Oracle体系结构初探：聊聊REDO

上一篇文章写了undo（文章链接：聊聊UNDO），这篇和大家一起聊聊redo。redo如果按照我的傻瓜翻译，意为再次去做、重新去做。Oracle官方对于redo的描述是：记录对数据所做的所有更改，包括未提交和已提交的更改；通过REDO来保证数据库的事务可以被重演，从而使得在故障之后，数据可以被恢复。

事务重演，这个名词稍微抽象一点点；我个人在抽象事务理解上比较愚笨，最开始在学习的时候花了不少功夫才理解这个名词。所以也想在这里举个例子和大家分享下我的拙见：

2024-04-18 00:00:00，我启动了Oracle数据库实例ORCL；

从此刻开始，ORCL对应的应用系统开始正常运行，开始向ORCL中增删改查数据；

2024-04-18 18:05:20，ORCL所在服务器突然意外关机了；

在关机的此时此刻有个INSERT操作，已经提交，但数据还未来得及写入磁盘；

2024-04-18 18:13:14，服务器恢复，开始启动ORCL数据库实例（此时的这个操作，其实应该叫做恢复ORCL实例）；但是关机时提交的INSERT数据并没有写入磁盘，这不就造成了数据丢失嘛！Oracle多聪明，它此时会根据redo日志（online redo log）里的内容，将INSERT操作重新执行一遍，这就避免了此问题。

上面将INSERT操作重新执行一遍的过程，就是事务重演。

上面的例子，其实还有个专业的叫法：前滚；即已提交未写入的数据再次写入。

前滚是发生在Oracle实例恢复时的一个步骤。

那么正好在此处简单描述下实例恢复的过程：Oracle实例崩溃，进行实例恢复；① 先发生前滚，② 再打开数据库，③然后发生回滚。

以上是实例恢复的三个阶段，可以发现除了redo以外，undo也参与了实例恢复，因为发生了回滚。这也是在上一篇文章 《聊聊UNDO》中没有提到的UNDO的一个功能。

下面开始和大家分享下redo相关的一些基本知识内容，先看目录。

目录

redo相关组件

redo日志循环写

归档模式 

非归档模式 

redo日志状态

redo日志切换

redo日志操作

redo相关组件

在数据库中，redo的功能主要通过3个组件来实现：Redo Log Buffer、LGWR后台进程和Redo Log File。下面分别对这3个组件进行介绍。

  • Redo Log Buffer

Redo Log Buffer位于SGA中，是一块循环使用的内存区域，用来保存数据库变更的相关信息。这些信息以Redo Entries（重做条目）形式存储。

Redo Entries包含重构、重做数据库变更的重要信息（包括INSERT、UPDATE、DELETE、CREATE、ALTER或者DROP等）。而这些Redo Entries内容是被Oracle数据库进程从PGA复制到SGA中的Redo Log Buffer中的；多提一句的是SQL的语义解析，语法解析，执行计划都是在PGA中进行的，所以我们也就能推测到Redo Entries的信息格式大概是什么了。

Redo Entries主要是scn、时间戳、sql_redo等信息，这些信息可以通过Oracle的LogMiner工具去分析查看（配合v$logmnr_contents视图）。其中sql_redo就是产生redo的具体sql内容。

  • 后台进程LGWR

LGWR的作用是循环把Redo Log Buffer中的内容写出到Redo Log File中。当满足以下条件时，会触发LGWR进程：

  1. 事务提交时
  2. 每3秒钟
  3. 彻底关机前
  4. 在DBWN写入之前
  • Redo Log Files

重做日志文件，以组（group）出现。可以通过v$logfile查询相关日志文件信息。

select * from v$logfile

在这里重做日志文件又可以分为：ONLINE REDO LOG（在线重做日志）和 ARCHIVE REDO LOG（归档重做日志） 

ONLINE REDO LOG

Oracle以SQL脚本的形式实时记录数据库的数据更新，换句话说，按特定的格式实时保存已执行的SQL脚本到在线日志文件中，这个格式其实就是前文提到Redo Entries。

