教你如何成為Oracle 10g OCP - 第十章 閂鎖、鎖定和併發性

 

序列化 - 資料庫系統本身是一個多使用者併發處理系統，在同一個時間點上，
可能會有多個使用者同時運算元據庫, 多個使用者同時在相同的物理位置上寫數
據時，不能發生互相覆蓋的情況,這叫做序列化，序列化會降低系統的併發性，
但這對於保護資料結構不被破壞來說則是必需的。

在Oracle資料庫中，透過閂鎖（latch）和鎖定（lock）來解決這兩個問題。

Latch與Lock --

閂鎖和鎖定既有相同點又有不同點。相同點在於它們都是用於實現序列化的
資源。而不同點則在於閂鎖（Latch）是一個低階別、輕量級的鎖，獲得和釋
放的速度很快，以類似於訊號燈的方式實現。而鎖定（Lock）則可能持續的時
間很長，透過使用佇列，按照先進先出的方式實現。也可以簡單地理解為閂鎖
是微觀領域的，而鎖定則是宏觀領域的。

10.1  閂鎖（latch）概述

什麼是Latch ---

Oracle資料庫使用閂鎖（latch）來管理SGA記憶體的分配和釋放.

Latch是用於保護SGA區中共享資料結構的一種序列化鎖定機制。Latch的實現
是與作業系統相關的，尤其和一個程式是否需要等待一個latch、需要等待多
長時間有關。

Latch是一種能夠極快地被獲取和釋放的鎖，它通常用於保護描述buffer cache
中block的資料結構。與每個latch相聯絡的還有一個清除過程，當持有latch的
程式成為死程式時，該清除過程就會被呼叫。Latch還具有相關級別，用於防止
死鎖，一旦一個程式在某個級別上得到一個latch，它就不可能再獲得等同或低
於該級別的latch。

 

Latch的種類 ---

sga有多個latch 用來保護各種記憶體結構，latch有40餘種，但作為DBA
關心的主要應有以下幾種：

Cache buffers chains latch: 當使用者程式搜尋SGA尋找database cache
buffers時需要使用此latch。
Cache buffers LRU chain latch: 當使用者程式要搜尋buffer cache中包括
所有dirty blocks的LRU (least recently used) 鏈時使用該種latch。
Redo log buffer latch: 這種latch控制redo log buffer中每條redo
entries的空間分配。
Row cache objects latch: 當使用者程式訪問快取的資料字典數值時，將
使用Row cache objects latch。

 

Latch如何工作 ---

比如A程式需要更新58號資料塊，對應伺服器程式將58號資料塊讀入data buffer
中，要向data buffer中的58號資料塊(在data buffer中記憶體單位是資料塊)寫數
據時，必須先獲得latch,然後開始寫動作，如果在A正在寫入的過程中，B程式
也要寫58號資料塊，這時B嘗試獲得在58號資料塊上的latch,發現該latch正被其
它使用者A持有，B進入等待狀態，直到A寫完資料塊並釋放latch後，B才能獲得latch,
獲得latch後才能向58號資料塊寫入資料。否則如果沒有latch保護，那麼A,B
同時寫同一個實體地址(記憶體空間)會導致資料覆蓋而出現資料混亂。

事實上，latch不僅僅用於寫資料塊，比如對於shared pool來說，其記憶體單位就不
是資料塊了(而是chunk)。latch也不僅僅用於寫操作，只要涉及記憶體地址的讀和寫，
都需要透過獲得latch來實現序列化，一次只能有一個伺服器程式在讀或者寫記憶體
地址。

Oracle在例項管理中，不管是buffer cache、shared pool還是log buffer，都引
入了各種各樣的latch。

-- 備註：  log buffer的最小記憶體單位是OS block.

實現latch時，實際是由作業系統的旗語（semaphore：也叫訊號量）來完成的。
為了便於理解，可以把它們想象為，透過某個變數值的變化而實現的。變數值
為0則說明latch當前沒有被其他程式獲取，否則如果為非0值，則說明它已經被
其他程式所獲取了。Oracle在設計latch的時候將其定義為輕量級鎖，因此它的
操作非常快，以微秒（microsecond，也就是百萬分之一秒）來計算。

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網路文摘：

任何時候，只有一個程式可以訪問記憶體中的某一個塊，會話A在調整一個LRU連結串列
的時候,其它的會話就不能讀取和調整這個連結串列了，latch所做的就是保護這一點。

