研究Oracle 延迟块清除（defered block cleanout）

场景一：
会话一更新一小表，更新的block数小于db_block_buffers*10%，当会话一进行commit时，更新的block还存在于buffer cache中。
由于更新的块数较少，Oracle采用SO（state block）列表来管理更新块。SO主要包括了更新块的事物状态信息。
当会话一进行提交时，会从SO列表中获取更新块的事物信息，从而进行更新块的事物信息清理。清理主要包括块头itl状态列的更新（Flag，Lck ，Scn/Fsc）和
和行锁标记的清理。Oracle对于这种块清理称之为快速块清理。（Fast Block Cleanout）。
发生延迟块清除后，块头的Flag往往显示如下：
Itl           Xid                  Uba         Flag  Lck        Scn/Fsc
0x01   0x0009.01f.0000bed8  0x04c00016.13bf.28  --U-    3  fsc 0x0000.063f1a51
其中U表示upper bound，意味着快速块清除。
场景二：
会话一更新一大表，更新的blocks数大于db_block_buffers*10%，当会话一进行commit前，部分更新的block由于种种原因已经刷新至至数据文件。
当会话进行commit时，Oracle对存在于SO列表的更新块进行快速块清理，同时更新undo segment head中的事物槽（将事物槽state标记从10置回9，表示该事务已经提交）。
但需要注意的是，Oracle在commit时，并不会处理已刷新在数据文件中的block（此时数据块头还flag标记仍然显示未提交状态，Lck依然显示该块中行锁的行数，Scn/Fsc为空，行锁标记依然为lb: 0x2）。
Oracle采用此方进行提交时，并不需要再次将该事务涉及到的block从物理文件中读取，而只需要进行快速块清理和更新undo segment head中的事物槽即可。从而保证提交的性能最优化。
当有另一会话再次读取已刷新至数据文件的block时，如果发现此block itl列表有未提交事物时，那么Oralce将进行延迟块清除（defered block cleanout）。
当进行延迟块清除时，Oracle将获取数据块中未提交事物的xid中的seq和undo segment head中事物槽的seq进行比较。
如例子所示，数据块的itl显示如下：

Itl           Xid                  Uba         Flag  Lck        Scn/Fsc
0x01   0x0009.018.0000bdd4  0x04c00016.13a5.32  C-U-    0  scn 0x0a00.063f0838
0x02   0x0009.01f.0000bed8  0x04c00016.13bf.28  ----    3  fsc 0x0000.00000000

undo segment head的和此事物相关的事物槽显示如下：
index  state cflags  wrap#    uel         scn            dba          
  ---------------------------------------------------------------
0x1f    9    0x00  0xbed8  0xffff  0x0a00.063f1a51  0x04c00016

undo segment head的事物控制列表如下：
  TRN CTL:: seq: 0x13c0 chd: 0x002d ctl: 0x001f inc: 0x00000000 nfb: 0x0000
            mgc: 0x8201 xts: 0x0068 flg: 0x0001 opt: 2147483646 (0x7ffffffe)
            uba: 0x04c0000d.13c0.04 scn: 0x0a00.063f17f1
事物控制列表中scn主要表示事物槽被覆盖前的scn。
          
如上所示itl 0x02中有未提交事物，那么首先会获取0x02事物中xid（回滚段为0x0009，事物槽为0x01f，seq为 0000bed8）和undo segment head对应事物槽比较（主要比较xid.seq和事物槽的wrap#）。

如果两者相等，那么进行延迟块清除时，Oracle将获取事物槽中的scn写往itl列表中的Scn/Fsc列。
如果两者不相等，这里分为两种情况：
1、undo的事物槽被其他事物覆盖，那么进行延迟块清除时，Oracle将获取undo segment head的事物控制列表的scn写往itl列表中的Scn/Fsc列。
这里需要注意的是,此时的scn并不是事物提交时的真正scn，而且肯定比事物提交时的scn大，那这样会不会影响事物一致性呢，接下来例子会进行说明。
2、undo表空间被删除，此时undo$并不会将此表空间删除，只会将STATUS$从2改为1，而且每个undo segment依然保留着最近一次提交的scn。如下所示
SQL> select SCNBAS,SCNWRP,STATUS$,file#,name from undo$;