ARCHIVE REDO LOG

归档重做日志，简称归档日志，指当条件满足时，Oracle将在线重做日志以文件形式保存到硬盘（持久化）

从实际情况来看 ARCHIVE REDO LOG 其实就是 ONLINE REDO LOG 的备份。

redo日志循环写

那么ONLINE REDO LOG（在线重做日志）和 ARCHIVE REDO LOG（归档重做日志） 是如何参与Oracle的工作的呢？

先不急，我们再进一步探究下Redo Log File的细节信息：

Ⅰ：每个Oracle数据库都至少有2个Online重做日志组，每个组中至少有1个重做日志文件，这些Online重做日志组以循环方式使用。

Ⅱ：每组内的日志文件的内容完全相同，且保存在不同的位置，用于磁盘日志镜像，以做多次备份提高安全性。

Ⅲ： 我们是可以根据实际情况自定义添加、修改、删除日志组和日志文件的。

Ⅳ：在默认情况下，Oracle只有1个重做日志组处于活动状态；

数据库在开启归档模式状态下 和 非归档模式下的重做日志工作方式是不一样的，我们先来一起看下归档模式下的重做日志是如何工作的。

归档模式 

假设Oracle数据库有3个日志组：1#、2#、3#。

① LGWR进程循环地向 1#日志组的 ONLINE REDO LOG 中写入特定格式的SQL脚本；

② 当1#日志组的 ONLINE REDO LOG 写满时，则将在线日志归档到硬盘，成为 ARCHIVE REDO LOG；

③ 当1#日志组的 ONLINE REDO LOG 写满后，Oracle切换到2#日志组，开始向ONLINE REDO LOG写入特定格式的SQL脚本；

④ 如果1#日志组的 ARCHIVE REDO LOG 已经写完（归档结束），且2# 日志组ONLINE REDO LOG已经写满，那么2#日志组开始归档

⑤ 2# 日志组ONLINE REDO LOG已经写满，则切换至 3# 日志组，开始向ONLINE REDO LOG写入特定格式的SQL脚本；

⑥ 如果2#日志组的 ARCHIVE REDO LOG 已经写完（归档结束），且3# 日志组ONLINE REDO LOG已经写满，那么3#日志组开始归档

⑦ 3# 日志组ONLINE REDO LOG已经写满，则重新切换至 1# 日志组，开始向ONLINE REDO LOG写入特定格式的SQL脚本；

⑧ 循环以上过程

如果我们细心一点，可以发现一个细节：如果服务器磁盘性能差，归档速度慢，那么重做日志组切换就会出现问题。比如上述循环过程中，3#日志组的ONLINE REDO LOG写满后，1#日志组还在归档，那么此时是不会切换到1#日志组的，只能使用日志缓冲区，等待归档完毕之后才能覆盖写入。

非归档模式 

至于非归档模式状态下的redo日志循环写流程，就比较简单了，因为没有归档过程，如下图所示。还是假设有3个日志组：1#、2#、3#。只不过这次流程十分精简：

① LGWR进程循环地向 1#日志组的 ONLINE REDO LOG 中写入特定格式的SQL脚本；

② 1#日志组写满后，切换至2#日志组，LGWR进程循环地向 2#日志组的 ONLINE REDO LOG 中写入特定格式的SQL脚本；

③ 2#日志组写满后，切换至3#日志组，LGWR进程循环地向 3#日志组的 ONLINE REDO LOG 中写入特定格式的SQL脚本；

④ 3#日志组写满后，重新切换至1#日志组，LGWR进程循环地向 1#日志组的 ONLINE REDO LOG 中写入特定格式的SQL脚本；

⑤ 循环以上过程

非归档模式下redo日志循环写

 

redo日志状态

关于redo日志状态，需要分成两块去讲。一块是redo日志组的状态，一块是redo日志文件的状态。

  • redo日志组状态

可以通过v$log视图查询redo日志组状态。

select group#,bytes,status from v$log;
SQL> select group#,bytes,status from v$log;

    GROUP#      BYTES STATUS
---------- ---------- ----------------
         1  209715200 INACTIVE
         2  209715200 CURRENT
         3  209715200 INACTIVE

