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种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）。其中前面3种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，因而之存在一个，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。