从 Oracle 到 PostgreSQL ：从 Uptime 到数据库实例运行时间

在接触操作系统时，我们常常习惯通过 uptime 来看看系统的启动运行时间，例如：

[oracle@zData ~]$uptime
17:00:17 up 656 days, 22:18,  4 users, load average: 0.16, 0.16, 0.14

在 Oracle 数据库中，同样类似的，可以计算出数据库的启动时间，以了解数据库实例连续运行的时间。以下的 SQL 查询，通过时间运算得出了数据库的相关运行时间值：

SQL> COLUMN STARTED_SINCE format A25
SQL> COLUMN UPTIME format A50
SQL> SELECT TO_CHAR (startup_time, 'DD-MON-YYYY HH24:MI:SS')started_since,
2         TRUNC (SYSDATE -(startup_time))
3         || ' day(s), ' || TRUNC (  24 * ((SYSDATE - startup_time) -
4         TRUNC (SYSDATE - startup_time)))
5         || ' hour(s), '|| MOD (TRUNC (  1440 * ( (SYSDATE - startup_time) -
6         TRUNC (SYSDATE - startup_time))),60)
7         || ' minute(s), '|| MOD (TRUNC (  86400 * ( (SYSDATE - startup_time) -
8         TRUNC (SYSDATE - startup_time))),60)
9         || ' seconds' uptime
10 FROM v$instance;
 
STARTED_SINCE              UPTIME
---------------------------------------------------------------------------
08-DEC-2018 21:36:19     164 day(s), 19 hour(s), 19 minute(s), 13seconds

在 PostgreSQL 中，同样可以通过查询得到类似的效果：

select pg_postmaster_start_time()as START_SINCE,
date_part('day',current_timestamp-pg_postmaster_start_time())||'day(s),'||
date_part('hour',current_timestamp-pg_postmaster_start_time())||'hour(s),'||
date_part('minutes',current_timestamp-pg_postmaster_start_time())||'minute(s),'||
date_part('seconds',current_timestamp-pg_postmaster_start_time())||'second(s)' as UPTIME;
          start_since          |                       uptime                        
-------------------------------+-----------------------------------------------------
 2019-04-25 18:13:25.968474+08 | 26day(s),23 hour(s),4 minute(s),1.279786 second(s)

在 PostgreSQL 中，关于时间处理的两个函数非常有用，date_part 可以将日期中的不同部分抽取出来，而 date_trunc 则类似 Oracle 中 Trunc 函数的作用，将时间进行截取处理。

select date_trunc('day',current_timestamp-pg_postmaster_start_time());
 date_trunc 
------------
 26 days
(1 row)
eygle=# selectdate_trunc('hour',current_timestamp-pg_postmaster_start_time());
    date_trunc    
------------------
 26 days 22:00:00
(1 row)

也可以通过 extract 实现类似的功能：

selectextract(day from current_timestamp-pg_postmaster_start_time());
 date_part 
-----------
        26
eygle=# select extract(hour fromcurrent_timestamp-pg_postmaster_start_time());
 date_part 
-----------
        23

PostgreSQL 中，用户返回当前时间的函数有 current_date、current_time 和 current_timestamp 等：

select current_timestamp;
       current_timestamp       
-------------------------------
 2019-05-22 17:10:40.575532+08
(1 row)
 
eygle=# select current_date;
 current_date 
--------------
 2019-05-22
(1 row)

这和 Oracle 数据库非常相似，通过 sysdate 和 systimestamp 能够返回 Oracle 的当前时间，以下是 Oracle 数据库中的语法：

SQL> select sysdate,systimestamp from dual;
 
SYSDATE
-------------------
SYSTIMESTAMP
---------------------------------------------------------------------------
2019-05-22 17:25:47
22-MAY-19 05.25.47.109129 PM +08:00

