UNDO数据管理

本篇介绍的是Oracle数据库中UNDO数据的基本概念

1   基本概念

UNDO数据就是“原始的”，“旧的”，“修改前”的数据。保留这些旧的数据的目的就是为了让数据库能够实现事务的回滚、读一致性、闪回技术等。

UNDO数据都是被保存在UNDO表空间中。当一个事务开始的时候，数据库会为这个事务分配一个UNDO段，这个事务的所产生的UNDO数据都将保持在这个段中（不会保持在其他段中）。并且一个UNDO段可以给多个事务来使用。

2   UNDO数据的状态

UNDO数据并不会永久的存储在UNDO表空间中，随着数据状态的改变，数据库会有选择的进行覆盖，以便节约空间。UNDO数据包括了3个状态：

• Active：当事务没有提交前，UNDO数据都处于Active的状态，并且这些数据“一定不会”被覆盖。
• Unexpired：在事务提交以后，并且还没有超过保留期限，数据就处于Unexpired状态，此时数据可以被覆盖。这个状态下的数据有可能会被“读一致性”、“闪回技术”等使用。通常，这个状态的数据不会被数据库优先选择覆盖，只有在Expired的数据都被覆盖，才考虑覆盖这些数据（可以设置为不能被覆盖，见“3.2  Retention Guarantee（保证保留）”）。
• Expired：在事务提交以后，并且数据超过保留期限，数据就处于Expired状态，此时数据可以被覆盖。通常这个状态下的数据一般就不再需要被使用了。数据库会预先选择覆盖这个状态的数据。

实际，数据库没有智能到能够自动判断出，哪些数据将来可能会被使用，哪些数据将来不需要被使用。所以数据库通过设置一个时间来判断UNDO数据是否需要被使用，超过这个时间，数据库就认为它不需要再被使用了，状态就从Unexpired变成Expired。而这个时间就被称为Undo Retention（保留期限）。可以通过UNDO_RETENTION参数来设置这个保留期限的值。

如果数据库操作需要使用到UNDO数据，而数据已经被覆盖，这时就会报出“snapshot too old”这个错误。要避免这个错误的出现，一般将UNDO_RETENTION参数的值设置为数据库中最长的一个查询的时间。

3   UNDO表空间的管理

你可以在一个数据库中创建多个UNDO表空间，但是有效的表空间只有一个，我们可以通过UNDO_TABLESPACE初始化参数来进行设置。数据库对UNDO表空间的管理默认采用的是自动管理（Automatic Undo Management, AUM），这个可以通过UNDO_MANAGEMENT参数来进行设置（默认值为TRUE）。

3.1  AUM

在AUM中最主要的特性就是：数据库会自动调优UNDO的保留期限（这个特性可以通过隐藏参数来控制：_undo_retention=true）。数据库会根据UNDO表空间的大小和系统的活动情况来自动调优UNDO保留期限为一个合适的值。默认：数据库会每10分钟收集一次并计算这个保留期限的实际值。这个值我们可以通过V$UNDOSTAT视图来查看。

SQL> select tuned_undoretention from v$undostat;TUNED_UNDORETENTION-------------------                900

但是UNDO表空间的设置，也直接影响了Undo Retention，如果UNDO表空间大小是：

• 自动扩展，数据库一定会保留UNDO_RETENTION参数指定的时间（保留期限的实际值＝UNDO_RETENTION参数的值）。在这种情况下，容易引起UNDO表空间的急剧增大。
• 固定大小，数据库会自动调优保留期限的值（会忽略UNDO_RETENTION参数的值，实际值＝max(最长查询的时间＋300s，UNDO_RETENTION参数)）。这个只有在UNDO表空间没有启用retention guarantee的特性时，才有效。

3.2  Retention Guarantee（保证保留）

只要启用了UNDO表空间的Retention Guarantee特性，就能让UNDO数据一定保留UNDO_RETENTION参数设置的时间。在这个时间没有到之前，将不会被允许覆盖。

SQL> alter tablespace undotbs1 retention guarantee;Tablespace altered.

3.3  UNDO表空间的空间分配

如果没有启用Retention Guarantee的特性，空间分配方式如下：

1. 会寻找不含有Active的状态数据的段。如果没有找到，就创建一个新的回滚段；否则就使用找到的回滚段。
2. 但是如果段中空闲的空间不够大，不足以来存储UNDO数据，那么数据库将创建一个新的区。
3. 如果不能创建新的区（通常就是表空间大小不可扩展的情况下），它会重用已使用的区（也就是覆盖之前的数据）
   • 尝试使用自己段中的Expired的区
   • 尝试偷取其它段中的Expired的区
   • 尝试使用自己段中的Unexpired的区
   • 尝试偷取其它段中的Unexpired的区
   • 报告一个错误

4   UNDO表空间的监控

4.1  使用V$UNDOSTAT视图

需要关注这个视图的几个字段：

• undotsn：最近一个活动的UNDO表空间号
• undoblks：消耗的UNDO块总数量
• maxquerylen：最大的查询时间（s）

• unxpstealcnt：偷未过期区的次数
• unxpblkrelcnt：移除未过期块的数量
• unxpblkreucnt：重用未过期块的数量

以上3个字段如果不为0，通常都是由于空间太小，或者没有启用Retention Guarantee特性引起的

• nospaceerrcnt：空间不足错误发生的次数
• ssolderrcnt：snapshot too old错误发生的次数
• activeblks：活动块的数量
• unexpiredblks：未过期块的数量
• expiredblks：过期块的数量

4.2  UNDO表空间大小的设置

在一个系统新上线的情况下，最好打开UNDO表空间的自动扩展（无最大值），持续观察一段时间；当业务稳定以后，UNDO表空间的已使用大小通常稳定在一个范围中（假设大小在400M左右），这个时候就可以关闭自动扩展，将表空间设置为固定大小（大小为400M往上浮动10%，也就是400*1.1=440M）。

观察已使用的UNDO的大小，可以用下面这个SQL语句

SQL> select sum(rssize/1024/1024) USED_MB  2  from v$rollstat r join dba_rollback_segs s  3  on r.usn = s.segment_id  4  where s.tablespace_name='UNDOTBS1';   USED_MB---------- 22.109375

除此之外，也可以用“UNDO顾问”来完成表空间大小的设置。