UNDO_RETENTION作用
在Oracle的Undo机制中，参数Undo_Retention扮演了“混淆者”的角色。论坛里面也有很多朋友对这个参数含义不是非常清楚。本篇我们就来讨论一下这个这个参数的含义和作用。
1、从Undo说起
Undo或者说rollback segment机制是Oracle早期奠定行业地位的核心技术之一。Undo机制的提出，源自于Oracle提出的“多版本一致读”特性。在Oracle中，select操作不会阻塞任何操作，也不会被任何操作所阻塞。
这就意味着，当我们对一个数据表进行DML操作，比如插入、修改和删除数据的时候，其他会话连接的select操作是可以随意进行的，而且访问的数据都是DML操作之前提交的数据。
Oracle数据是保存在“表空间、段对象、分区和数据块”的组织结构体系中。对数据的修改就是在数据块中直接的修改。如果需要同时支持对之前数据的访问，比如在系统中有一个地方需要保存数据的“前镜像pre-image”,同时一旦DML进行回滚rollback动作，恢复数据也需要这部分前镜像内容。这就衍生出了rollback segement和之后的Undo表空间。
那么，是不是当一个事务Transaction结束commit之后，Undo前镜像就没有用途了呢？我们说不是的。commit之后的undo段数据镜像至少要支持两种操作，其一是一致读（consistent read），另一个是利用undo数据的flash back闪回技术。
严格的说，多版本一致读是两个Oracle特性。一致读所说的是：当一个查询读操作select数据的时候，只能读取到小于等于启动查询操作时候SCN的数据。比如：我们启动查询的时候，数据表A中包括10亿条数据，。之后另一个会话启动删除了1亿条数据并且提交。提交之后，第一个读会话才检索到原来1亿条数据的位置，并且最后结束。从结果看，第一个会话读取到的是10亿条数据。
一致读特性的关键就在于保证了读操作的一致性，读取数据在时间层面的一致性。细想一下，第二个会话commit之后，源数据1亿条的前镜像在Undo空间中是失效Expired状态。一致读过程中，一定是进行过失效Undo镜像数据的读取。
失效Undo数据的最终归宿是被覆盖重用。想想一种情况，如果系统中Undo管理比较不合理，事务Undo数据量比较大而且频繁，有失效的Undo前镜像被覆盖之后，恰恰有一个长时间查询需要访问这个前镜像。这个时候，Oracle就只能说“抱歉”了，这也就是经典的ora-1555 snapshot too old的起源。
Undo失效数据的另一种用途就是Flashback闪回。Flashback Query和Flashback Archive都是建立在对前镜像数据再利用处理上。
Undo_Retention是Oracle提供出的用于控制Undo过期数据保留的“调节Tune”参数。注意：这里不是控制参数。Oracle中的控制参数起到强制作用，比如目录空间位置，归档文件存储等。但是另一部分参数起到的是目标调节的作用，比如检查点间隔控制、SGA_TARGET。
SQL> show parameter undo_ret
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
undo_retention integer 900
SQL>
undo_retention从直接看就是设置Oracle Undo过期数据的保存期限，单位是秒。如果参数设置为900秒，那么Undo段数据在非Active状态之后，会保留900秒。
如果根据这个守则，我们进行一致读和Flashback的时间就是通过这个参数来进行控制的。但是事实上，这个是有问题的。Undo的覆盖动作是一个必然的过程，覆盖与否是要和系统事务Undo消耗速率、Undo Tablespace大小乃至Undo数据文件可拓展性密切相关。
事实上，Undo_retention是一个“目标期望值”。用户设置出这个值之后，Oracle内部会尽量保证将Undo数据保留超过undo_retention设置的时间。在这个过程中，Oracle会涉及到比如尝试拓展Undo表空间数据文件、Undo Segment管理等内容。但是，如果“现实比较残酷”，比如说Undo使用紧张、没有额外的方法，那么这个时间段也是不能保证的。
下面我们通过一系列的实验来验证。
2、环境准备
我们选择Oracle 11gR2进行测试实验。
SQL> select * from v$version;
BANNER
--------------------------------------------------------------------------
Oracle Database 11g Enterprise Edition Release 11.2.0.3.0 - Production
PL/SQL Release 11.2.0.3.0 - Production
CORE 11.2.0.3.0 Production
当前采用自动的undo管理机制，默认retention为900秒。注意：这个取值Oracle是有所选择的。早期版本中曾经设置过1800秒。
SQL> show parameter undo
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
undo_management string AUTO
undo_retention integer 900
undo_tablespac string UNDOTBS1
当前undo tablespace的数据文件拓展情况为支持拓展，容量为105M。
SQL> col file_name for a40
SQL> select file_name, AUTOEXTENSIBLE, BYTES/1024/1024 MB from dba_data_files where tablespace_name='UNDOTBS1';
FILE_NAME AUTOEXTENSIBLE MB
---------------------------------------- -------------- ----------
