SCN、ORA-19706错误和_external_scn_rejection_threshold_hours参数

熊军 2016-10-28
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编辑手记:最近关于SCN的问题再次爆发,我们拣选了老熊的文章,与大家共享。



熊军(老熊)

云和恩墨西区总经理

Oracle ACED,ACOUG核心会员


Oracle数据库在安装了2012年1月发布的CPU或PSU补丁之后,经常出现下面一些现象:


1、应用出现ORA-19706: invalid SCN错误。

2、在alert日志中出现类似如下警告:



3、在alert日志中出现类似如下错误:



4、在alert日志中出现类似如下信息:



5、在MOS文档《ORA-19706 and Related Alert Log Messages [ID 1393360.1]》中还提到其他会出现在alert中的一些警告信息:



如果说以上的现象只是警告或应用级报错,影响范围有限,那么不幸的是如果遇到RECO进程在恢复分布式事务时遇到SCN问题,则可能使数据库宕掉,例如:



那么2012年1月发布的CPU或PSU补丁到底使数据库在SCN处理方面产生了什么样的变化?这种变化对数据库有什么危害吗?甚至于说,以上提示的信息是由于这个补丁的BUG引起的吗?


要回答这些问题,得先从SCN讲起。SCN可以说是Oracle中的很基础,但同时也是很重要的东西,它是一个单向增长的“时钟”,广泛应用于数据库的恢复、事务ACID、一致性读还有分布式事务中。那么除了这些,SCN还有以下一些知识点:


  • SCN的内部存储方式:在Oracle内部,SCN分为两部分存储,分别称之为scn wrap和scn base。实际上SCN长度为48位,即它其实就是一个48位的整数。只不过可能是由于在早些年通常只能处理32位甚至是16位的数据,所以人为地分成了低32位(scn base)和高16位(scn wrap)。为什么不设计成64位,这个或许是觉得48位已经足够长了并且为了节省两个字节的空间:)。那么SCN这个48位长的整数,最大就是2^48(2的48次方, 281万亿,281474976710656),很大的一个数字了。


  • Maximum Reasonable SCN:在当前时间点,SCN最大允许达到(或者说最大可能)的SCN值。也称为Reasonable SCN Limit,简称RSL。这个值是一个限制,避免数据库的SCN无限制地增大,甚至达到了SCN的最大值。这个值大约是这样一个公式计算出来的:(当前时间-1988年1月1日)*24*3600*SCN每秒最大可能增长速率。当前时间减1988年1月1日的结果是天数,24表示1天24小时,3600表示1小时3600秒。不过这个公式里面“当前时间-1988年1月”部分并不是两个时间直接相减,而是按每月31天进行计算的(或许是为了计算简单,因此在Oracle内部可能要频繁地计算,这个计算方法可以在安装了13498243这个补丁后得到的scnhealthcheck.sql文件中看到,《Installing, Executing and Interpreting output from the "scnhealthcheck.sql" script [ID 1393363.1]》这篇MOS文档解释了这个脚本的使用及对结果的解释,实际上直接看脚本代码更为清楚)。那么SCN最秒最大可能增长速率是多少呢,这个跟Oracle版本有一定的关系,在11.2.0.2之前是16384(即16K),在11.2.0.2及之后版本是32768(即32K)。在11.2.0.2的版本中有一个隐含参数,_max_reasonable_scn_rate,其默认值就是32768(不建议调整这个值)。如果按16K的最大值,SCN要增长到最大,要超过500年。


  • SCN Headroom:这个是指Maximum Reasonable SCN与当前数据库SCN的差值。在alert中通常是以“天”为单位,这个只是为了容易让人读而已。天数=(Maximum Reasonable SCN-Current SCN)/16384/3600/24。这个值就的意思就是,如果按SCN的每大增长速率,多少天会到达Maximum Reasonable SCN。但实际上即使如此,也不会到达Maximum Reasonable SCN,因为到那时Maximum Reasonable SCN也增大了(越时间增大),要到达Maximum Reasonable SCN,得必须以SCN最大可能速率的2倍才行。