    SCNBAS     SCNWRP    STATUS$      FILE# NAME
---------- ---------- ---------- ---------- ------------------------------
258954408       2560          1         13 _SYSSMU127$
258954399       2560          1         13 _SYSSMU128$
258954395       2560          1         13 _SYSSMU129$
258954404       2560          1         13 _SYSSMU130$
那么进行延迟块清除时，Oracle会去undo$中对获取对应的undo segment中的scn写往itl列表中的Scn/Fsc列。
同样需要注意的是，此时的scn并不一定事物提交时的真正scn，可能会比提交的scn大。发生延迟块清除后，块头的Flag往往显示如下：
  Itl           Xid                  Uba         Flag  Lck        Scn/Fsc
0x01   0x0009.018.0000bdd4  0x04c00016.13a5.32  C-U-    0  scn 0x0a00.063f0838
其中C表示该事物已结束，U表示Upper bound，C-U-往往表示延迟块清除。

延迟块清除和ora-01555
ora-01555这个经典错误就不解释了，这里主要研究延迟块清除导致的ora-01555。
假设有如下场景:
会话一：
update test set id='aaa';
commit;
其游标打开scn为10。
会话二：
var x refcursor
exec open for select id from test;
其游标打开scn为20。
会话三：
select id from test;
其游标打开scn为100。
进行延迟块清理，需要注意的是此时undo segment事物槽已经被覆盖，如上分析，此时Oracle将获取undo segment head的事物控制列表的scn写往itl列表中的Scn/Fsc列。
此时会话二获取结果将会发生什么情况呢？最理想状态，应该是获取aaa。实验过程如下（注意时间戳）：


会话一：进行表格test更新，注意其游标打开的scn比10995221078145略大，dump该block可以清楚知道该block变化时的精确scn。
15:39:35 SQL> SELECT to_char(dbms_flashback.get_system_change_number) FROM dual;

TO_CHAR(DBMS_FLASHBACK.GET_SYSTEM_CHANGE
----------------------------------------
10995221078145

15:39:40 SQL> update test set id=999;

3 rows updated.

会话二：buffer_cache刷出
15:40:14 SQL> alter session set events 'immediate trace name flush_cache level 1';

Session altered.


会话一：进行提交

15:40:24 SQL> commit;

Commit complete.

会话三：执行如下SQL，注意其打开游标的scn比10995221021163略大。
15:42:18 SQL> var x refcursor
15:42:19 SQL> SELECT to_char(dbms_flashback.get_system_change_number) FROM dual;

TO_CHAR(DBMS_FLASHBACK.GET_SYSTEM_CHANGE
----------------------------------------
10995221078200

15:42:19 SQL> exec open for select id from test;

PL/SQL procedure successfully completed.

会话二：观察数据块itl列表和undo segment head事物槽
15:45:02 SQL> alter system dump datafile 9 block 566;

System altered.

可以看到在经过缓存刷出之后，尽管事务已经提交。该数据块flag依然标记为----，表示为有事物未提交。其block的scn为0x0a00.063f2082（10995221078146）。
*** SESSION ID:(40.262) 2011-06-14 15:45:04.836
Start dump data blocks tsn: 9 file#: 9 minblk 566 maxblk 566
buffer tsn: 9 rdba: 0x02400236 (9/566)
scn: 0x0a00.063f2082 seq: 0x03 flg: 0x04 tail: 0x20820603
frmt: 0x02 chkval: 0x1f0f type: 0x06=trans data
Block header dump:  0x02400236
Object id on Block? Y
seg/obj: 0xae99  csc: 0xa00.63f2079  itc: 2  flg: E  typ: 1 - DATA
     brn: 0  bdba: 0x2400231 ver: 0x01
     inc: 0  exflg: 0