/u01/app/oradata/ORA11G/datafile/o1_mf_u YES 105
ndotbs1_92t6zl6d_.dbf
3、超过undo_retention情况数据读取
在没有强制的Undo数据覆盖情况下，Oracle默认会一直保留前镜像的数据。在实际中，虽然undo_retention设置的保留值比较小，但是我们依然可以flash back query出几个小时乃至几天前的数据。
为了便于实验过程，我们调节了一下参数。
SQL> alter system set undo_retention=300 ;
System altered
SQL> show parameter undo
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
undo_management string AUTO
undo_retention integer 300
undo_tablespace string UNDOTBS1
此处我们使用的是较大的Undo表空间105M，而且支持自动拓展文件。实验数据表情况如下：
SQL> create table t as select * from dba_objects;
Table created
SQL> select bytes/1024/1024 MB from dba_segments where wner='SYS' and segment_name='T';
MB
----------
9
SQL> select count(*) from t;
COUNT(*)
----------
75255
--注意：当前时点上，数据量为7万。
SQL> select sysdate from dual;
SYSDATE
--------------------
2013-10-16 8:46:57
删除数据。
SQL> delete t;
75255 rows deleted
SQL> commit;
Commit complete
经过十五分钟左右，注意这个时间已经远远超过900秒设置值。
SQL> select sysdate from dual;
SYSDATE
--------------------
2013-10-16 9:00:34
SQL> select count(*) from t;
COUNT(*)
----------
0
SQL> select count(*) from t as of timestamp to_timestamp('2013-10-16 8:46:57','yyyy-mm-dd hh24:mi:ss');
COUNT(*)
----------
75255
超过了900秒，Undo前镜像依然保留而且可以访问到。到此我们可以得出结论，即使commit后超过了undo_retention设置的时间范围，前镜像数据依然可以读取到。
4、小Undo空间非拓展试验
下面我们看一下undo时间小于retention的情况。向实验数据表中插入实验数据。
SQL> insert into t select * from dba_objects;
75255 rows inserted
SQL> commit;
Commit complete
创建一个全新的undo tablespace，注意设置文件大小比较小，而且不支持自动拓展。
SQL> create undo tablespace undotbs2 datafile size 20m autoextend off;
Tablespace created
SQL> select tablespace_name, contents from dba_tablespaces;
TABLESPACE_NAME CONTENTS
------------------------------ ---------
SYSTEM PERMANENT
SYSAUX PERMANENT
UNDOTBS1 UNDO
TEMP TEMPORARY
USERS PERMANENT
UNDOTBS2 UNDO
EXAMPLE PERMANENT
7 rows selected
SQL> select file_name, AUTOEXTENSIBLE, BYTES/1024/1024 MB from dba_data_files where tablespace_name in ('UNDOTBS1','UNDOTBS2');
FILE_NAME AUTOEXTENSIBLE MB
---------------------------------------- -------------- ----------
/u01/app/oradata/ORA11G/datafile/o1_mf_u YES 105
ndotbs1_92t6zl6d_.dbf
/u01/app/oradata/ORA11G/datafile/o1_mf_u NO 20
ndotbs2_95vsgpn7_.dbf
更换系统使用的undo tablespace参数。
SQL> alter system set undo_tablespace=undotbs2
2 ;
System altered
SQL> show parameter undo;
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
undo_management string AUTO
undo_retention integer 300
undo_tablespace string UNDOTBS2
删除数据，形成镜像。
SQL> select sysdate from dual;
SYSDATE
--------------------
2013-10-16 9:18:57
SQL> select count(*) from t;
COUNT(*)
----------
75255
SQL> delete t;
55256 rows deleted
SQL> commit;
Commit complete
