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1. undo 1.1 undo的存储结构 Un…题记最近有些人问我undo和redo到底是什么关系他们中不乏已经入行3-4年的同学今天咱们就来深入探讨下到底什么是undo和redo他们分别做什么底层逻辑原理是什么等等。
2. undo 1.1 undo的存储结构 Undo段Undo Segment –Undo信息存储在数据库的undo段中这些段是特殊的数据库对象用于记录事务的回滚信息。 –每个undo段都包含一个或多个undo块用于存储具体的回滚数据。ITLInterest Transaction List –数据块的头部包含一个ITL列表用于记录与该数据块相关的事务信息。 –每个ITL条目都包含事务IDXID、回滚指针指向undo段中该事务的回滚信息等信息。Undo表空间 –Undo表空间是用于存储undo段的特殊表空间。 –当创建数据库实例时Oracle会自动创建一个默认的undo表空间如UNDOTBS1。 –管理员也可以创建额外的undo表空间来满足特定的性能和容量需求。 1.2 undo的作用机制 回滚事务 –当事务执行失败或用户执行rollback操作时Oracle会利用undo信息将数据库恢复到事务开始前的状态。 –通过遍历ITL列表和undo段中的回滚信息Oracle可以找到并撤销事务所做的所有更改。提供一致性读 –一致性读是Oracle数据库的一种重要特性它允许用户在查询时看到数据库在某个时间点上的快照。 –当用户发出查询请求时Oracle会记录当时的SCNSystem Change Number号。 –如果查询过程中发现数据块被其他事务修改SCN号发生变化Oracle会利用undo信息构造一个CRConsistent Read块以提供一致性读视图。实例恢复 –在数据库实例崩溃后Oracle会使用redo日志和undo信息来恢复数据库的状态。 –首先SMONSystem Monitor进程会利用redo日志将已提交的事务重新应用到数据文件中。 –然后Oracle会使用undo信息来回滚未提交的事务以确保数据库的一致性。 1.3 undo与Redo的交互 事务提交时的交互 –当事务提交时Oracle会生成相应的redo信息并将其写入重做日志文件中。 –同时Oracle也会更新undo段中的信息以标记该事务已提交。 –在某些情况下如IMU模式下undo信息可能会延迟写入undo块中但redo信息仍然会实时写入重做日志中。实例恢复时的交互 –在实例恢复过程中Oracle会首先利用redo日志将已提交的事务重新应用到数据文件中。 –然后Oracle会使用undo信息来回滚未提交的事务。 –这两个过程是相互独立的但共同协作以确保数据库在崩溃后能够恢复到一致的状态。 1.4 Undo的管理 UNDO_MANAGEMENT参数 –通过设置UNDO_MANAGEMENT参数来选择undo的管理方式。 –当设置为AUTO时Oracle会使用undo表空间来自动管理undo段当设置为MANUAL时则使用rollback segment方式存储undo信息。UNDO_RETENTION参数 –UNDO_RETENTION参数用于指定undo信息在undo表空间中保存的最长时间。 –可以根据实际需求动态调整该参数的值。该参数并不是指undo数据在undo表空间中一定要保存指定的时间长度当新的事务需要空间时已提交事务的undo数据可能会被覆盖。
3. Redo 2.1 redo的组成与结构 Redo Log Buffer –位于SGASystem Global Area中是一块循环使用的内存区域。 –保存数据库变更的相关信息这些信息以重做条目Redo Entries的形式存储也称为Redo Records。 –Redo Entries包含重构、重做数据库变更的重要信息如INSERT、UPDATE、DELETE、CREATE、ALTER或DROP等操作。Redo Log File –在线重做日志文件物理文件默认与数据文件存储在同一位置。 –循环使用Oracle允许使用至少两个日志组数据库创建时默认会建立三个日志组。 –当一个日志文件写满后会切换到另一个日志文件这个过程称为Log Switch会触发一个检查点促使DBWRDatabase Writer进程将写满的日志文件保护的变更数据写回数据库。Redo Header与Redo Record –Redo Header记录Redo的基本概要信息如数据库名称、控制文件序列号及日志Thread号等。 –Redo Record记录数据库的详细更改由Redo Record Header和更改矢量Change Vector组成。Change Vector详细描述了数据库块级的更改信息。 2.2 redo的作用机制 数据修改与缓存 –用户数据通常在Buffer Cache中修改Oracle通过高速缓存来提高数据操作的性能。 –在提交时并不强制将数据变更立即写出到数据文件上以减少磁盘I/O操作的压力。