Oracle SCN headroom、ORA-19706和_external_scn_rejection_threshold_hours参数说明
一．SCN 相关知识
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。SCN还有以下一些知识点：
1）.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（scnbase）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。
2） 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.
该计算公式可以在MOS文档：
Installing,Executing and Interpreting output from the “scnhealthcheck.sql” script [ID1393363.1]
中的提到的Patch：13498243中提供的脚本看到。
那么SCN每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。
[oracle@dave ~]$ ora _param _max_reasonable_scn_rate
NAME VALUE
--------------------------------------------------------------------------------
_max_reasonable_scn_rate 32768
[oracle@dave ~]$ ora si
SQL*Plus: Release11.2.0.3.0 Production on Sat Oct 20 19:39:48 2012
Copyright (c) 1982, 2011, Oracle. All rights reserved.
Connected to:
Oracle Database 11g Enterprise EditionRelease 11.2.0.3.0 - 64bit Production
With the Partitioning, OLAP, Data Miningand Real Application Testing options
SQL> selectdecode(bitand(DI2FLAG,65536),65536,'Y','N') using16 from x$kccdi2;
US
--
N
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。
这个是我在11.2.0.3 版本里的一个测试，不过据老熊blog的说明，在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。不清楚老熊是在什么环境下测试的。我这的单机环境还是32k。
3） SCN Headroom： 这个是指MaximumReasonable 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MaximumReasonable 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。
4） 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。
5） 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(AWR)“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。
6) 在两个库通过db link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dblink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Oracle9.2.0.8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。
7) 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db link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db link连接。
二．SCN Headroom 引发的问题
在安装了2012年1月发布的CPU或PSU补丁之后，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。
因此可能会出现如下现象：
1. 应用出现ORA-19706: invalid SCN错误。
2. 在alert日志中出现类似于：
Wed May 30 15:09:57 2012
Advanced SCN by 68093 minutes worth to 0×0ba9.4111a520, by distributedtransaction remote logon, remote DB:xxxx.
Client info : DB logon user xxxx, machine xxxx, program oracle@xxxx (J001), andOS user oracle
这样的警告。
3. 在alert日志中出现类似于：
Wed May 30 12:02:00 2012
Rejected the attempt to advance SCN over limit by 166 hours worth to0×0ba9.3caec689, by distributed transaction remote logon, remote DB: xxxx.
Client info : DB logon user xxxx, machine xxxx, program oracle@xxxx (J000), andOS user oracle
这样的错误信息。
4. 在alert日志中出现类似于：
Sat Mar 17 05:57:45 2012
ALTER DATABASE OPEN
************************************************************
Warning: The SCN headroom for this database is only 38 days!
************************************************************
这样的信息。
5. 在MOS文档《ORA-19706 and Related Alert LogMessages [ID 1393360.1]》中还提到其他会出现在alert中的一些警告信息：
Warning - High Database SCN: Current SCN value is 0×0b7b.0008e40b, thresholdSCN value is 0×0b75.055dc000, If you have not previously reported this warningon this database, please notify Oracle Support so that additional diagnosis canbe performed.
WARNING: This patch can not take full effect until this RAC database has beencompletely shutdown and restarted again.Oracle recommends that it is done atthe earliest convenience.
6. 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： Wed May 30 14:44:02 2012
Errors in file /oracle/admin/miboss/bdump/xxxx_reco_225864.trc:
ORA-19706: invalid SCN
Wed May 30 14:44:02 2012
Errors in file /oracle/admin/miboss/bdump/xxxx_reco_225864.trc:
ORA-00600: internal error code, arguments: [18348], [0x000000000], [485331304561], [], [], [], [], []
.........
RECO: terminating instance due to error 476
Intance terminated by RECO, pid s= 225864
三．2012年1月发布的CPU或PSU 带来的影响
1.2012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？
答案是：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。
2.这种变化对数据库有什么危害吗？
答案是：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。
3. alert中的那些提示或警告信息是BUG引起的吗？
答案是：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。Bug 13554409 - 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。
4.解读一下alert日志中的一些信息
4.1 信息：
Wed May 30 15:09:53 2012
Completed crash recovery at
Thread 1: logseq 3059, block 19516, scn 12754630269552
2120 data blocks read, 2120 data blocks written, 19513 redo blocks read
…..
Wed May 30 15:09:57 2012
Advanced SCN by 68093 minutes worth to 0×0ba9.4111a520, by distributed transactionremote logon, remote DB:xxxx.