注意，dual 表是Oracle中的特殊存在，而 PostgreSQL 的函数不需要这样的依托直接返回了结果。

在 PostgreSQL 中，功能近似的函数特别丰富，例如如下这些函数：

transaction_timestamp()
statement_timestamp()
clock_timestamp()
timeofday()
now()

此外，通过 interval 可以对时间进行推移：

select now() + interval '2 years';           ?column?           ------------------------------ 2021-05-22 17:51:13.98532+08 eygle=# select now() + interval '1 month';           ?column?            ------------------------------- 2019-06-22 17:52:12.737686+08(1 row) eygle=# select now() - interval '1 week';           ?column?            ------------------------------- 2019-05-15 17:52:26.425832+08(1 row)eygle=# select now() + '10 min';           ?column?            ------------------------------- 2019-05-22 18:02:35.013766+08(1 row)

在 PostgreSQL 中还有一个有趣的函数 age，可以用来计算年龄，1990年出生的同学们竟然马上要30岁啦，成家了没，同学们？

select age(now(),date '1990-01-01');
                   age                   
-----------------------------------------
 29 years 4 mons 21 days17:58:43.875068

在计算机系统中，还有一个特殊的时间计算方法，叫做 Unix Time，这个时间是自 UTC 时间 1970-01-01 00：00：00至今的秒数，这个计时方式同样被传导到数据库中。（如下图所示）

在 PostgreSQL 中，可以通过 epoch（即特定时点 1970-01-01 00:00:00 UTC）为起点进行计算。以下是两个方向的转换方式：

select extract(epoch from now());
    date_part     
------------------
 1558519237.02995
 
eygle=# SELECT TIMESTAMP WITH TIME ZONE 'epoch' + 1558519237 * INTERVAL '1second';
        ?column?        
------------------------
 2019-05-22 18:00:37+08

在 MySQL 中，通过 FROM_UNIXTIME和 UNIX_TIMESTAMP 函数可以实现类似的转换和计算：

mysql> select FROM_UNIXTIME(1558519237,'%Y-%m-%d %H:%i:%S');
+-----------------------------------------------+
| FROM_UNIXTIME(1558519237,'%Y-%m-%d %H:%i:%S') |
+-----------------------------------------------+
| 2019-05-22 18:00:37                           |
+-----------------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)
 
mysql> select UNIX_TIMESTAMP('2019-05-22 18:00:37');
+---------------------------------------+
| UNIX_TIMESTAMP('2019-05-22 18:00:37') |
+---------------------------------------+
|                           1558519237 |
+---------------------------------------+
1 row in set (0.02 sec)

在 Oracle 的数据库中，UnixTime 同样是非常重要的，在 SYS 用户的 SMON_SCN_TIME字典中记录中 Unix Time 和 Date 时间的对应，TIME_MP 和 TIME_DP 两个字段记录的就是这样的信息，这些信息在恢复时非常重要，Oracle 又将时间和 SCN 关联了起来。

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
 
SQL> select time_mp from smon_scn_time where rownum < 2;
TIME_MP
----------
1558502931
 
SQL> select time_mp,time_dp from smon_scn_time where rownum < 2;
TIME_MP TIME_DP
---------- -------------------
1558502931 2019-05-22 05:28:51
 
SQL>  select time_mp,time_dp fromsmon_scn_time
2 where time_mp = (select max(time_mp) from smon_scn_time);
 
TIME_MP TIME_DP
---------- -------------------
1558519988 2019-05-22 10:13:08

Oracle 数据库中没有提供转换函数，我们通过 PostgreSQL 转换一下验证：

select TIMESTAMP WITH TIME ZONE 'epoch' + 1558519988 * INTERVAL '1second';
        ?column?        
------------------------
 2019-05-22 18:13:08+08

注意到转换的时间和 Oracle 记录的 TIME_DP相差了 8 个小时，这是什么原因呢?这是因为数据库操作系统采用的是 CST 时间：

[oracle@zData ~]$ date
Wed May 22 18:27:35 CST 2019

CST 时间和 UTC 时间相差 8 小时（CST = UTC + 8），smon_scn_time 记录的时间按照 CST 时间进行了换算，实际上是非常精确的吻合。

在 Oracle 数据库中，还有一个动态性能视图 V$TIMER 记录了 epoch 时间，官方文档这样描述（来自 19c 文档）：

V$TIMER displays the elapsed time in hundredths of a second. Time ismeasured since the beginning of the epoch, which is operating system specific,and wraps around to 0 again whenever the value overflows four bytes (roughly497 days).