Itl           Xid                  Uba         Flag  Lck        Scn/Fsc
0x01   0x0009.023.0000bedc  0x04c00017.13c1.03  ----    3  fsc 0x0000.00000000
0x02   0x0009.01f.0000bed8  0x04c00016.13bf.28  C---    0  scn 0x0a00.063f1a51
data_block_dump,data header at 0xbb6f264
===============
tsiz: 0x1f98
hsiz: 0x18
pbl: 0x0bb6f264
bdba: 0x02400236
     76543210
flag=--------
ntab=1
nrow=3
frre=-1
fsbo=0x18
fseo=0x31
avsp=0x7f2
tosp=0x7f2
0xe:pti[0]      nrow=3  offs=0
0x12:pri[0]     offs=0x17be
0x14:pri[1]     offs=0x80b
0x16:pri[2]     offs=0x31
block_row_dump:
tab 0, row 0, @0x17be
tl: 2010 fb: --H-FL-- lb: 0x1  cc: 2
col  0: [ 3]  c2 0a 64
col  1: [2000]

回滚段头dump后可以发现事物已处于提交状态。

15:45:53 SQL> alter system dump datafile 19 block 9;

  TRN CTL:: seq: 0x13c1 chd: 0x0000 ctl: 0x002e inc: 0x00000000 nfb: 0x0001
            mgc: 0x8201 xts: 0x0068 flg: 0x0001 opt: 2147483646 (0x7ffffffe)
            uba: 0x04c00017.13c1.1d scn: 0x0a00.063f1f5f
Version: 0x01
  FREE BLOCK POOL::
    uba: 0x04c00017.13c1.1f ext: 0x1  spc: 0xfb0  
    uba: 0x00000000.13be.24 ext: 0x0  spc: 0xd7a  
    uba: 0x00000000.0000.00 ext: 0x0  spc: 0x0    
    uba: 0x00000000.0000.00 ext: 0x0  spc: 0x0    
    uba: 0x00000000.0000.00 ext: 0x0  spc: 0x0    
  TRN TBL::

  index  state cflags  wrap#    uel         scn            dba            parent-xid    nub     stmt_num
  ------------------------------------------------------------------------------------------------
  0x23    9    0x00  0xbedc  0x0022  0x0a00.063f2098  0x04c00017  0x0000.000.00000000  0x00000001   0x00000000

会话二：再次发起大量事物，确保回滚段事务槽被覆盖
15:52:03 SQL> begin
15:52:14   2  for i in 1..6000
15:52:14   3  loop
15:52:14   4  insert into ttt values (1,'aa');
15:52:14   5  commit;
15:52:14   6  end loop;
15:52:14   7  end;
15:52:14   8  /

PL/SQL procedure successfully completed.

15:52:16 SQL> alter system dump datafile 19 block 9;

System altered.
可以看到回滚槽被覆盖，其事务控制表的scn为0x0a00.063f4612（10995221087762）比会话一的scn 10995221078145大
  TRN CTL:: seq: 0x13cd chd: 0x0012 ctl: 0x0011 inc: 0x00000000 nfb: 0x0001
            mgc: 0x8201 xts: 0x0068 flg: 0x0001 opt: 2147483646 (0x7ffffffe)
            uba: 0x04c00014.13cd.12 scn: 0x0a00.063f4612
Version: 0x01
  FREE BLOCK POOL::
    uba: 0x04c00014.13cd.12 ext: 0x1  spc: 0x181a 
    uba: 0x00000000.13be.24 ext: 0x0  spc: 0xd7a  
    uba: 0x00000000.0000.00 ext: 0x0  spc: 0x0    
    uba: 0x00000000.0000.00 ext: 0x0  spc: 0x0    
    uba: 0x00000000.0000.00 ext: 0x0  spc: 0x0    
  TRN TBL::