下面我们试图去消耗大量的undo空间，DML操作中，delete是消耗最大的。
SQL> delete mmm where rownum<10000;
9999 rows deleted
SQL> commit;
Commit complete
SQL> delete mmm;
delete mmm
ORA-30036: 无法按 8 扩展段 (在还原表空间 'UNDOTBS2' 中)
SQL> delete mmm where rownum<10000;
9999 rows deleted
SQL> commit;
Commit complete
删除动作中，很多时候都是禁止的。因为Undo空间过小，不能容纳需要保存的前镜像数据。
SQL> select count(*) from t as of timestamp to_timestamp('2013-10-16 9:15:09','yyyy-mm-dd hh24:mi:ss');
select count(*) from t as of timestamp to_timestamp('2013-10-16 9:15:09','yyyy-mm-dd hh24:mi:ss')
ORA-01555: 快照过旧: 回退段号 12 (名称为 "_SYSSMU12_550256870$") 过小
SQL> select sysdate from dual;
SYSDATE
--------------------
2013-10-16 9:20:38
SQL> select count(*) from t as of timestamp to_timestamp('2013-10-16 9:17:09','yyyy-mm-dd hh24:mi:ss');
select count(*) from t as of timestamp to_timestamp('2013-10-16 9:17:09','yyyy-mm-dd hh24:mi:ss')
ORA-01555: 快照过旧: 回退段号 12 (名称为 "_SYSSMU12_550256870$") 过小
由此我们可以看到，虽然设置了undo_retention的参数，但是如果系统undo表空间容量不够大，而且undo生成总量很大的时候，系统还是会将undo进行覆盖。
那么，所谓的调节作用怎么体现呢？undo文件拓展是一种非常直接的手段。
5、小Undo空间可拓展实验
我们同样创建一个小表空间，但区别在于设置其可以进行空间拓展。
SQL> select sysdate from dual;
SYSDATE
--------------------
2013-10-16 9:27:02
SQL> select count(*) from t;
COUNT(*)
----------
0
SQL> select sysdate from dual;
SYSDATE
--------------------
2013-10-16 9:27:20
SQL> insert into t select * from dba_objects;
75256 rows inserted
SQL> commit;
Commit complete
修改表空间，此时工具表MMM大小为17万。
SQL> select count(*) from mmm;
COUNT(*)
----------
171029
SQL> alter database datafile '/u01/app/oradata/ORA11G/datafile/o1_mf_undotbs2_95vsgpn7_.dbf' autoextend on;
Database altered
SQL> delete mmm;
171029 rows deleted
SQL> commit;
Commit complete
检查空间，我们发现undo表空间大小发生了变化。从原来的20M扩大到42M。
SQL> select file_name, AUTOEXTENSIBLE, BYTES/1024/1024 MB from dba_data_files where tablespace_name in ('UNDOTBS1','UNDOTBS2');
FILE_NAME AUTOEXTENSIBLE MB
---------------------------------------- -------------- ----------
/u01/app/oradata/ORA11G/datafile/o1_mf_u YES 105
ndotbs1_92t6zl6d_.dbf
/u01/app/oradata/ORA11G/datafile/o1_mf_u YES 42
ndotbs2_95vsgpn7_.dbf
此时，我们是可以查找到retention范围内的数据。
SQL> select sysdate from dual;
SYSDATE
--------------------
2013-10-16 9:39:38
SQL> select count(*) from t as of timestamp to_timestamp('2013-10-16 9:27:20','yyyy-mm-dd hh24:mi:ss');
COUNT(*)
----------
0
在这个过程中，Oracle依然会遇到覆盖失效undo空间的问题。结合undo_retention参数，系统可以做到通过拓展Undo表空间来实现对原有undo的不覆盖现象。所以，Undo表空间容量从20M增长到现在的47M，同时undo_retention所设置的时间也得到保留。
综合上面的实验，我们可以判断出undo_retention参数本质上是一个advisor参数。我们通过参数时间的设置，告诉Oracle说我们希望维持一个多长时间的undo保留期间。针对这个期望，Oracle会去进行调节和空间拓展动作。这个过程是一个可选择的过程，如果现实条件存在限制，即使设置了retention期间，也难以保留。
那么，有没有强制保留的方法呢？如果确实存在业务要求需要前镜像留存，我们从10g开始就可以使用undo retention的guarntee机制来进行保护。
