，否則容易產生大量的600號錯誤。