Client info : DB logon user xxxx, machine xxxx, program oracle@xxxx (J001), andOS user oracle
这里是说，SCN向前（跳跃）递增了68098分钟，其递增后的SCN是0×0ba9.4111a520。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：
0×0ba94111a520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:
SQL> select
2 ((((
3 ((to_number(to_char(cur_date,'YYYY'))-1988)*12*31*24*60*60) +
4 ((to_number(to_char(cur_date,'MM'))-1)*31*24*60*60) +
5 (((to_number(to_char(cur_date,'DD'))-1))*24*60*60) +
6 (to_number(to_char(cur_date,'HH24'))*60*60) +
7 (to_number(to_char(cur_date,'MI'))*60) +
8 (to_number(to_char(cur_date,'SS')))
9 ) * (16*1024)) - 12821569053984)
10 / (16*1024*60*60*24)
11 ) headroom
12 from (select to_date('2012-05-30 15:09:57','yyyy-mm-dd hh24:mi:ss') cur_date from dual);
HEADROOM
----------
24.1496113
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。
4.2 信息：
Wed May 30 12:02:00 2012
Rejected the attempt to advance SCN over limit by 166 hours worth to0×0ba9.3caec689, by distributed transaction remote logon, remote DB: xxxx.
Client info : DB logon user xxxx, machine xxxx, program oracle@xxxx (J000), andOS user oracle
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：
0×0ba93caec689转换成10进制是12821495465609
当前时间是2012-05-30 12:02:00，
SQL> select
2 ((((
3 ((to_number(to_char(cur_date,'YYYY'))-1988)*12*31*24*60*60) +
4 ((to_number(to_char(cur_date,'MM'))-1)*31*24*60*60) +
5 (((to_number(to_char(cur_date,'DD'))-1))*24*60*60) +
6 (to_number(to_char(cur_date,'HH24'))*60*60) +
7 (to_number(to_char(cur_date,'MI'))*60) +
8 (to_number(to_char(cur_date,'SS')))
9 ) * (16*1024)) - 12821495465609)
10 / (16*1024*60*60*24)
11 ) headroom
12 from (select to_date('2012-05-30 12:02:00','yyyy-mm-dd hh24:mi:ss') cur_date from dual);
HEADROOM
----------
24.0710752
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。
四．为什么是1988年
在MOS的文档里提供了一个检查SCN 的脚本。
Installing,Executing and Interpreting output from the “scnhealthcheck.sql” script [ID1393363.1]
select
version,
to_char(SYSDATE,'YYYY/MM/DD HH24:MI:SS') DATE_TIME,
((((
((to_number(to_char(sysdate,'YYYY'))-1988)*12*31*24*60*60) +
((to_number(to_char(sysdate,'MM'))-1)*31*24*60*60) +
(((to_number(to_char(sysdate,'DD'))-1))*24*60*60) +
(to_number(to_char(sysdate,'HH24'))*60*60) +
(to_number(to_char(sysdate,'MI'))*60) +
(to_number(to_char(sysdate,'SS')))
)* (16*1024)) - dbms_flashback.get_system_change_number)
/(16*1024*60*60*24)
)indicator
from v$instance
这里为什么是1988. Maclean 的blog 上有一段说明，直接引用过来：
在1988年发布了Oracle V6，首次实现了行级锁定，首次实现了数据库热备份，Oracle公司从Belmont移到加利福尼亚的redwood shores，并引入了PL/SQL。
能否在1988年之前运行Oracle V6以后的程序？ Maclean 的测试如下，将Oracle 10.2.0.5 数据的OS时间改到1988年之前，测试结果如下：
[root@vrh8 ~]# date -s "1985-07-2500:00:00"
Thu Jul 25 00:00:00 EDT 1985
SQL> startup;
ORA-01513: invalid current time returned byoperating system
[oracle@vrh8 ~]$ strace -ostartup.log -p 9935
Process 9935 attached - interrupt to quit
SQL> startup;
ORA-01513: invalid current time returned byoperating system
[oracle@vrh8 ~]$ oerr ora 01513
01513, 00000, "invalid current timereturned by operating system"
// *Cause: Theoperating system returned a time that was not between
// 1988 and 2121.
// *Action: Correct the time kept by theoperating system.
