oracle检查点队列与增量检查点
今天是2013-09-04，这几天一直心里安顿不下来，今天还好了，可以自己安静的学习一下oracle，在此记录一下学习笔记。这篇文章我不知道在那转载的，一直都留在我的qq空间，我觉得还是非常棒的，另外我查看分析了一下相关内容，并做 了部分实验。这块内容我想应该是ocp考试知识点之一吧。
检查点的主要目的是以对 数据库 的日常操作影响最小的方式刷新脏块。脏块不断的产生，如何将脏块刷新到磁盘中去呢？在8i之前，Oracle定期的锁住所有的修改操作，刷新Buffer cache中的所有脏块，这种刷新脏块的方式被称为完全检查点，这极大的影响了效率，从9i之后只有当关闭数据库时才会发生完全检查点。
从8i开始，Oracle增加了增量检查点的概念，增量检查点的主要宗旨就是定期的刷新一部分脏块。将脏块一次刷新完是不合理的，因为脏块不断产生，没有穷尽。像完全检查点那样停止用户所有的修改操作，将脏块刷新完再继续，这绝对会极大的影响性能。所有增量检查点的一次刷新部分块是脏块问题的最好解决办法。那么，每次刷新时，都刷新那些块呢？根据统计研究，根据块变脏的顺序，每次刷新那些最早脏的块，这种方式最为合理。为了实现这一点，Oracle在Buffer cache中又建立了一个链表，就是检查点队列。每个块在它变脏时，会被链接到检查点队列的末尾。就好像排队一样，9:00来的人站在第一位，9:05来的人排第二位，以后每来一个人都站在队伍的末尾，这个队伍就是按来到的时间顺序排列的一个队列。检查点队列就是这样，块在变脏时会被链到末尾。因此检查点队列是按块变脏的时间顺序，将块排成了一个队列。
如上图，检查点队列中的每一节点，都指向一个脏块。检查点队列每个节点中的信息其实非常少，就是记录对应块在Buffer cache中的地址，脏块对应的重做记录在日志文件中的位置，另外还有前一个节点、后一个节点的地址。检查点队列还有LRU、脏LRU，这些都是双向链表。双向链表就是在节点中记录前、后两个节点的地址。
检查点队列头部的块是最早变脏的，因此，Oracle会定期唤醒DBWn从检查点队列头开始，沿着检查点队列的顺序，刷新脏块。在刷新脏块的同时，仍可以不断的有新的脏块被链接到检查点队列的尾部。这个定期唤醒DBWn刷新脏块的操作，Oracle就称为增量检查点。
eg：
SQL> select kvittag,kvitval,kvitdsc from x$kvit where kvittag='kcbldq';
KVITTAG KVITVAL KVITDSC
---------------------------------------- ---------- ----------------------------------------------------------------
kcbldq 25 large dirty queue if kcbclw reaches this
SQL> select kvittag,kvitval,kvitdsc from x$kvit where kvittag='kcbfsp';
KVITTAG KVITVAL KVITDSC
---------------------------------------- ---------- ----------------------------------------------------------------
kcbfsp 40 Max percentage of LRU list foreground can scan for free
SQL> show user
USER is "SYS"
如上图，1、2、3号节点所指向的脏块已经被刷新为干净块。同时，又有两个块变脏，它们被链接到了检查点队列的末尾，它们是9号、10号节点。
检查点队列的头，又被称为检查点位置，Checkpoint postion，这些名称我们不必从字面上去理解。总之，检查点位置就是检查点队列头。检查点队列头节点（也就是检查点位置）的信息，Oracle会频繁的将它记录到控制文件中，而且会很频繁的记录。一般是每隔三秒，有一个专门的进程CKPT，会将检查点位置记录进控制文件。
如上图，当前的检查点位置是检查点队列的1号节点。又一个三秒到了，CKPT进程启动，将新的检查点位置记入控制文件：