通过上述输出结果可以看到这里已经有两种状态为INACTIVE和CURRENT，那么现在把REDO LOG组所有的状态都列出来。并给出相应解释：

Ⅰ：INACTIVE 

实例恢复不再需要联机重做日志组，它可能已经归档也可能未归档。

Ⅱ：ACTIVE

联机重做日志组是活动的，但是并非当前联机重做日志组，实例崩溃恢复需要该状态的日志，它可能用于块恢复，它可能已经归档也可能未归档。

Ⅲ：CURRENT

当前的联机重做日志组，这意味着该联机重做日志组是活动的。

Ⅳ：UNUSED

从未对联机重做日志组进行写入，这种状态的日志文件要么是刚增加的，要么是当日志不是current redo log时RESETLOGS操作后的状态。

Ⅴ：CLEARING

在ALTER DATABASE CLEAR LOGFILE 命令后正在将该日志重建为一个空日志，日志清除后其状态更改为UNUSED。

Ⅵ：CLEARING_CURRENT

正在清除当前日志文件中的已关闭线程，如果切换时发生某些故障，如写入新日志标题时的I/O错误，则该日志可以停留在该状态。

  • redo日志文件状态

可以通过v$logfile视图查询redo日志文件状态。

select group#,member,status from v$logfile;
SQL> select group#,member,status from v$logfile;

    GROUP# MEMBER                                   STATUS
---------- ---------------------------------------- -------
         3 /u01/app/oracle/oradata/ORCL/redo03.log
         2 /u01/app/oracle/oradata/ORCL/redo02.log
         1 /u01/app/oracle/oradata/ORCL/redo01.log

通过上述输出结果，可以看到这里STATUS(状态)列下并无数据,但实际上现在这个列中的值为NULL,那么我们把REDO LOG文件所有的状态都列出来。并给出相应解释： 

Ⅰ：INVALID

该文件不可访问

Ⅱ：STALE

该文件内容不完全，例如正在添加一个日志文件成员

Ⅲ：DELETED

该文件已不再使用

Ⅳ：NULL

该文件正在使用中

redo日志切换

redo日志切换，其实指的是redo日志组切换。redo日志组可以用两种方法去切换。但推荐的是用正常方式去切换。

  • 正常切换
alter system switch logfile;

切换例子如下 

 

  • 用发生检查点的方式去切换 
alter system checkpoint;

redo日志操作

  •  添加组成员

假如需要给1#日志组添加组成员；

先通过 select member from v$logfile;查询出对应redo日志文件路径。

再替换到下列语句中。

ALTER DATABASE
ADD LOGFILE MEMBER '/u01/app/oracle/oradata/ORCL/redo01.rdo'
TO GROUP 1

添加组成员有2个需要注意的地方：

Ⅰ：新增组成员不需要指定大小，因为每个组内的成员日志内容是一样的，所以大小和已存在的组成员一致。

Ⅱ：当组成员刚刚被添加时，它的日志文件状态是INVALID不可访问状态，如下图。

 那咋办嘞？

这时候就用到上文叙述过的redo日志组切换操作，操作结果如下图所示。

 

  • 删除组成员

删除语法很简单，如下所示，删除之前添加的1#日志组新成员redo01.rdo。

ALTER DATABASE DROP LOGFILE MEMBER '/u01/app/oracle/oradata/ORCL/redo01.rdo';

删除组成员有两个需要注意的地方：

Ⅰ：上述的删除语法只是在控制文件中，将日志组成员删除了；未真正在物理磁盘上将redo01.rdo文件删除；所以需要手动去对应路径下删除对应的redo01.rdo文件。

Ⅱ： 不能删除CURRENT状态下的日志组成员。

  • 添加组

还是和添加组成员一样，先找到其他组成员的存储路径，再替换到下面的代码中。

新建的组，可以指定组成员默认大小是多少。如下代码，指定的是组成员大小是200M。

ALTER DATABASE ADD LOGFILE GROUP 4 ('/u01/app/oracle/oradata/ORCL/redo04.log') 
SIZE 200M

添加组有2个需要注意的点：

Ⅰ：无法改变已存在的日志组成员大小；

Ⅱ：刚创建的日志组状态是UNUSED的，也可以进行手动切换日志组，进行状态的调整。

以上是关于redo的基本知识内容，按我自己的拙见是比较全面了。但redo与备份和恢复的关系没有提到太多。因为觉得内容太多，一章说完比较困难，后面再补吧。

另外也记录下一件小事：昨天，我对象发现了我头上长了一根白头发；这是我第一次长白头发，我真的要开始变老了，欸。

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