如何进行ITL与事务处理

如何进行ITL与事务处理，针对这个问题，这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答，希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。

一、ITL与事务的关系

ITL（interested transaction list）事务槽是Oracle数据块内部的一个组成部分，位于数据块头（block header）。ITL由xid、uba、flag、lck和SCN/fsc组成，用来记录在该数据块上所有发生的事务。一个ITL槽位可以看作是一条事务记录，它是Oracle中事务处理的关键组件，如果事务已经提交，则该ITL槽位就可以被反复使用，如果一直不提交，则该ITL槽位一直被占用，里面记录着事务信息、回滚段入口、事务类型等。事务提交后，ITL槽位中仍保存着该事务提交时的SCN号。

ITL最小值为1，由参数initrans控制（由于兼容性的原因，Oracle会在对象的存储块上分配两个ITL，因此inittrans的最小值实际上为2），这也是在建表时如果不指定initrans参数时的默认取值，最大值为255，由参数maxtrans控制，最大值参数在Oracle 10g以后不能被修改。一个ITL占用块46B的空间，当块中还有一定的free space时，Oracle可以使用free space构建ITL供事务使用，如果没有了free space，则块因为不能分配新的ITL就可能发生ITL等待。

当用户发出一条SQL语句时，Oracle会记录下这个时刻的SCN，然后在buffer cache中查找需要的block，或者从磁盘上读取，当别的会话修改了数据，或者正在修改数据，就会在相应的block上记录ITL，此时Oracle发现ITL中记录的SCN大于select时刻的SCN，那么Oracle就会根据ITL中记录的uba找到undo信息，获得该block的前镜像，然后在buffer cache中构造CR（consistent read ）块，此时Oracle也会检查构造出来的block中ITL记录的SCN，如果SCN仍然大于select时刻的SCN，那么将继续重复构造前镜像，直到前镜像block中ITL记录的SCN小于select时刻的SCN，同时检查该事务是否提交或回滚，如果没有，还要继续构造前镜像，直到找到需要的block。如果在构造前镜像过程中所需的undo信息被覆盖了，就会报快照过旧的错误。于是Oracle实现了多版本控制，这就是Oracle多版本的本质，这也就是为什么发出一条select语句时总是会看到consistent gets了。

二、ITL等待

发生ITL等待的场景有以下两种情况：

1、超过了maxtrans配置的最大ITL数；

2、initrans配置不足，且没有足够的free space开扩展ITL。

解决办法：

maxtrans不足：高并发引起，同一数据块上的事务量已经超出了允许的ITL数量。因此需要减少事务的并发量，对于长事务，在保证数据完整性的前提下，增加commit的频率，将长事务变为短事务，以减少资源占用。

initrans不足：数据块上的ITL数量并没有达到maxtrans的限制，发生这种情况的表通常是被较多的update，造成预留空间pctfree（默认10%）被填满。此时可增加表的initrans或pctfree来解决，如果该表上事务的并发量高，可优先增加initrans，增大ITL槽位的初始分配量，反之，则优先增加pctfree，提升ITL槽位的扩展能力。

注意：如果是通过alter table方式修改了表的这两个参数，那么只会影响新的数据块，而不会改变已有数据的数据块。

三、实验验证ITL与事务的关系

连接到scott用户

sqlplus scott/tiger

创建测试表，pctfree设为0

create table t1(a number, b varchar2(30)) pctfree 0;

begin

    for i in 1 .. 1000 loop

        insert into t1 values (i, 'data');

    end loop;

    commit;

end;

/

查看段的区间分配信息

col segment_name for a20

col tablespace_name for a20

select segment_name, segment_type, tablespace_name, extent_id, file_id, block_id, blocks, bytes from dba_extents where owner = 'SCOTT' and segment_name = 'T1';

SEGMENT_NAME         SEGMENT_TYPE       TABLESPACE_NAME       EXTENT_ID    FILE_ID   BLOCK_ID     BLOCKS      BYTES

-------------------- ------------------ -------------------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------

T1                   TABLE              USERS                         0          4        168          8      65536

查看块分配信息

select distinct dbms_rowid.rowid_block_number(rowid) from scott.t1;

DBMS_ROWID.ROWID_BLOCK_NUMBER(ROWID)

------------------------------------

                                 171

                                 174

由此可知，t1表的数据占用了两个数据块，块编号分别为171和174，t1段的第一个区间的起始编号为168，该区间由8个数据块组成。

下面在同一个数据块171上同时执行多个事务，看看到底会发生什么。

session1：

update scott.t1 set b = 'Oracle data' where a <= 10;

已更新10行。

session2：

update scott.t1 set b = 'Oracle data' where a > 10 and a <= 20;