6、Undo Retention Guarntee
Undo Retention Guarntee是针对undo tablespace设置的一种保护机制。通常情况下，undo_retention设置的时间是一个非强依赖。通过设置undo表空间的guarntee属性，我们可以保证对应的undo空间不被覆盖回收。
实验数据准备。
SQL> insert into mmm select * from dba_objects;
75256 rows inserted
SQL> insert into mmm select * from mmm;
75256 rows inserted
SQL> insert into mmm select * from mmm;
150512 rows inserted
SQL> commit;
Commit complete
创建一个表空间，设置为guarntee。
SQL> create undo tablespace undotbs3 datafile size 10M autoextend off retention guarantee;
Tablespace created
SQL> select tablespace_name, contents, retention from dba_tablespaces where contents='UNDO';
TABLESPACE_NAME CONTENTS RETENTION
------------------------------ --------- -----------
UNDOTBS1 UNDO NOGUARANTEE
UNDOTBS2 UNDO NOGUARANTEE
UNDOTBS3 UNDO GUARANTEE
SQL> select file_name, AUTOEXTENSIBLE, BYTES/1024/1024 MB from dba_data_files where tablespace_name in ('UNDOTBS1','UNDOTBS2','UNDOTBS3');
FILE_NAME AUTOEXTENSIBLE MB
---------------------------------------- -------------- ----------
/u01/app/oradata/ORA11G/datafile/o1_mf_u YES 105
ndotbs1_92t6zl6d_.dbf
/u01/app/oradata/ORA11G/datafile/o1_mf_u YES 44.9375
ndotbs2_95vsgpn7_.dbf
/u01/app/oradata/ORA11G/datafile/o1_mf_u NO 10
ndotbs3_95vw1v91_.dbf
修改参数，启用undotbs3表空间。
SQL> alter system set undo_tablespace=undotbs3;
System altered
SQL> show parameter undo;
NAME TYPE VALUE
--------------------------------- ----------- ------------------------------
undo_management string AUTO
undo_retention integer 300
undo_tablespace string UNDOTBS3
下面进行空间实验。
SQL> select sysdate from dual;
SYSDATE
--------------------
2013-10-16 9:51:56
SQL> select count(*) from mmm;
COUNT(*)
----------
301024
SQL> select count(*) from t;
COUNT(*)
----------
75256
SQL> delete t where rownum<10;
9 rows deleted
SQL> commit;
Commit complete
SQL> select count(*) from t;
COUNT(*)
----------
75247
此时我们发现，如果发现可能会覆盖在undo_retention期间数据的语句，Oracle会直接拒绝操作。
SQL> delete mmm;
delete mmm
ORA-30036: 无法按 8 扩展段 (在还原表空间 'UNDOTBS3' 中)
SQL> alter tablespace undotbs3 retention noguarantee;
Tablespace altered
SQL> alter tablespace undotbs3 retention guarantee;
alter tablespace undotbs3 retention guarantee
ORA-30036: 无法按 8 扩展段 (在还原表空间 'UNDOTBS3' 中)
7、结论
在Oracle Undo机制中，undo_retention是一个非常不容易理解的参数项。简单的说，undo_retention就是用户使用Oracle过程中，对flashback和一致读的基本要求期间。设置之后，Oracle会根据自动undo管理的原则进行调节，进行空间拓展，来适应实现用户的期间要求。
所谓“巧妇难为无米之炊”，undo_retention是用户的期望。Oracle在进行调节过程中，会根据实际的业务频繁度和数量量、以及undo表空间设置情况进行综合评估。就是说，虽然用户设置了undo_retention的期望，在很多情况下也是不能达到的。
如果业务场景中真正需要进行retention period的保留，可以使用undo表空间的guarantee方法。一旦设置这个参数开关，undo_retention就成为一个强依赖参数。Oracle在这种情况下，宁可拒绝SQL DML操作，也不会允许将undo数据前镜像覆盖的情况发生。