База данных Oracle была бы не слишком полезной, если бы множество пользователей не могли обращаться к данным и модифицировать их одновременно. Под параллелизмом данных (data concurrency) понимают способность базы данных обеспечивать параллельный доступ для множества пользователей. Чтобы обеспечить согласованные результаты, база данных нуждается в механизме, который гарантирует, что пользователи не будут натыкаться на изменения, проводимые друг другом. Целостность данных (data consistency) — это возможность для пользователя получать согласованное представление данных, включая все изменения, проведенные в них другими пользователями.
Для обеспечения целостности данных Oracle использует специальные структуры, именуемые сегментами отмены (undo segments). Например, когда вы читаете набор данных для транзакции, Oracle обеспечивает, чтобы прочитанные данные были согласованы по набору транзакций, т.е. гарантирует, что данные, которые вы видите, отражают один набор зафиксированных транзакций. Oracle также обеспечивает согласованность данных по чтению, что означает, что все данные, выбранные вашими запросами,относятся к одному моменту времени. Сегменты отмены Oracle — это часть табличного пространства undo, упомянутого ранее в блогах.
Oracle использует механизм блокировок для обеспечения параллелизма данных. Позволяя одному пользователю блокировать индивидуальные строки или целые таблицы, он гарантирует ему исключительное использование таблицы в целях обновления.Важной характеристикой механизмов блокировки Oracle является то, что они по большей части происходят автоматически. Вам не нужно беспокоиться о деталях блокировки объектов, которые вы хотите модифицировать — Oracle “за кулисами” позаботится об этом.
Oracle использует две базовые модели блокировок. Модель исключительной блокировки применяется для обновлений, а модель разделяемой блокировки используется для операций SELECT на таблицах. Модель разделяемой блокировки позволяет нескольким пользователям одновременно читать одни и те же строки таблицы. Модель исключительной блокировки, поскольку включает обновления таблицы, может использоваться только одним пользователем в любой заданный момент времени. Исключительные блокировки почти всегда применяются к определенным строкам, подлежащим обновлению, позволяя одновременно использовать базу данных множеству пользователей.После выполнения команды COMMIT или ROLLBACK Oracle автоматически освобождает блокировки на таблицах и прочие важные ресурсы.
Блокировки Oracle сложны, и вы детально познакомитесь с ними в главе 8, вместе с тем, как Oracle обеспечивает согласованность и параллелизм данных.
Писатель базы данных и протокол опережающей записи
Писатель базы данных (db writter), как вы видели ранее, отвечает за запись в файлы данных всех модифицированных буферов из буферного кэша базы данных. Кроме того, он следит за наличием свободного пространства с буферном кэше, чтобы серверный процесс мог читать новые данные из файлов данных при необходимости. Протокол опережающей записи (журнала) также требует, чтобы записи повторного выполнения в буфере журнала повторного выполнения, ассоциированные с измененной информацией в буферном кэше, были записаны в буфер журнала повторного выполнения перед тем, как они отразятся в файлах данных. Важность содержимого журнала повторного выполнения диктует Oracle обязательность записи содержимого файла журнала повторного выполнения в постоянное хранилище перед тем, как изменения данных будут проведены в файлах данных на диске.
Когда пользователь фиксирует транзакцию, процесс-писатель журнала немедленно вносит в файлы журналов повторного выполнения запись о фиксации. Полный набор записей, затронутых зафиксированной транзакцией, может и не записываться одновременно в файлы данных. Механизм быстрой фиксации, наряду с журналом опережающей записи, гарантирует, что база данных не будет ждать завершения всех физических операций записи после каждой транзакции. Как вы можете себе представить, огромные базы данных OLTP с многочисленными изменениями на протяжении всего дня не могли бы функционировать оптимально, если бы им пришлось выполнять запись на диск после каждого зафиксированного изменения данных.
На заметку! При наличии огромного числа транзакций и, как следствие, огромного количества запросов на фиксацию, процесс-писатель журнала может и не вносить немедленно запись о каждой зафиксированной транзакции в журнал повторного выполнения. Он может накапливать по нескольку запросов на фиксацию, если очень занят в данный момент. Такая пакетированная запись информации о множестве зафиксированных транзакций называется групповой фиксацией.