備註： 記憶體中的塊針對buffer cache,shared pool及log buffer而言大小單位
分別是oracle block, chunk及os block ？？？

http://blog.csdn.net/Jermaine/archive/2010/08/01/5780661.aspx

http://blog.csdn.net/Jermaine/archive/2010/08/01/5780661.aspx

latch是一種低階的序列化裝置,它是為了保護SGA共享記憶體結構免受併發訪問帶
來的潛在性破壞而引入的一種串性化手段，它只與SGA共享記憶體結構有關，與資料
庫物件無關。絕大多數latch是獨佔性訪問，只有少數共享latch允許併發讀。

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-- Latch的種類

A. 願意等待(Willing-To-Wait)

SPIN -  SPIN 就是一個程式獨佔CPU time，直到執行的結束。這個期間其他
程式不能獲得這個CPU的執行時間。Oracle 允許一個程式迴圈spin 一顆CPU
(當然需要OS支援)。  單CPU 沒有SPIN的概念了。

 

大部分的latch都屬於這種型別(Willing-To-Wait)。這種型別的latch都是
透過Test-And-Set的方式來實現的。也就是說，如果當前程式不能獲得latch
的時候，會繞著CPU旋轉但不放棄CPU(佔用)。這也就是所謂的SPIN CPU.

如果程式不能馬上獲得latch,會繞著CPU轉一會(佔著CPU)，然後再次嘗試
獲得latch，如果仍然不能獲得，則再次旋轉CPU。當反覆旋轉CPU並嘗試獲
得latch的的次數超過某個上限（該上限由隱藏引數控制）時，這時程式
會釋放CPU，並進入睡眠（Sleep）狀態。程式一旦進入睡眠狀態，則會丟擲
一個對應的等待事件，並記錄在檢視v$session_wait裡，說明當前該程式
正在等待的latch的型別等資訊。 初始狀態下，一個程式會睡眠0.01秒。
然後醒過來，並再次嘗試獲得latch。如果旋轉CPU的次數達到上限以後，
仍然不能獲得latch，則再次進入睡眠，這時會睡眠兩倍的時間，依此類推，
直到達到睡眠的最大值：0.2秒。這是在資料庫伺服器具有多個CPU時的情形，
如果只有一個CPU，就不存在旋轉CPU（SPIN CPU）的情況，一旦獲得不了
latch，就進入睡眠。

總的來說，當程式嘗試獲取Willing-To-Wait型別的latch時，如果失敗，
則程式會一直嘗試對latch的獲取，不斷迴圈，直到獲得latch為止，或
者是達到所指定的上限值為止。當達到上限值時，程式進入睡眠。

B.  不等待（No-Wait）

這種型別的latch比較少，對於這種型別的latch來說，都會有很多個
可用的latch。當一個程式請求其中的一個latch時，會以no-wait模式
開始請求。如果所請求的latch不可用，則程式不會等待，而是立刻請
求另外一個latch。只有當所有的latch都不能獲得時，才會進入等待。

備註：latch是用於保護SGA區中共享資料結構的一種序列化鎖定機制。
它不僅僅用於buffer cache, 還用於shared pool以及log buffer等。

 

-- Latch資源爭用

如果latch資源被爭用，通常都會表現為CPU資源使用過高。

而反過來說，如果我們發現CPU資源很緊張，利用率總是在90%以上，
甚至總是在100%，其主要原因有以下幾點。

A. SQL語句沒有使用繫結變數。如果沒有使用繫結變數，要非常頻繁
地讀寫shared pool裡的記憶體塊，從而導致與解析SQL相關的latch爭用。

B. 執行SQL語句時，掃描的資料塊過多，或者說SQL語句寫的比較低效，
導致要掃描很多的資料塊才能返回所要的記錄。因為在查詢、掃描數
據塊的過程中，程式也要獲得latch，直到找到資料塊為止。

 

為何一旦latch資源發生爭用，就會導致CPU繁忙呢？可以想象一下，
假設某個程式（A）執行一條SQL語句需要訪問10000個資料塊，那麼
該程式在掃描資料塊的過程中，一直持有latch。而另一個程式B也要
執行SQL，但是由於A持有了latch，導致B無法獲得，於是旋轉一會CPU，
再去獲得latch，直到進入睡眠才釋放CPU。接下來C程式也要執行SQL，
同樣的，由於A持有了latch，導致C無法獲得，於是也旋轉一會CPU，
再去獲得latch，直到進入睡眠才釋放CPU。如果類似B和C的程式很多
的話，那我們會發現，CPU總是在被旋轉，也就是在做空的迴圈，而
無法做其他的事情。因此，體現出CPU的使用率過高。

 

要解決latch的爭用，關鍵在於共享SQL語句（比如使用繫結變數、
規範SQL的書寫等）以及最佳化SQL語句，使其搜尋以及掃描的資料塊的
個數下降到最低。