oracle数据库SCN概念

oracle数据库SCN概念

首先这里我们先介绍四个SCN概念。

1，系统检查点scn

当一个检查点动作完成后，Oracle就把系统检查点的SCN存储到控制文件中。

select checkpoint_change# from v$database；

2，数据文件检查点scn

当一个检查点动作完成后，Oracle就把每个数据文件的scn单独存放在控制文件中。

select name,checkpoint_change# from v$datafile；

3，启动scn

Oracle把这个检查点的scn存储在每个数据文件的文件头中，这个值称为启动scn，因为它用于在数据库实例启动时，

检查是否需要执行数据库恢复。

select name,checkpoint_change# from v$datafile_header

4，终止scn

每个数据文件的终止scn都存储在控制文件中。

select name,last_change# from v$datafile

以下条件需要使用using backup controlfile

1）、使用备份控制文件

2）、重建resetlogs控制文件,如果重建立noresetlogs不必要使用using backup controlfile

2、alter database open resetlog

指定RESETLOGS将重设当前LOG sequence number为1，抛弃所有日志信息。

以下条件需要使用resetlog

1）在不完全恢复（介质恢复）

2）使用备份控制文件

使用resetlogs打开数据库后无必完整地备份一次数据库。

3、create controlfile resetlogs/noresetlogs

1）．用Noresetlogs重建控制文件时，控制文件中 datafile Checkpoint来自Online logs中的Current log头

2）．用Resetlogs重建控制文件时，控制文件中datafile Checkpoint来自各数据文件头。

当system scn,datafile scn,start scn 不全相等，需要介质恢复，如果stopscn null需要实例恢复resetlogs抛弃所有在上一次恢复没有用到的日志信息，确保不被重新用与恢复。

1、系统正常关闭：

system scn=datafile scn=start scn=stop scn

1)system scn=datafile scn=start scn，不需要介质恢复

2)stopscn not null,不需要实例恢复

2、系统异常关闭：

system scn=datafile scn=start scn，stop scn null

1)system scn=datafile scn=start scn，不需要介质恢复

2)stopscn null,需要实例恢复

3、旧数据文件

system scn=datafile scn>start scn，stop scn null/notnull

1)system scn=datafile scn>start scn，需要介质恢复成system scn=datafile scn=start scn

2)stopscn null,需要实例恢复，not null 不需要实例恢复

4、备份控制文件

system scn=datafile scn<=start scn(当数据文件为旧的相等)，stop scn notnull/null

1)system scn=datafile scn<=start scn，需要使用using backup controlfile介质恢复成system scn=datafile scn=start scn=current log

scn(当前日志最大SCN)

2)为保证上一次恢复没有用到log日志不被使用，必须resetlogs

5、重建noresetlogs控制文件

控制文件中 datafile Checkpoint来自Online logs中的Current log头

current log scn=system scn=datafile scn>=start scn,stop scn not null/null

1)current log scn=system scn=datafile scn>=start scn，需要介质恢复成system scn=datafile scn=start scn=redolog scn(当前日志最大SCN),stop scn not null

2)stopscn not null 不需要实例恢复

6、重建resetlogs控制文件

控制文件中datafile Checkpoint来自各数据文件头。

system scn>=datafile scn=start scn,stop scn not null/null

1)system scn>=datafile scn=start scn，需要使用using backup controlfile介质恢复成system scn=datafile scn=start scn(当前日志最大SCN),stop scn not null

2)stop notnull，因为SCN已经为redolog scn，log已经不能使用，必须resetlogs

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Oracle SCN机制解析

SCN（System Chang Number）作为oracle中的一个重要机制，在数据恢复、Data Guard、Streams复制、RAC节点间的同步等各个功能中起着重要作用。理解SCN的运作机制，可以帮助你更加深入地了解上述功能。