已更新10行。

session3：

先确定当前会话的sid

select sid from v$mystat where rownum = 1;

       SID

----------

       136

update scott.t1 set b = 'Oracle data' where a > 20 and a <= 30;

操作被hang住，事务处于等待状态。

查看会话的等待事件

col event for a30

select sid, event, seconds_in_wait, state from v$session_wait where sid = 136;

       SID EVENT                          SECONDS_IN_WAIT STATE

---------- ------------------------------ --------------- -------------------

       136 enq: TX - allocate ITL entry               242 WAITING

此时出现了分配ITL条目的等待。因为默认的初始ITL槽位分配为2，而pctfree为0，两个事务不提交，block中就没有足够空间分配ITL了，因此出现了会话被hang住一直在等待ITL的分配。前面的会话提交或回滚后，后面的会话才得以执行。

四、ITL进一步研究

当一个事务完成时，Oracle需要执行块清理（block cleanout），清理掉这些在数据块上的事务数据，清除ITL中的标志位、行中row header中的标志位等。块清理分为两种：fast commit block cleanout和deferred block cleanout。

快速提交块清理（fast commit block cleanout）：这是Oracle的默认行为。

延迟块清理（deferred block cleanout）：事务提交时，Oracle仅简单的更新相关回滚段的头部信息，而把数据块的清理操作留给后来需要读写这个数据块的操作者（之后的事务）。

设想一个update大量数据的操作，因为执行时间较长，一部分已修改的块已被缓冲池flush out写至磁盘，当update操作完成执行commit操作时，为进行块清理，需要将那些已经写至磁盘的数据块重新读入，这将消耗大量I/O，并使commit操作十分缓慢。为解决这个问题，Oracle使用了延迟块清理的方案，对待存在以下情况的块，commit操作不做块清理：

1、在更新过程中，被缓冲池flush out写至磁盘的块；

2、当更新操作涉及的块超过了块缓冲区缓存的10%时，超出部分的块。

虽然commit放弃对这些块的清理，但仍会修改回滚段的段头，回滚段的段头包括了段中的事务信息，commit操作将本事务转化为非active状态。

当下一次操作如select、update、insert或delete访问到这些块时再来完成对块的清理，这称之为延迟块清理。块延迟清除通过事务槽上的回滚段号、槽号等信息访问回滚段头的事务信息，若事务不再活跃或事务过期则完成块清理。块延迟清除的影响在select操作过程中体现的最为明显，这也是select语句产生redo信息的主要原因。

继续前面的案例，先执行一个更新启动一个新的事务，然后查询出此更新涉及的数据块，然后dump该数据块的内容，进一步验证ITL的信息。

执行更新

update scott.t1 set b = 'Oracle data' where a = 100;

确定更新所在的文件号和块号

select dbms_rowid.rowid_relative_fno(rowid) from scott.t1 where a = 100;

DBMS_ROWID.ROWID_RELATIVE_FNO(ROWID)

------------------------------------

                                   4

select dbms_rowid.rowid_block_number(rowid) from scott.t1 where a = 100;

DBMS_ROWID.ROWID_BLOCK_NUMBER(ROWID)

------------------------------------

                                 171

开启会话跟踪

alter session set sql_trace=true;

oradebug setmypid

oradebug tracefile_name

c:\oracle\diag\rdbms\mes\mes\trace\mes_ora_3852.trc

dump数据块

alter system dump datafile 4 block 171;

查看跟踪文件c:\oracle\diag\rdbms\mes\mes\trace\mes_ora_3852.trc，可以看到关于ITL的信息：

Block header dump:  0x010000ab

 Object id on Block? Y

 seg/obj: 0x12458  csc: 0x00.1eb08d  itc: 2  flg: E  typ: 1 - DATA

     brn: 0  bdba: 0x10000a8 ver: 0x01 opc: 0

     inc: 0  exflg: 0

 Itl           Xid                  Uba         Flag  Lck        Scn/Fsc

0x01   0x0007.015.0000040c  0x00c00618.017a.07  C-U-    0  scn 0x0000.001ea944

0x02   0x0006.00e.000004ee  0x00c011d1.014e.1e  ----    1  fsc 0x0002.00000000

flag：事务状态标志，占用块中的一个字节，对应于v$transaction视图中的status字段，意义如下：

----：transaction is active or committed pending cleanout

c---：transaction has been committed and locks cleaned out

--u-：transaction committed（maybe long ago），SCN is an upper bound

-b--：this undo record contains the undo for this ITL entry

---t：transaction was still active at block cleanout SCN

SCN/fsc：该ITL对应的事务提交时的SCN，那么这里所有槽位上最大的一个SCN号就表示这个block最后被更新时的SCN。每一个事务对应一个ITL记录，如果该事务没有涉及延迟块清理，那么显示的是fsc，如果是延迟块清理，那么显示的就是SCN。

lck：事务锁影响的记录数。

对照视图v$transaction，获取此处update操作对应的事务信息

select xidusn, xidslot, xidsqn, ubafil, ubablk, ubasqn, ubarec from v$transaction;

