Простая транзакция базы данных Oracle

До сих пор вы знакомились с компонентами системы базы данных Oracle: необходимыми файлами и распределением памяти, а также способами их настройки. Теперь пришло время посмотреть, как Oracle обрабатывает пользовательские запросы и как проводит изменение в данных. Важно понимать механизм обработки транзакций SQL, потому что все взаимодействие с базой данных Oracle происходит либо в форме запросов SQL, которые читают данные, либо операций SQL (или PL/SQL), которые модифицируют, вставляют или удаляют данные.

Транзакция – это логическая единица работы в базе данных Oracle, состоящая из одного или более операторов SQL. Транзакция начинается с первого исполняемого опертартора SQL и завершается, когда вы фиксируетет или отказываете транзакцию. Фиксация (commiting) транзакции закрепляет проведенные вами изменения, а откат (roll back) – конечно же, отменяет их. Как только вы зафиксировали транзакцию, все прочие транзакции других пользователей, которые начались после нее, смогут видеть изменения, проведенные вашими транзакциями.

Когда транзакция вообще не может выполниться (скажем, из-за отключения электропитания), то она вся целиком должна быть отменена. Oracle откатывает все изменения, проведенные предшествующими операторами SQL, возвращая данные в исходное состояние (которое они имели перед началом транзакции). Весь процесс построен так, чтобы поддерживать целостность данных – т.е. концепцию «все или ничего».

Следующий простой пример вставки строки описывает то, как Oracle обрабатывает транзакцию.

Пользователь запрашивает соединение с сервером Oracle через 3-уровневый или n-уровневый клиент, используя Oracle Net Services.
После проверки запроса сервер запускает новый выделенный серверный процесс для этого пользователя.
Пользователь выполняет оператор для вставки новой строки в таблицу.
Oracle проверят привилегии пользователя, чтобы удостовериться, что он имеет необходимые права для выполнения вставки. Если информация о привилегиях пользователя еще отсутствует в библиотечном кэше, она будет прочитана с диска в этот кэш.
Если пользователь имеет необходимые привилегии, Oracle проверяет, не выполнялся ли подобный данному оператор SQL недавно, и не находится ли он в разделяемом пуле. Если да, Oracle выполняет эту версию оператор SQL, а в противном случае разбирает и выполняет новый пользовательский оператор SQL. Затем Oracle создает частную область SQL в PGA пользовательского сеанса.
Сначала Oracle проверяет, нет ли нужных данных в буферном кэше данных. Если нет, серверный процесс читает необходимую таблицу из файлов данных на диске.
Oracle немедленно применяет блокировки уровня строки где это необходимо, предотвращая попытки других процессов изменить те же данные параллельно.
Сервер пишет векторы изменений в буфер журнала повторного выполнения.
Сервер модифицирует табличные данные (вставляет новую строку) в буферный кэш данных.
Пользователь фиксирует транзакцию, закрепляя вставку. Oracle снимает блокировки строки после окончания фиксации.
Процесс-писатель журнала немедленно записывает измененные данные из буферов журналов повторного выполнения в онлайновый файл журнала.
Серверный процесс посылает сообщение клиентскому процессу, сигнализируя об успешном завершении операции INSERT. В данном случае сообщение будет содержать «COMMIT COMPLETE». (Если он не сможет завершить запрос успешно, то пошел сообщение, указывающее на сбой операции).
Изменения, проведенные в таблице посредством вставки, могут быть не сразу записаны на диск. Процесс-писатель базы данных производит запись пакетами, так что может пройти некоторое время, прежде чем вставленная информация действительно попадет в файл данных на диске.

Фиксация и откат

Вы должны четно понимать два фундаментальных термина, касающихся транзакций: фиксаций (commiting) и откат (rolling back) транзакций. Ниже кратко объясняются оба термина.

Фиксация транзакции

Когда вы фиксируете транзакцию, скажем, посредством оператора COMMIT, Oracle делает все имзееения, выполненные всеми операторами SQL, в рамках этой транзакции, постоянной частью базы данных. Прежде, чем Oracle зафиксирует результаты транзакции, он делает следующее.

