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Oracle SCN机制的详细解析

　　本文标签：Oracle SCN

　　Oracle SCN（System Chang Number）是Oracle 中的一个十分重要机制，在相关的数据恢复、Data Guard、与Streams复制、还有RAC节点间的相关同步等各个不同功能中起着十分重要作用  。

　　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Oracle 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Oracle 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Oracle 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：

　　

  1. SQL> select dbms_flashback.get_system_change_number, 
    SCN_TO_TIMESTAMP(dbms_flashback.get_system_change_number) from dual;  
  2. GET_SYSTEM_CHANGE_NUMBER SCN_TO_TIMESTAMP(DBMS_FLASHBACK.GET_SYSTEM_CHANGE_NUMBER)  
  3. 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：

　　

  1. SQL> select timestamp_to_scn(SYSTIMESTAMP) as scn from dual;  
  2. SCN  
  3. 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Oracle SCN机制，在Oracle 10g、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  。