    XIDUSN    XIDSLOT     XIDSQN     UBAFIL     UBABLK     UBASQN     UBAREC

---------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------

         6         14       1262          3       4561        334         30

xid：其构成是xidusn.xidslot.xidsqn，三部分信息分别表示

xidusn：undo segment number 回滚段号

xidslot：slot number 事务槽号

xidsqn：sequence number 序列号

uba：其构成是dba.ubasqn.ubarec，而dba包含了ubafil和ubablk的信息，分解如下

select dbms_utility.data_block_address_file(to_number('00c011d1', 'xxxxxxxx')) ubafil, dbms_utility.data_block_address_block(to_number('00c011d1', 'xxxxxxxx')) ubablk from dual;

    UBAFIL     UBABLK

---------- ----------

         3       4561

ubafil：undo block address（uba） filenum 回滚块地址 - 文件号

ubablk：undo block number 回滚块地址 - 块号

ubasqn：uba sequence number 回滚块地址 - 序列号

ubarec：uba record number 回滚块地址 - 记录号

于是根据uba信息，可以从回滚段的数据块中找到该项事务的回滚信息，为此可以dump回滚段的数据块

alter system dump datafile 3 block 4561;

查看跟踪文件信息，找到该事务对应的回滚信息

UNDO BLK: 

xid: 0x0006.00e.000004ee  seq: 0x14e cnt: 0x1e  irb: 0x1e  icl: 0x0   flg: 0x0000

这里的seq即序列号ubasqn，cnt即记录号ubarec。由rec #0x1e可以进一步在trace文件中找到update前的回滚信息

* Rec #0x1e  slt: 0x0e  objn: 74840(0x00012458)  objd: 74840  tblspc: 4(0x00000004)

*       Layer:  11 (Row)   opc: 1   rci 0x1d  

Undo type:  Regular undo   Last buffer split:  No

Temp Object:  No

Tablespace Undo:  No

rdba: 0x00000000

*-----------------------------

KDO undo record:

KTB Redo

op: 0x02  ver: 0x01 

compat bit: 4 (post-11) padding: 0

op: C  uba: 0x00c011d1.014e.1c

KDO Op code: ORP row dependencies Disabled

  xtype: XA flags: 0x00000000  bdba: 0x010000ab  hdba: 0x010000aa

itli: 2  ispac: 0  maxfr: 4858

tabn: 0 slot: 99(0x63) size/delt: 11

fb: --H-FL-- lb: 0x2  cc: 2

null: --

col  0: [ 2]  c2 02

col  1: [ 4]  64 61 74 61

fb：行标记，H表示head of row，F和L分别表示行的first piece和last piece，说明此行涉及导出的数据块，不存在行链接，又由于块中存在行头，说明也存在行迁移。

lb：ITL事务槽编号

cc：列的数量

回滚前的编码是64 61 74 61，转换为原始字符信息

select chr(to_number(64, 'xx')) || chr(to_number(61, 'xx')) || chr(to_number(74, 'xx')) || chr(to_number(61, 'xx')) undo_data from dual;

UNDO_DAT

--------

data

以上测试可见，Oracle是通过数据块中的ITL信息来找到事务对应的回滚信息，同时实现了事务的读一致性。如果事务已完成，ITL就可以被重用。

五、ITL与CR块

Oracle的锁管理是一种轻量级的锁定机制，不是通过构建锁列表来进行数据锁定管理的，而是直接将锁作为数据块的属性存储在数据块头部，通过ITL实现。一个事务要修改块中的数据，必须获得改块中的一个ITL（通过initrans预先分配的或者是通过pctfree space后来构建的），通过ITL和undo segment header中的transaction table，可以知道事务处于活动阶段还是已经完成。事务在修改块时会检查row header中的标志位，如果该标志位为0（该行没有被活动的事务锁住，这是可能要进行延迟块清除等工作），就把该标志位修改为事务在该块获得的ITL序号，这样当前事务就获得了对记录的锁定，然后就可以修改行数据了。与此同时，在该事务处理过程中，如果有会话查询该数据块中的数据，Oracle就会读取回滚段中的内容来构造保障数据读一致性的CR（consistent read）块。