在理解SCN之前，我们先看下oracle事务中的数据变化是如何写入数据文件的：

1、 事务开始；

2、 在buffer cache中找到需要的数据块，如果没有找到，则从数据文件中载入buffer cache中；

3、 事务修改buffer cache的数据块，该数据被标识为“脏数据”，并被写入log buffer中；

4、 事务提交，LGWR进程将log buffer中的“脏数据”写入redo log file中；

5、 当发生checkpoint，CKPT进程更新所有数据文件的文件头中的信息，DBWn进程则负责将Buffer Cache中的脏数据写入到数据文件中。

经过上述5个步骤，事务中的数据变化最终被写入到数据文件中。但是，一旦在上述中间环节时，数据库意外宕机了，在重新启动时如何知道哪些数据已经写入数据文件、哪些没有写呢（同样，在DG、streams中也存在类似疑问：redo log中哪些是上一次同步已经复制过的数据、哪些没有）？SCN机制就能比较完善的解决上述问题。

SCN是一个数字，确切的说是一个只会增加、不会减少的数字。正是它这种只会增加的特性确保了Oracle知道哪些应该被恢复、哪些应该被复制。

总共有4中SCN：系统检查点（System Checkpoint）SCN、数据文件检查点（Datafile Checkpoint）SCN、结束SCN（Stop SCN）、开始SCN（Start SCN）。其中其面3中SCN存在于控制文件中，最后一种则存在于数据文件的文件头中。

在控制文件中，System Checkpoint SCN是针对整个数据库全局的，因而只存在一个，而Datafile Checkpoint SCN和Stop SCN是针对每个数据文件的，因而一个数据文件就对应在控制文件中存在一份Datafile Checkpoint SCN和Stop SCN。在数据库正常运行期间，Stop SCN(通过视图v$datafile的字段last_change#可以查询)是一个无穷大的数字或者说是NULL。

在一个事务提交后（上述第四个步骤），会在redo log中存在一条redo记录，同时，系统为其提供一个最新的SCN（通过函数dbms_flashback.get_system_change_number可以知道当前的最新SCN），记录在该条记录中。如果该条记录是在redo log被清空（日志满做切换时或发生checkpoint时，所有变化日志已经被写入数据文件中），则其SCN被记录为redo log的low SCN。以后在日志再次被清空前写入的redo记录中SCN则成为Next SCN。

当日志切换或发生checkpoint（上述第五个步骤）时，从Low SCN到Next SCN之间的所有redo记录的数据就被DBWn进程写入数据文件中，而CKPT进程则将所有数据文件（无论redo log中的数据是否影响到该数据文件）的文件头上记录的Start SCN(通过视图v$datafile_header的字段checkpoint_change#可以查询)更新为Next SCN，同时将控制文件中的System Checkpoint SCN（通过视图v$database的字段checkpoint_change#可以查询）、每个数据文件对应的Datafile Checkpoint（通过视图v$datafile的字段checkpoint_change#可以查询）也更新为Next SCN。但是，如果该数据文件所在的表空间被设置为read-only时，数据文件的Start SCN和控制文件中Datafile Checkpoint SCN都不会被更新。

那系统是如何产生一个最新的SCN的？实际上，这个数字是由当时的timestamp转换过来的。每当需要产生一个最新的SCN到redo记录时，系统获取当时的timestamp，将其转换为数字作为SCN。我们可以通过函数SCN_TO_TIMESTAMP（10g以后）将其转换回timestamp：

SQL> select dbms_flashback.get_system_change_number, SCN_TO_TIMESTAMP(dbms_flashback.get_system_change_number) from dual;

GET_SYSTEM_CHANGE_NUMBER SCN_TO_TIMESTAMP(DBMS_FLASHBACK.GET_SYSTEM_CHANGE_NUMBER)

---------------------------------------------------------------------------------------------------

      2877076756       17-AUG-07 02.15.26.000000000 PM

也可以用函数timestamp_to_scn将一个timestamp转换为SCN：

SQL> select timestamp_to_scn(SYSTIMESTAMP) as scn from dual;

       SCN

----------

2877078439

最后，SCN除了作为反映事务数据变化并保持同步外，它还起到系统的“心跳”作用——每隔3秒左右系统会刷新一次系统SCN。

下面，在简单介绍一下SCN如何在数据库恢复中起作用。

数据库在正常关闭（shutdown immediate/normal）时，会先做一次checkpoint，将log file中的数据写入数据文件中，将控制文件、数据文件中的SCN（包括控制文件中的Stop SCN）都更新为最新的SCN。