新的检查点位置是4号节点，它对应当前变脏时间最早的脏块。1、2、3号节点已经从检查点队列中摘除了。因为它们对应的脏块已经不脏了。一般来说，控制文件中的检查点位置之后的块都是脏块。但是有时也例外，因检查点位置每三秒才会更新一次，就像上图，1、2、3号节点对应的脏块已经被刷新过了，但是由于三秒间隔没到，检查点位置还是指向1号节点。只有当三秒到后，检查点位置才会被更新到4号节点上。
关于检查点队列、检查点位置我们先说到这里，在全面的介绍什么是增量检查点之前，我们先说一下检查点队列的一个重要作用。
让我们先来总结一下用户修改块时，Oracle内部都发生了什么：
1．如果块不在Buffer cache，将块读入Buffer cache
2．先生成重做记录，并记入日志缓存，在用户提交时写到日志文件中
3．在Buffer cache中修改块
4．在Buffer cache中设置块的脏标志位，标志块变成脏块，同时在检查点队列末尾增加一个新节点，记录这个新脏块的信息，信息包括：脏块在Buffer cache中的位置，在步骤2时生成的与此脏块对应的重做记录位置。
5．用户提交后，将相应的重做记录从重做缓存写入日志文件。
我现在将日志补充到上面的图中：
就像上图，检查点队列的每个节点，都保存有脏块的地址和脏块对应的重做记录的编号。脏块在Buffer cache中的位置是随机的，用户不一定修改那个块。但重做记录是顺序生成的，就和检查点队列的排列顺序一样。因为，它们都是当块被修改而变脏时产生的。块A先被修改，块A的重做记录就排在前面，块B后被修改，块B对应的重做记录会被排在块A对应的重做记录的后面。和它们在检查点中的顺序是一样。每当数据库因异外而当机，比如异常死机、断电等等，Buffer cache中有许多脏块没来的及写到磁盘上。以图为例，比如说现在断电了，现在磁盘上还有7个脏块，它们里面有用户修改过的数据，Oracle已经将反馈信息“你的修改完成”发送给用户，用户也以为他们的修改完成了，将为一直保存到数据库中。但是，断然的断电，令这几个脏块中的数据丢失了，它们没来得及写到磁盘上。
Oracle如何解决这个问题呢？很简单，当数据库重新启动时，Oracle只需从控制文件中读出检查点位置，检查点位置中记录有重做记录编号，根据此编号，Oracle可以很快的定位到日志文件中的重做记录n，它读出重做记录n中的重做数据，将用户的修改操作重现到数据库。接着，Oracle读取重做记录n+1中的重做数据，重现用户修改，这个过程将沿着日志流的顺序，一直进行下去，直挡最后一条重做记录，在上图的例子中，最后一条重做记录是第n+6条。这个过程完成后，用户所有的修改又都被重现了，一点都不会丢失。只要你的日志文件是完整，日志流是完整的，就一点信息都不会丢失。
有人可能会有一个问题，重做记录在生成后，也是先被送进重做缓存，再由重做缓存写往日志文件。这样的机制下，一定会有某些重做记录在没来的及写到日志文件中时，数据库突然当机，而造成这些重做记录丢失。这样，这些重做记录所对应的脏块，将得不到 恢复 。用户还是会丢失一些数据。
这种情况的确会发生，但丢失的都是没用的信息。为什么这么说的。Oracle会在用户每次发出提交命令时，将事务所修改脏块对应的重做记录写进日志文件，只有当这个操作完成时，用户才会收到“提交完成”，这样的信息，对于一个完整的事务，当用户看到提交完成后，也就意味着所对应的重做记录一定被写到了日志文件中，即使发生异常死机，它也是绝对可以恢复。而当用户没有提交，或没来得及提交，数据库就崩溃了，那么事务就是不完整的，这个事务必须被回滚，它根本用不着恢复。对于这样不完整的事务，它对应的重做记录有可能丢失，但这无所谓了，因为不完整的事务根本不需要恢复。也就是说，只有用户的事务提交了，用户的修改一定不会丢失。不过这还有一个前提，就是日志文件千万不能损坏，DBA所要做的就是要保证日志文件不能损坏。DBA可以使用RAID1这样的磁盘镜像 技术 ，或者多元 备份 日志文件，等等，这个我们在前面章节中已经讲过了的。
我们上面所讲到的这种恢复，是自动进行的，并且不需要DBA参与，它被称之为实例恢复。
检查点队列与增量检查点的作用我们已经说的差不多了，它们的主要目的就是让DBWn沿检查点队列的顺序刷新脏块。还有，就是实例恢复。
下面我们来讨论一下增量检查点的设置。