  • SCN的异常增长:通常来说,每秒最大允许的16K/32K增长速率已经足够了,但是不排除由于BUG,或者人为调整导致SCN异常增长过大。特别是后者,比如数据库通过特殊手段强制打开,手工把SCN递增得很大。同时Oracle的SCN会通过db link进行传播。如果A库通过db link连接到B库,如果A库的SCN高于B库的SCN,那么B库就会递增SCN到跟A库一样,反之如果A库的SCN低于B库的SCN,那么A库的SCN会递增到跟B库的SCN一样。也就是说,涉及到db link进行操作的多个库,它们会将SCN同步到这些库中的最大的SCN。


  • 那么,如果是数据库本身操作而不是通过db link同步使得SCN的增长,其增长速率如何判断呢,这个可以通过系统的统计量“calls to kcmgas”和"DEBUG calls to kcmgas"来得到。kcmgas的意思是get and advance SCN,即获取并递增SCN。


  • 在两个库通过dblink进行分布式事务时,假设B库的SCN值要高于A库的SCN,因此要将B库的SCN增同步到A库,但是如果B库的SCN过高,这样同步到A库之后,使得A库面临Headroom过小的风险,那么A库会拒绝同步SCN,这个时候就会报ORA-19706: Invalid SCN错误。分布式事务,或者说是通过db link的操作就会失败,即使是通过db link的查询操作。这里显然有一个阈值,如果递增SCN使得Headroom过小到什么值时,就会拒绝递增(同步)SCN?目前来看是这样:如果打了2012年1月CPU或PSU补丁,11.2.0.2及以后的版本,是1天即24小时,其他版本是31天即744小时,打了补丁之后可以由隐含参数_external_scn_rejection_threshold_hours来调整。而没有打补丁的情况下,视同此参数设为0,实际最小为1小时。由于Oracle 9.2.0.8没有了最新的补丁集,显示也不会有这个参数,保持默认为1小时。注意这是一个静态参数。所以打了2012年1月CPU或PSU补丁的一个重要变化是增加了_external_scn_rejection_threshold_hours参数,同时使11.2.0.2以下版本的数据库其Headroom的阈值增得较大这带来的影响就是ORA-19706的错误出现的概率更高。解决的办法将_external_scn_rejection_threshold_hours这个隐含参数设置为较小的值,推荐的值是24,即1天。从_external_scn_rejection_threshold_hours这个参数名的字面意思结合它的作用,可以说这个参数就是”拒绝外部SCN“的阈值。对于数据库自身产生的SCN递增是没有影响的。


  • 虽然11.2.0.2及之后的版本,其默认的每秒最大可能SCN增长速率为32K,这使得Maximum Reasonable SCN更大,也就是说其SCN可以增长到更大的值。那也就是可能会使11.2.0.2的库与低版本的数据库之间不能进行dblink连接。或者是11.2.0.2的库不能与16K速率的(比如调整了_max_reasonable_scn_rate参数值)的11.2.0.2的库进行dblink连接。


现在是时候来回答以下几个问题了:


  • 2012年1月后发布的CPU或PSU补丁到底使数据库在SCN处理方面产生了什么样的变化?

增加了_external_scn_rejection_threshold_hours参数,11.2.0.2及以上版本的这个参数默认值是24,其他版本默认值是744。这样使11.2.0.2以下版本的数据库其Headroom的阈值增得较大。


  • 这种变化对数据库有什么危害吗?

在一个具有很多系统的大型企业环境里面,db link使用很多,甚至有一些不容易管控到的数据库也在跟关键系统通过 db link进行连接,在这样的环境中,过高的SCN扩散到关键系统,而系统如果打了这个补丁,其Headroom阈值变大,那么就更容易出现ORA-19706错误,对db link依赖很严重的系统可能会导致业务系统问题,严重情况下甚至会宕库。不过通过设置隐含参数_external_scn_rejection_threshold_hours可解决这样的问题。所以,如果你安装了2012年1月的CPU或PSU补丁,请尽快设置此参数为建议的值24,极端情况下你可以设置为1。。


  • alert中的那些提示或警告信息是BUG引起的吗?