Генерирует информацию отмены (undo), которая состоит из значений данных, подлежащих модификации, до изменений. Эти данные сохранятся в сегменте undo, расположенном в табличном пространстве undo.
Он также генерирует данные повторного выполнения (redo), содержащие изменения в блоках данных и в блоках отката, в буфер журнала повторного выполнения. База данных может писать на диск содержимое буферов журнала повторного выполнения перед фиксацией транзакций.
Проводит изменения в буферах базы данных, находящихся в SGA. База данных может писать модифицированные буферы на диск перед фиксацией транзакции.

База данных может писать изменения транзакции, которые были выполнены первыми, из буферов базы данных в SGA в файлы данных немедленно или же спустя какое-то время после фиксации транзакции, либо даже перед ее фиксацией. Когда баз данных фиксирует транзакцию, она выполняет следующее.

База данных назначает и записывает SCN для фиксируемой транзакции.
Писатель журналов пишет элементы журнала повторного выполнения в файл журнала повторного выполнеяия на диске из буфера журнала повторного выполнения в SGA: он также записывает SCN транзакции в файл журнала повторного выполнения, помечая тем официальную фиксацию транзакции.
База данных освобождает все блокировки таблиц и строк.
База данных помечает транзакцию как завершенную.

Откат транзакции

Отменить изменения, выполненные транзакцией, которые еще не были зафиксированы можно с помощью команды ROLLBACK. В то время как журнал повторного выполнения содержит все изменения, проведенные в транзакции, сегмент отмены (undo) содержит все старые значения, которые существовали до момента проведения изменений. Вы можете либо откатить изменения, проведенные всей транзакцией, либо просто вернуться к маркеру, который поместили ранее внутри транзакции, называемому точкой сохранения (savepoint). Существует несколько типов отката, среди которых перечислены ниже:

Откат , запрошенный пользователем.
Откат, произошедший из-за ненормального прерывания работы процесса или экземпляра.
Откат незафиксированных транзакций во время восстановления.
Откат уровня оператора, произошедший из-за ошибки выполнения этого оператора.

Независимо от причины отката, процедура всегда одна и та же.

База данных использует данные в виде, который они имели до изменения в табличном пространстве undo, чтобы отменить все изменения, проведенные во время транзакции.
База данных освобождает все блокировки транзакции и таблицы.
База данных завершает транзакцию

Целостность данных и параллелизм данных

База данных была бы не слишком полезной, если бы множество пользователей не могли обращаться к данным и модифицировать их одновременно. Под параллелизмом данных (a 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 consistence) - 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 этой главе.

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 операции SELECT на таблицах. Модель разделяемой блокировки позволяет нескольким пользователям одновременно читать один и те же строки таблицы. Модель исключительной блокировки, поскольку включает обновление таблицы, может использоваться только одним пользователем в любой заданный момент времени. Исключительные блокировки почти всегда применяются к определенным строкам, подлежащим обновлению, позволяя одновременно использовать базы 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, как вы видели ранее, отвечает за запись в файлы данных всех модифицированных буферов из буферного кэша базы данных. Кроме того, он следует за наличием свободного пространства в 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 фалах 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 в файлы данных. Механизм быстрой фиксации, наряду с журналом опережающей записи, гарантирует, что базада нных 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.

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 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 сначала 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 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 SHUTDONW 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 ля 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. 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 изменения 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. 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 отмен, а старые – деативизироваться в зависимости от количества транзакций, проводимых в базе данных.

Поскольку Oracle самостоятельно управляет размерами индивидуальных сегментов отмены, два решения, которые вы должны принять, касаются размера табличного пространства undo и установки инициализационного параметра UNDO_RETINTION (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 так же быть достаточно большим, чтобы позволить работать всем средства ретроспективы (flashback), которые вы можете реализовать в вашей базе данных; средства ретроспективы Oracle позволяют отменять изменение данных на различных уровнях. Некоторые из них, такие как Flashback Query, Flashback Versions Query и Flashback Table используют данные отмены.

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.