这里所说的检查点设置，主要指增量检查点频繁的设置。注意增量检查点只是一个名词，不必按字面的意义去理解它。增量检查点发生时，Oracle会唤醒DBWn沿着检查点队列写脏块，这就是增量检查点。那么到底多长时间一次发生一次增量检查点呢？这个增量检查点的频率是非常重要的，它基本上控制着DBWn多长时间去刷新一次脏块。DBWn活动的太频繁，会影响数据库的整体性能，如果DBWn活动太不频繁，又会使脏块挤压太多，这同样也会影响性能。而且，如果出现异常崩溃，需要实例恢复，脏块越多，实例恢复越慢。。在9i之前DBA主要靠间隔时间等方式来设置增量检查点的频率，比如可以让Oracle每10分钟发生一次增量检查点。如果这个数字设置不合适，对数据库性能的影响是很大的。而且有可能造成实例恢复时间过长。在9i之后，特别是到了 10g 中，检查点已经相当的智能化了，很少会成为I/O问题的原凶。9i中设置 fast_start_mttr_target 参数为你所期望的实例恢复时间，系统将自动控制增量检查点的频率。比如，你希望实例恢复可以在5分钟内完成，你可以将此参数设置为300，也就是300称。
如果此参数设置的值超出了硬件实际的限制，比如你将它设置为60，你期望无论在任何情况下，数据库都可以在1分钟内完成实例恢复，但根据数据库的脏块生成速度、存储设备的写性能，1分钟内根本无法完成实例恢复。这时候Oracle会自动设置合适的 fast_start_mttr_target 参数值，我们可以在参数文件中看到修正后的参数值，也可以在V$instance_recovery视图中的Target_mttr列中看到实际的值。例如：
（举个例子）
我们不能将这个值设置的太小，因为实例恢复必竞只是偶然现象。如果为了让实例恢复尽快完成，而设置 fast_start_mttr_target 为很小的值，那么DBWn将活动的很频繁，这会造成性能问题的。 为了避免用户设置不合理的增量检查点频率，在10G中，如果将 fast_start_mttr_target 设置为0，Oracle将根据产生脏块的速度、存贮硬件的性能自动调节检查点的频率，尽量使检查点频率不成为I/O问题的原凶。
检查点的主要任务就是催促DBWn刷新脏块，如果DBWn刷新脏块时的等待事件太多，就说明脏块太多、存储设备的写速度太慢，或者就是增量检查点的频率太高了，或太低了。DBWn写脏块的等待事件是Db file parallel write。如果你的增量检查点频率很低，你发现了此事件，在排除了存储设备写性能的问题后，你应该将增量检查点频率设置的高一些。反之，如果你的增量检查点频率本身很高，出现了Db file parallel write事件，这说明检查点频率太高了。
除它之外，还有一个和DBWn、增量检查眯有关的等待事件，它是Write complete waits事件，当前台进程要修改DBWn正要成批写的块中的若干个块时，就会有此等待事件，这个事件是前台进程再等待DBWn写完成。这个等待事太多，说明了存储设备写性能有问题，或者增量检查点太频率了。
我们可以V$instance_recovery中看到有关检查点的很多信息：
Estimated_mttr列如果太大，说明检查点不够频繁，同时也说明脏块产生的太多。 同时在V$sysstat资料视图中，还有两个资料 background checkpoints started 、 background checkpoints completed ，前面的一个是后台进程检查点开始次数，后一个是后台进程检查点完成次数。后台进程检查点的意义，其实就是增量检查点。只有增量检查点是由后台进程触发的。如果你用Alter system checkpoing命令让系统完成完全检查点，这叫做前台检查点与增量检查点无关，是不会被记入这两个资料了。如果这两个值经常相差一些，比如检查点的开始次数比完成次数大的不至1，这说明有太多次检查点开始，但没有及时完成。这说明检查点太频繁或检查点完成的太慢。
（举例，大量的产生脏块、日志文件比较小5MB，日志文件频率的切换而触发检查点，同时查看一下等待事件）
检查点的问题大多数情况下其实都是DBWn写I/O的问题， DBWn写脏块的等待事件是Db file parallel write，还有Write complete waits等待事件，是当前台进程要修改DBWn正要成批写的块中的若干个块时，就会有此等待事件，这个事件是前台进程再等待DBWn写完成。这个等待事太多，也说明了DBWn有问题。
注意，对于数据文件的 I/O 问题，除了等待事件外，我们还可以用上几节讲过了 V$filestat 视图帮助确定问题。）