数据库异常/意外关闭不会或者只更新部分Stop SCN。

当数据库启动时，Oracle先检查控制文件中的每个Datafile Checkpoint SCN和数据文件中的Start SCN是否相同，再检查每个Datafile Checkpoint SCN和Stop SCN是否相同。如果发现有不同，就从Redo Log中找到丢失的SCN，重新写入数据文件中进行恢复。具体的数据恢复过程这里就不再赘述。

SCN作为Oracle中的一个重要机制，在多个重要功能中起着“控制器”的作用。了解SCN的产生和实现方式，帮助DBA理解和处理恢复、DG、Streams复制的问题。

最后提一句，利用SCN机制，在Oracle10g、11g中又增加了一些很实用的功能——数据库闪回、数据库负载重现等。

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SCN: System Change Number

SCN是顺序递增的一个数字，在Oracle 中用来标识数据库的每一次改动，及其先后顺序。SCN的最大值是0xffff.ffffffff。

Oracle对SCN的管理

单节点的Instance中

单节点的instance中，SCN值存在SGA区，由system commit number latch保护。任何进程要得到当前的SCN值，都要先得到这个latch。

RAC/OPS环境中

Oracle通过排队机制(Enqueue)实现SCN在各并行节点之间的顺序增长。具体有两种方法：

Lamport算法：又称面包房算法，先来先服务算法。跟很多银行采用的排队机制一样。客户到了银行，先领取一个服务号。一旦某个窗口出现空闲，拥有最小服务号的客户就可以去空闲窗口办理业务。

Commit广播算法：一有commit完成，最新的SCN就广播到所有节点中。

上述两种算法可以通过调整初始化参数max_commit_propagation_delay来切换。在多数系统 (除了Compaq Tur64 Unix)中，该参数的默认值都是700厘秒(centisecond)，采用Lamport算法。如果该值小于100厘秒，Oracle就采用广播算法，并且记录在alert.log文件中。

几种重要的SCN

Commit SCN

当用户提交commit命令后，系统将当前scn赋给该transaction。这些信息都反映在redo buffer中，并马上更新到redo log 文件里。

Offline SCN

除了System tablespace以外的任何表空间，当我们执行SQL>alter tablespace … offline normal命令时，就会触发一个checkpoint，将内存中的dirty buffer写入磁盘文件中。Checkpoint完成后，数据文件头会更新checkpoint scn和offline normal scn值。其中数据库文件头的checkpoint scn值可通过查询列x$kccfe.fecps得到。

如果执行SQL>alter tablespace …offline命令时采用temporary或 immediate选项，而不用normal选项时，offline normal scn会被设成0。

这样当数据库重启后通过resetlog方式打开时，该表空间就无法再改回在线状态。

Checkpoint SCN

当数据库内存的脏数据块(dirty blocks)写到各数据文件中时，就发生一次checkpoint。数据库的当前checkpoint scn值存在x$kccdi.discn中。Checkpoint scn在数据库恢复中起着至关重要的作用。无论你用何种办法恢复数据库，只有当各个数据库文件的checkpoint scn都相同时，数据库才能打开。

虽然参数“_allow_resetlogs_corruption”可以在checkpoint scn不一致时强制打开数据库，但是这样的数据库在open后必须马上作全库的export，然后重建数据库并import数据。

Resetlog SCN

数据库不完全恢复时，在指定时间点后的scn都无法再应用到数据库中。Resetlog时的scn就被设成当前数据库scn，redo log也会被重新设置。

Stop SCN

Stop scn记录在数据文件头上。当数据库处在打开状态时，stop scn被设成最大值0xffff.ffffffff。在数据库正常关闭过程中，stop scn被设置成当前系统的最大scn值。在数据库打开过程中，Oracle会比较各文件的stop scn和checkpoint scn，如果值不一致，表明数据库先前没有正常关闭，需要做恢复。

High and Low SCN

Oracle的Redo log会顺序纪录数据库的各个变化。一组redo log文件写满后，会自动切换到下一组redo log文件。则上一组redo log的high scn就是下一组redo log的low scn。

在视图v$log_history中，sequence#代表redo log的序列号，first_change#表示当前redo log的low scn，列next_change#表示当前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 rownum<6;

RECID 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

关于如何使用参数_allow_resetlogs_corruption，可参见文档

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SCN

    SCN - System Change Number - A number, internal to Oracle that is incremented over time as change vectors are generated, applied, and written to the Redo log.