这些提示或警告不是BUG引起的。它只是提醒你注意SCN过高增长,或者是你的Headroom较小(在Headroom小于62天时可能会提醒),引起你的重视。实际上根据MOS文档《System Change Number (SCN), Headroom, Security and Patch Information[ID 1376995.1]》的说法,这个补丁修复了SCN相关的一些BUG。如果非要说BUG,可以勉强认为补丁安装后新增的参数_external_scn_rejection_threshold_hours其默认值过大。Bug13554409 - Fix for bug 13554409 [ID 13554409.8]就是说的这个问题。不过这个问题已经在2012年4月的CPU或PSU补丁中得到修复。


在最后我们来解读一下alert日志中的一些信息:

  • 信息



这里是说,SCN向前(跳跃)递增了68098分钟,其递增后的SCN是0x0ba9.4111a520。注意这里的分钟的计算就是根据SCN每秒最大可能增长速率为16K来的。我们计算一下:
0x0ba94111a520转换成10进制12821569053984。

在alert日志中,这个信息是刚打开数据库的时候,所以 crash recovery完成时的scn可以做为近似的当前SCN,其值为12754630269552:
(12821569053984-12754630269552)/16384/60=68093.65278320313
这里16384值的是SCN每秒最大可能增长速率,可以看到计算结果极为接近。


我们再来计算一下这个SCN的headroom是多少:



可以看到结果为24天,由于这个时候_external_scn_rejection_threshold_hours参数值为24,即1天,所以虽然有这么大的跳跃,但SCN仍然增长成功。


  • 信息



在这个信息中,拒绝了db link引起的SCN增加。计算一下这个SCN的headroom:
0x0ba93caec689转换成10进制是12821495465609
当前时间是2012-05-30 12:02:00,



由于这个时候_external_scn_rejection_threshold_hours参数值为744,即31天,计算出的headroom在这个阈值之内,因此拒绝增加SCN。
(31-24.0710752)*24=166.2941952,正好是166小时。


-update on 2012/6/2--

实际上2012年1月的CPU或PSU补丁之后还会有下面的变化:


1、_minimum_giga_scn这个隐含没有了,可惜了这个手工增加SCN的利器。

2、11.2.0.2及之后的版本,从原来的32K SCN最大速率调整回了16K速率。可以用下面的SQL来得到结果:



上面的SQL的结果只有在11.2.0.2及以上版本才有意义,结果为Y,表示使用的是16K的速率,否则是使用32K速率。

本文涉及的一些参数,和SCN的一些算法,可能会随着版本或补丁的变化而产生较大的变化。

important update: 实际上在Jan 2012的PSU/CPU补丁中存在较大的SCN BUG,目前已经不建议打这个补丁集,而是打到更高的PSU补丁集上。


本期趣味竞答答案:BC

A: 这行数据在PLCH_student_courses表中是student_id为1, 课程为PHYSICS。所以外键允许你插入这个数据。

B: PLCH_student_courses表中有一行student_id为2, 也有一行课程为PHYSICS。但是在不同的行。所以你不能插入这些值。

C: student_id为3和课程为ENGLISH在父表中都不存在。所以这会报 ORA-02291 异常。

D: 外键允许子表中有NULL值。所以你可以插入这行而不报错。

E: PLCH_student_courses没有student_id为3的数据。但是正如文档所言:如果一个复合外键的任意列为空,则该键的非空部分不必和父键的相应部分匹配。因为course_code为空,Oracle就不再校验student_id = 3 是否在父表中存在。所以你可以在子表中保存不匹配父值的数据!

F:正如文档中所言:外键允许所有键值为空,即使不存在匹配的主键或者唯一键。

所有外键列的值为空,所以ORACLE允许你插入这一行。


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