这里可以看到Oracle数据库可运行的时间区间其实是 1988-2121年，但是前面的说明也提高，SCN headroom 可以使用500年。这个作用就不那么明显了。
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Oracle SCN深入研究
Oracle SCN深入研究
一. SCN 说明
这里在稍微小总结一下。
我们可以使用如下SQL 查看Oracle 的SCN:
SQL> select CURRENT_SCN from v$database; CURRENT_SCN ----------- 3713849
上述结果返回的是一串数字。
但实际上，Oracle 在内部并不是用数字来存储SCN的。
在Oracle内部，SCN分为两部分存储，分别称之为scn wrap和scn base。实际上SCN长度为48位，即它其实就是一个48位的整数。只不过可能是由于在早些年通常只能处理32位甚至是16位的数据，所以人为地分成了低32位（scnbase）和高16位（scn wrap）。
为什么不设计成64位，这个或许是觉得48位已经足够长了并且为了节省两个字节的空间：）。那么SCN这个48位长的整数，最大就是2^48（2的48次方, 281万亿，281474976710656），很大的一个数字了。
这里有一个重要的公式：
SCN= (SCN_WRP * 4294967296) + SCN_BAS
根据上面的公式，可以计算出SCN的数据值。
在很多与我们事务相关的记录中都是记录SCN WRAP 和 SCN BASE.
SQL> select START_SCNB,START_SCNW from v$transaction; SQL> desc smon_scn_time Name Null? Type ------------------------------------------------- ---------------------------- THREAD NUMBER TIME_MP NUMBER TIME_DP DATE SCN_WRP NUMBER SCN_BAS NUMBER NUM_MAPPINGS NUMBER TIM_SCN_MAP RAW(1200) SCN NUMBER ORIG_THREAD NUMBER
包括在我们Data block 的内部，也是使用SCN WRP 和 SCN BASE的。
二.测试案例
我们这里用Data File 1 上的DataBlock 92967为例。
BBED> show
FILE# 1
BLOCK# 92967
OFFSET 0
DBA 0x00416b27 (4287271 1,92967)
FILENAME /u01/app/oracle/oradata/dave/system.256.816661027
BIFILE bifile.bbd
LISTFILE /u01/filelist.txt
BLOCKSIZE 8192
MODE Edit
EDIT Unrecoverable
IBASE Dec
OBASE Dec
WIDTH 80
COUNT 8192
LOGFILE log.bbd
SPOOL No
BBED> p kcbh
struct kcbh, 20 bytes @0
ub1 type_kcbh @0 0x06
ub1 frmt_kcbh @1 0xa2
ub1 spare1_kcbh @2 0x00
ub1 spare2_kcbh @3 0x00
ub4 rdba_kcbh @4 0x00416b27
ub4 bas_kcbh @8 0x003566cc
ub2 wrp_kcbh @12 0x0000
ub1 seq_kcbh @14 0x01
ub1 flg_kcbh @15 0x04 (KCBHFCKV)
ub2 chkval_kcbh @16 0xc36e
ub2 spare3_kcbh @18 0x0000
Block Dump 的结果：
Start dump data blocks tsn: 0 file#:1minblk 92967 maxblk 92967 Block dump from cache: Dump of buffer cache at level 4 for tsn=0rdba=4287271 Block dump from disk: buffer tsn: 0 rdba: 0x00416b27 (1/92967) scn: 0x0000.003566cc seq: 0x01 flg: 0x04 tail: 0x66cc0601 frmt: 0x02 chkval: 0xc36e type: 0x06=transdata Hex dump of block: st=0, typ_found=1 Dump of memory from 0x00007FBE18328A00 to0x00007FBE1832AA00 7FBE18328A00 0000A206 00416B27 003566CC04010000 [....'kA..f5.....] 7FBE18328A10 0000C36E 00000001 00012965003566B8 [n.......e)...f5.] ...... 7FBE1832A9F0 0144494C 014E014E 02C1024E66CC0601 [LID.N.N.N......f]
这里的SCN 是：0x0000.003566cc
初看这里估计很晕，在联系一下我们上面BBED的结果，就应该明白了。
ub4 bas_kcbh @8 0x003566cc
ub2 wrp_kcbh @12 0x0000
这里的SCN 格式是： SCNWRAP.SCN BASE.
我们用第一节讲的公式计算一下SCN：
SQL> select to_number('3566cc','xxxxxxx') from dual;
TO_NUMBER('3566CC','XXXXXXX')
-----------------------------
3499724
--系统当前的SCN 是：
SQL> select CURRENT_SCN from v$database; CURRENT_SCN ----------- 3715593
我们的block修改时的SCN 是：
SCN= (0 * 4294967296) + 3499724 = 3499724
即，我们的block：92967 在修改时，对应的SCN 是3499724。