Системный номер изменения
Системный номер изменения, или SCN (system change number) — важный оценочный фактор, используемый базой данных Oracle для отслеживания состояния в каждый данный момент времени. Когда вы читаете (SELECT) данные в таблицах, то не затрагиваете состояния базы данных, но когда модифицируете, вставляете или удаляете строку, то состояние базы данных изменяется по отношению к тому, каким оно было до операции. Oracle использует SCN для слежения за всеми изменениями, проведенными в базе данных со временем. SCN — это логическая временная метка, используемая Oracle для упорядочивания событий, происходящих с базой данных. SCN очень важен по нескольким причинам, не последняя из которых — восстановление базы данных после сбоя.
SCN подобны возрастающим номерам последовательности, и Oracle увеличивает их в SGA. Когда транзакция модифицирует или вставляет данные, Oracle сначала пишет новый SCN в сегмент отката. Процесс-писатель журналов затем немедленно вносит запись о фиксации транзакции в журнал повторного выполнения, и эта запись получает уникальный SCN новой транзакции. Фактически запись этого SCN в журнал повторного выполнения отмечает зафиксированную транзакцию в базе данных Oracle.
SCN помогает Oracle определять необходимость восстановления после сбоя после внезапного прерывания работы экземпляра базы данных или после издания команды SHUTDOWN ABORT. Всякий раз, когда база данных выполняет операцию контрольной точки, Oracle пишет команду START SCN в заголовки файлов данных. Управляющий файл поддерживает значение SCN для каждого файла данных, называемый STOP SCN, который обычно устанавливается в бесконечность, и всякий раз, когда экземпляр останавливается нормально (командой SHUTDOWN NORMAL или SHUTDOWN IMMEDIATE), Oracle копирует номер START SCN в заголовках файлов данных в номера STOP SCN для файлов данных в управляющем файле. Когда вы перезапускаете базу данных после успешного останова, нет необходимости ни в каком восстановлении, потому что номера SCN в файлах данных и управляющих файлах соответствуют. С другой стороны, внезапное прерывание работы экземпляра не оставляет времени на приведение в соответствие номеров SCN, и Oracle обнаруживает необходимость восстановления экземпляра, потому что отличаются номера SCN в файлах данных с одной стороны, и управляющем файле — с другой. Как вы узнаете из главы 16, они играют ключевую роль в восстановлении базы данных. Oracle определяет, на сколько нужно вернуться, применяя архивные журналы повторного выполнения во время восстановления на основе SCN.
Управление отменой
Когда вы проводите изменение в базе данных, вы должны иметь возможность отменить или откатить это изменение при необходимости. Информация, необходимая для отмены или отката изменений транзакции, которая в основном состоит из информации таблицы, предшествующей изменению, называется данными отмены (векторами изменений) и хранится в записях отмены (undo records). При выдаче команды ROLLBACK Oracle использует эти записи отмены для замены измененных данных их исходными версиями. Как объясняется в главе 8, записи отмены жизненно важны для восстановления базы данных, когда незавершенные или незафиксированные транзакции должны быть отменены, чтобы оставить базу в согласованном состоянии.
Oracle настоятельно рекомендует использовать средство автоматического управления изменениями ( Automatic Undo Management — AUM), при котором сам сервер Oracle будет поддерживать и управлять сегментами отмены (отката). Все, что вам нужно сделать — это предоставить выделенное табличное пространство undo и установить параметр инициализации UNDO_MANAGEMENT в auto. Oracle создаст необходимое количество сегментов отмены, которые структурно подобны традиционным сегментам отката, и будет расширять их по мере необходимости. Нет ничего необычного в том, что будут создаваться новые сегменты отмены, а старые — деактивизироваться в зависимости от количества транзакций, проводимых в базе данных. Глава 8 содержит более подробную информацию о средстве AUM.
Поскольку Oracle самостоятельно управляет размерами индивидуальных сегментов отмены, два решения, которые вы должны принять, касаются размера табличного пространства undo и установки инициализационного параметра UNDO_RETENTION (который определяет, насколько долго Oracle будет стараться хранить для вас записи об отмене в табличном пространстве undo). Помните, что ваше табличное пространство undo должно не только вместить все долговременные транзакции, но также быть достаточно большим, чтобы позволить работать всем средствам ретроспективы (flashback), которые вы можете реализовать в вашей базе данных; средства ретроспективы Oracle позволяют отменять изменения данных на различных уровнях. Некоторые из них, такие как Flashback Query, Flashback Versions Query и Flashback Table, используют данные отмены. О них мы поговорим в главе 8.
Вы можете использовать Undo Advisor Oracle через OEM для нахождения идеального размера табличных пространств undo и идеальной длительности, чтобы специфицировать параметр UNDO_RETENTION. Посредством статистики текущего использования пространства отмены можно оценить оптимальные параметры генерации данных отмены для вашего экземпляра.