Redo Log Buffer的写入 –Oracle通过一个后台进程LGWRLog Writer不断把Redo Log Buffer的内容写出到Redo Log File中。 –LGWR的写入触发条件包括用户提交、重做日志缓冲区未满但达到一定量如1/3或大于1M等。检查点与恢复 –检查点是一个数据库事件用于减少恢复时间。 –当检查点发生时Oracle会通知DBWR进程将修改过的数据即此检查点之前的脏数据从Buffer Cache写入磁盘。 –在检查点完成后此检查点之前修改过的数据都已经写回磁盘重做日志文件中的相应重做记录对于崩溃/实例恢复不再有用。实例恢复 –在数据库实例崩溃后Oracle会使用redo日志来恢复数据库的状态。 –首先SMONSystem Monitor进程会利用redo日志将已提交的事务重新应用到数据文件中。 –这个过程确保了即使数据库实例崩溃已提交的事务也不会丢失。 2.3 redo与undo的交互 事务提交 –当事务提交时Oracle会生成相应的redo信息并将其写入重做日志文件中。 –同时Oracle也会更新undo段中的信息以标记该事务已提交。数据恢复 –在实例恢复过程中Oracle会首先利用redo日志将已提交的事务重新应用到数据文件中。 –如果需要回滚未提交的事务Oracle会使用undo信息来实现。IMUIn Memory Undo机制 –从Oracle 10g开始引入的IMU机制对redo的内部原理进行了改动。 –IMU减少了redo recorder的数量通过优化流程来提高性能。 –在IMU下很多工作延迟到了提交时完成如将undo信息暂时存放在共享池的IMU区可以改造redo数据的流程将多条redo recorder合成一条。 2.4 redo的管理 日志组与成员的管理 –可以配置多个日志组和成员来提高重做日志的可用性和性能。 –在配置时需要考虑日志组的大小、数量以及磁盘I/O性能等因素。归档模式 –在归档模式下重做日志文件在重用之前会被写出到归档日志文件中。 –归档日志在介质恢复时可以用来恢复数据库故障。
4. undo和redo的区别与联系 3.1 区别参考下图 1.功能与作用 undo撤销信息用于取消或回滚事务。当用户对数据库执行修改操作如DML操作增、删、改时数据库会生成undo信息。如果事务或语句由于某些原因失败或者用户执行rollback操作请求回滚时数据库可以利用这些undo信息将数据返回到修改前的状态。undo信息存储在数据库内部一组特殊的段中称为undo段或回滚段。 redo重做信息用于在失败时重放或重做事务。redo信息记录在Oracle的在线或归档重做日志文件中。如果数据库实例失效或介质失败如硬盘故障Oracle可以使用这些重做日志文件来恢复数据将数据库恢复到故障发生前的状态。 2. 存储位置 undo信息存储在数据库的undo段中。 redo信息则记录在在线重做日志文件和归档重做日志文件中。 3. 恢复机制 undo通过逻辑恢复的方式将数据库恢复到事务开始前的状态。 redo则通过物理恢复的方式利用重做日志文件重放事务以恢复数据库的状态。 3.2. undo和redo的联系 事务管理undo和redo共同协作确保数据库事务的完整性和一致性。undo用于回滚未提交的事务而redo用于在故障后恢复已提交的事务。数据恢复在数据库恢复过程中undo和redo都起着重要作用。undo用于撤销未提交的事务以防止数据不一致而redo则用于重放已提交的事务以恢复数据库到故障前的状态。相互依赖尽管undo信息存储在undo表空间或undo段中但它也会受到redo的保护。对undo的修改会生成一些redo信息这些redo信息会被记入重做日志中。这样即使undo信息在内存中丢失也可以通过重做日志进行恢复。
5. Undo和Redo的底层逻辑 如上图所示 –日志在内存里也是有缓存的即log buffer磁盘上的日志文件称为log file。log file一般是追加内容可以认为是顺序写顺序写的磁盘IO开销要小于随机写。 –Undo日志记录某数据被修改前的值可以用来在事务失败时进行rollback –Redo日志记录某数据块被修改后的值可以用来恢复未写入data file的已成功事务更新的数据。 –当用户生成一个数据库事务时undo log buffer会记录被修改的数据的原始值redo会记录被修改的数据的更新后的值。 –redo日志应首先持久化在磁盘上然后事务的操作结果才写入db buffer此时内存中的数据和data file对应的数据不同一般内存中的数据是脏数据db buffer再选择合适的时机将数据持久化到data file中。这种顺序可以保证在需要故障恢复时恢复最后的修改操作。先持久化日志的策略叫做Write Ahead Log即预写日志。 –在很多系统中undo日志并非存到日志文件中而是存放在数据库内部的一个特殊段中即Undo段。 –在db buffer中的内容写入磁盘数据库文件之前应当把log buffer的内容写入磁盘日志文件。 本篇完结。 码字不易宝贵经验分享不易请各位支持原创转载注明出处多多关注作者后续不定期分享DB基本知识和排障案例及经验、性能调优等。