这段描述说明 V$TIMER 记录的是厘秒，从 epoch 时间起点量度，这个值来自操作系统，由于在数据库中使用 4 bytes 记录，当主机连续运行大约 497 天之后，这个值会归零重新开始。在 Oracle 9i 中，因为 JOB 的时间定义依赖这个值，所以存在一个 BUG 是 497 天后所有 JOB 会停止执行。

多年以前遇到过一个有趣的故事，在这里引用一下。

某日，同事告诉我一个发现，他说一台数据库的运行时间超过了操作系统的启动时间。

从数据库内部可以查询到数据库实例的启动时间：

SQL> SELECT TO_CHAR(startup_time, 'DD-MON-YYYY HH24:MI:SS') started_at,
2            TRUNC (SYSDATE -(startup_time))
3        || ' day(s), ' || TRUNC (  24 *((SYSDATE - startup_time) - 
4        TRUNC (SYSDATE - startup_time)))
5        || ' hour(s), '|| MOD (TRUNC (  1440 *(  (SYSDATE - startup_time) - 
6        TRUNC (SYSDATE - startup_time))),60)
7        || ' minute(s), '|| MOD (TRUNC ( 86400 * (  (SYSDATE - startup_time) - 
8        TRUNC (SYSDATE - startup_time))),60)
9        || ' seconds' uptime
10  FROM v$instance;

STARTED_AT                UPTIME
------------------------- --------------------------------------------------
05-JUL-2005 10:36:58      803 day(s), 2 hour(s), 27 minute(s),55 seconds

从这里看数据库实例启动了 803 天左右，也就是说自 2005-07-05 开始这个数据库一直在不间断的运行着。而从操作系统的 uptime 来看，系统不过启动了 306 天：

SQL> ! uptime
13:06:21  up 306 days, 19:00,  1 user,  load average: 0.00,0.00, 0.00

同事问我原因，首先我们检查 alert 文件，发现数据库的确是 2005 年启动的。再研究一下，发现这是又一次时间溢出的问题，

由于某些 Linux 内核使用 32 位无符号长整型来计算时间，32 位的最大值就是 0xffffffff，再加 1 就将溢出变为 0。

以下一小段 C 代码可以解释这种溢出：

[root@jumper root]# cat a.c
int main(void){
unsigned int num = 0xffffffff;

printf("num is %d bits long\n", sizeof(num) * 8);
printf("num = 0x%x\n", num);
printf("num + 1 = 0x%x\n", num + 1);

return 0;
}
[root@jumper root]# gcc -o un a.c
[root@jumper root]# ./un
num is 32 bits long
num = 0xffffffff
num + 1 = 0x0

在这个 Linux 发行版本上，这个时间就此溢出：

SQL> ! uname -a
Linux moto 2.4.21-15.ELsmp #1 SMP Thu Apr 22 00:18:24 EDT 2004 i686 i686 i386GNU/Linux
SQL> ! cat /etc/redhat-release
Red Hat Enterprise Linux AS release 3 (Taroon Update 2)

根据 497 天再来计算一下：

SQL> select 803 - 306 from dual;803-306----------497

当前数据库的显示是正确的，803 天减去 uptime 显示时间，得出的正好是 497 天。

关于时间，Oracle 中有很多有意思的话题，参考：

https://www.eygle.com/archives/2007/09/497_day_linux_limit.html

https://www.eygle.com/archives/2004/11/job_can_not_execute_auto.html

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