    SCN - System Commit Number - A number, internal to Oracle that is incremented with each database COMMIT.

    System Commit Numbers and System Change Numbers share the same internal sequence generator.

eg:

SQL> select dbms_flashback.get_system_change_number a from dual;

         A

----------

15503052

SQL> select CHECKPOINT_CHANGE# a from v$datafile;

         A

----------

15496179

15496179

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问题的提出：

在并发的环境下，每个sql先执行的不一定先提交，因此想如何才能按照事务提交的顺序来对记录进行排序而不是按照sql执行的时间。

先来说说sysdate或者systimestamp，如果系统中使用这样的列来记录每个记录最后提交的时间，那是错误的。而且很多人认为这个时间如果设置为default值，那么记录的就是sql执行的时间，其实也是错误的。oracle 10.2 版本的concept第388页有这样一句话“Default values are included as part of an INSERT statement before the statement is parsed.”因此可以看到，把列的default值设置为缺省值，或者insert into table(col1...) values (sysdate,...)的方式最后得到的时间都是sql解析的时间而不是sql执行的时间。

ORA_ROWSCN是oracle 10G版本中提出的概念，是一个伪列，用来记录数据提交时候的scn，而scn是唯一的，而且scn的先后就是commit的时间的先后（虽然事务 commit不是导致scn增长的唯一因素）。因此可以按照这个伪列进行排序，得到的结果就是事务提交的先后进行的排序。

默认的建表方式的 ORA_ROWSCN记录的scn是精确到每个block而不是精确到block中的每个row的，因为ORA_ROWSCN取自data block header的scn。要使用此特性需要使用以下方式建表：create table tab(col1 number) rowdependencies。这样就可以为每个列保存自己的scn，需要增加每行数据6个字节的空间的开销。

另外，oracle还提供了ORA_ROWSCN到TIMESTAMP的转换，可以得到每个记录最后的修改时间，但这个时间和真正的数据发生变化的时间有误差，误差在正负3秒（引用自TOM，是否是因为每3秒SCN会刷一次有关呢？有待验证）

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Oracle 10g中SCN与TimeStamp的斗转星移

　　在Oracle数据库10g中，提供了函数对于SCN和时间戳进行相互转换（作为对于闪回操作的一个增强），本文将通过一个示例进行具体分析：

　　具体示例如下：

　　第一步，我们可以通过dbms_flashback.get_system_change_number获得系统当前的SCN值：

　　

　　SQL> col scn for 9999999999999

　　SQL> select dbms_flashback.get_system_change_number scn from dual;

　　SCN

　　--------------

　　8908390522972

　　

　　然后，通过scn_to_timestamp函数可以将SCN转换为时间戳:

　　

　　SQL> select scn_to_timestamp(8908390522972) scn from dual;

　　SCN

　　-----------------------------------------------------------

　　05-JAN-07 10.56.30.000000000 AM

　　

　　此处，可以通过timestamp_to_scn可以将时间戳转换为SCN:

　　

　　SQL> select timestamp_to_scn(scn_to_timestamp(8908390522972)) scn from dual;

　　SCN

　　--------------

　　8908390522972

　　

　　通过以上这两个函数，Oracle得以将SCN和时间的关系建立起来，而在Oracle数据库10g之前的版本，却无法通过函数转换得到SCN和时间的对应关系，一般情况下只能通过logmnr分析日志获得。

　　注：此类转换需要依赖于数据库内部的数据记录，对于持久的SCN则不能转换，示例如下:

　　

　　SQL> select min(FIRST_CHANGE#) scn,max(FIRST_CHANGE#) scn from v$archived_log;

　　SCN SCN

　　------------------ ------------------

　　8907349093953 8908393582271

　　SQL> select scn_to_timestamp(8907349093953) scn from dual;

　　select scn_to_timestamp(8907349093953) scn from dual

　　*

　　ERROR at line 1:

　　ORA-08181: specified number is not a valid system change number

　　ORA-06512: at "SYS.SCN_TO_TIMESTAMP", line 1

　　ORA-06512: at line 1

　　SQL> select scn_to_timestamp(8908393582271) scn from dual;

　　SCN