在多用户并发环境下，一个数据块可以有多个CR版本，Oracle会在下列情况下构造数据块的CR版本：

1、如果一个数据块上有锁，而有会话需要读取这个数据块中的内容，Oracle就会构造该数据块的CR版本；

2、是否需要构造CR块，与SCN密切相关。如果一个查询游标对应的SCN小于数据块当前的SCN，此时Oracle需要构造对应查询游标SCN的CR块。

以下看一下数据块及其不同版本的例子，操作分别在几个不同会话中进行。

session1：

查出表中数据所在的文件号和块号

select distinct dbms_rowid.rowid_relative_fno(rowid) file#, dbms_rowid.rowid_block_number(rowid) block# from scott.emp;

     FILE#     BLOCK#

---------- ----------

   4             151

由文件号和块号查询缓存中的数据块，此时还没有该数据块信息

select file#, block#, status, dirty, objd, ts# from v$bh where file# = 4 and block# = 151;

未选定行

对数据做查询操作

select * from scott.emp;

缓存中产生了数据块的xcur版本

select file#, block#, status, dirty, objd, ts# from v$bh where file# = 4 and block# = 151;

     FILE#     BLOCK# STATUS     D       OBJD        TS#

---------- ---------- ---------- - ---------- ----------

         4        151 xcur       N      73196          4

刷新缓存

alter system flush buffer_cache;

缓存中的数据块没有消失，但状态变为了free版本

select file#, block#, status, dirty, objd, ts# from v$bh where file# = 4 and block# = 151;

     FILE#     BLOCK# STATUS     D       OBJD        TS#

---------- ---------- ---------- - ---------- ----------

         4        151 free       N      73196          4

对数据再次做查询操作

select * from scott.emp;

查询缓存块，此时多了一个xcur版本

select file#, block#, status, dirty, objd, ts# from v$bh where file#=4 and block#=151;

     FILE#     BLOCK# STATUS     D       OBJD        TS#

---------- ---------- ---------- - ---------- ----------

         4        151 free       N      73196          4

         4        151 xcur       N      73196          4

session2：

对数据块进行更新操作，但不提交

update scott.emp set sal = 1000 where empno =7369;

session1：

查询缓存块，dirty列标志为Y，表示为脏数据

select file#, block#, status, dirty, objd, ts# from v$bh where file#=4 and block#=151;

     FILE#     BLOCK# STATUS     D       OBJD        TS#

---------- ---------- ---------- - ---------- ----------

         4        151 free       N      73196          4

         4        151 xcur       Y      73196          4

再次对数据做查询操作

select * from scott.emp;

查询缓存块，又多了一个cr版本，因为之前session2的更新没有提交，所以session1查询时，通过读取回滚段在buffer cache中构建了CR块。

select file#, block#, status, dirty, objd, ts# from v$bh where file#=4 and block#=151;

     FILE#     BLOCK# STATUS     D       OBJD        TS#

---------- ---------- ---------- - ---------- ----------

         4        151 free       N      73196          4

         4        151 xcur       Y      73196          4

         4        151 cr         N      73196          4

session2：

提交更新

commit;

session1：

再次对数据做查询操作

select * from scott.emp;

查询缓存块，状态信息不变，因为是否提交并不影响数据块内容

select file#, block#, status, dirty, objd, ts# from v$bh where file#=4 and block#=151;

     FILE#     BLOCK# STATUS     D       OBJD        TS#

---------- ---------- ---------- - ---------- ----------

         4        151 free       N      73196          4

         4        151 xcur       Y      73196          4

         4        151 cr         N      73196          4

session2：

再次更新数据，但不提交

update scott.emp set sal = 800 where empno =7369;

session1：

对数据做查询操作

select * from scott.emp;

查询缓存块，可以看到又新构建了一个CR版本

select file#, block#, status, dirty, objd, ts# from v$bh where file#=4 and block#=151;

     FILE#     BLOCK# STATUS     D       OBJD        TS#

---------- ---------- ---------- - ---------- ----------

         4        151 free       N      73196          4

         4        151 xcur       Y      73196          4

         4        151 cr         N      73196          4

         4        151 cr         N      73196          4

session2：

提交更新

commit;

session1：

对数据做查询操作

select * from scott.emp;

查询缓存块，状态不改变

select file#, block#, status, dirty, objd, ts# from v$bh where file#=4 and block#=151;

     FILE#     BLOCK# STATUS     D       OBJD        TS#

---------- ---------- ---------- - ---------- ----------

         4        151 free       N      73196          4

         4        151 xcur       Y      73196          4

         4        151 cr         N      73196          4

         4        151 cr         N      73196          4

数据块在缓存中的状态及其物理意义如下：

free：not currently in use

xcur：exclusive

scur：shared current

cr：consistent read

read：begin read from disk

mrec：in media recovery mode

irec：in instance recovery mode

关于如何进行ITL与事务处理问题的解答就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，如果你还有很多疑惑没有解开，可以关注亿速云行业资讯频道了解更多相关知识。