  index  state cflags  wrap#    uel         scn            dba            parent-xid    nub     stmt_num
  ------------------------------------------------------------------------------------------------
0x20    9    0x00  0xbf59  0x0024  0x0a00.063f4625  0x04c00013  0x0000.000.00000000  0x00000001   0x00000000
0x23    9    0x00  0xbf59  0x0022  0x0a00.063f4623  0x04c00013  0x0000.000.00000000  0x00000001   0x00000000
。。。
0x24    9    0x00  0xbf59  0x0021  0x0a00.063f4627  0x04c00013  0x0000.000.00000000  0x00000001   0x00000000

此时发起延迟块清理，根据dump结果我们看到已经进行了延迟块清理
15:54:31 SQL> SELECT to_char(dbms_flashback.get_system_change_number) FROM dual;

TO_CHAR(DBMS_FLASHBACK.GET_SYSTEM_CHANGE
----------------------------------------
10995221087904

15:54:31 SQL> select id from test;

        ID
----------
       999
       999
       999
      
15:56:13 SQL>  alter system dump datafile 9 block 566;

System altered. 

注意到0x0a00.063f46a0和延迟块清理SQL发起的scn一致，这说明此block的修改scn取自延迟块清理SQL发起的scn。
另外延迟块清理itl中scn 0x0a00.063f4627比事务控制列表中的scn 0x0a00.063f4612略大，这是由于事务控制列表中scn不停变化引起的（此处是因为0x24被覆盖导致事物控制列表scn变化。）
*** SESSION ID:(35.359) 2011-06-14 15:57:04.683
Start dump data blocks tsn: 9 file#: 9 minblk 566 maxblk 566
buffer tsn: 9 rdba: 0x02400236 (9/566)
scn: 0x0a00.063f46a0 seq: 0x01 flg: 0x00 tail: 0x46a00601
frmt: 0x02 chkval: 0x0000 type: 0x06=trans data
Block header dump:  0x02400236
Object id on Block? Y
seg/obj: 0xae99  csc: 0xa00.63f46a0  itc: 2  flg: E  typ: 1 - DATA
     brn: 0  bdba: 0x2400231 ver: 0x01
     inc: 0  exflg: 0

Itl           Xid                  Uba         Flag  Lck        Scn/Fsc
0x01   0x0009.023.0000bedc  0x04c00017.13c1.03  C-U-    0  scn 0x0a00.063f4627
0x02   0x0009.01f.0000bed8  0x04c00016.13bf.28  C---    0  scn 0x0a00.063f1a51

data_block_dump,data header at 0xc7cf264
===============
tsiz: 0x1f98
hsiz: 0x18
pbl: 0x0c7cf264
bdba: 0x02400236
     76543210
flag=--------
ntab=1
nrow=3
frre=-1
fsbo=0x18
fseo=0x31
avsp=0x7f2
tosp=0x7f2
0xe:pti[0]      nrow=3  offs=0
0x12:pri[0]     offs=0x17be
0x14:pri[1]     offs=0x80b
0x16:pri[2]     offs=0x31
block_row_dump:
tab 0, row 0, @0x17be
tl: 2010 fb: --H-FL-- lb: 0x0  cc: 2
col  0: [ 3]  c2 0a 64
col  1: [2000]

回到会话三：查看游标打开时数据，可以看到ora-01555如期出现。
16:06:31 SQL> print
ERROR:
ORA-01555: snapshot too old: rollback segment number 9 with name "_SYSSMU9$"
too small



no rows selected

虽然一号会话的update游标scn比三号会话的游标scn小，但Oracle在读取block时，由于延迟块清除导致了此block itl槽的scn比三号会话的游标scn大，
此时三号会话并不能判断此block的事务什么时候结束，所以就报了ora-01555。