Oracle Mutex實現機制(轉帖)

我們都知道Latch是Oracle用來在記憶體中做序列控制的機構，從10g R2開始，Oracle引入了一個新的技術-Mutex。Mutex並不是Oracle的發明，而是系統提供的一個底層呼叫，Oracle只是利用它實現序列控制的功能，並替換部分Latch。

Mutex中有兩個變數：分別是Holider identifer和Reference count，Holider identifer記錄持有mutex的SID，而Reference count是一個計數，記錄了當前正在以share方式訪問mutex的數量，每當session以share方式持有mutex時，計數會加1，而釋放 時會減1。如果Reference count大於零，則表示該記憶體結構正在被Oracle pin住。

我們看一段虛擬碼，演示mutex的申請過程：

Function Mutex_get(mutex_name)
{
  if mutex.holder:=SID
    case mode:
    'exclusive':
      if mutex.ref_count=0
        return TRUE
      else
        mutex.holder.clear;
        reture FALSE
      end if
    'share':
      mutex.ref_count++
      mutex.holder.clear
      return TRUE
    end case
  else
    reture FALSE
  end if
}

Mutex是如何實現序列控制的，實際上它是利用了作業系統的一個原子操作CAS(compare-and-swap)實現的。我們看到函式的開始處：mutex.holder:=SID， 將SID賦值給mutex的Holider Identifer，這裡就是一個原子的CAS操作，首先比較mutex.holder是否為空，如果不為空則賦值session的SID。CAS操作由 OS來保證其原子性，在同一時刻這個操所是序列的。如果這個賦值操作失敗，整個申請過程失敗。賦值成功後，如果是share方式，則 mutex.ref_count加1，並清空mutex.holder，如果是exclusive方式，需要判斷mutex.ref_count是否為零 （是否被pin住），如果大於0，則失敗，並清空mutex.holder，如果等於0，則成功，這時不清空mutex.holder，保持當前 session對mutex的exclusive佔用，直到釋放為止。

Mutex相比latch帶來了以下的好處：

1.更少的資源消耗，mutex與latch不同，它不是獨立存在的，而是在每個記憶體結構中，並隨著記憶體結構建立和釋放，mutex同時也被建立和釋放。mutex暫用的空間比latch小很多，建立和釋放消耗更少的資源。

2.有效降低競爭，因為mutex是每個記憶體結構中的一部分，這樣意味著mutex的數量可以有很多，而不同於latch，一個latch需要管理 很多個記憶體結構，當你訪問同一latch管理的不同記憶體結構時，也會發生競爭，而mutex則不會。另外，因為latch的數量有限，很多時候latch 本身的競爭會很厲害，之前，我們只能增加latch數量或者減少latch持有的時間，而現在，mutex是一個更好的選擇。

3.更快的pin，當block被訪問時，它必須被pin在buffer cache中，當一個cursor執行時，它也必須被pin在library cache中，如果大量併發頻繁執行同一個cursor，library cache pin會耗費大量的CPU資源。而mutex使用reference count來解決併發訪問的問題，只要它大於零，就表示它已經被pin在了記憶體中，不能被交換出去。而且mutex.ref_count++這個操所是非 常快的，只佔用非常少的資源。

Mutex申請的過程和latch類似，同樣需要spin和sleep，不同的是Oracle硬編碼了mutex spin的次數為255次（Latch spin的次數預設為2000，由隱含引數_spin_count控制）。latch sleep會隨著等待次數的逐步增加，每次sleep的時間也會逐步增加。而mutex sleep則比較特別，它有三個選項，分別是yield CPU，sleep或者block other process，允許開發人員來決定採用哪種選項。

由於在某些RISC的作業系統中（HP-UNIX），由於系統不支援CAS操作，Oracle通過建立一個latch pool來模擬了CAS操作，被稱為KGX latch，如果你發現系統中存在這種latch競爭，說明作業系統不支援CAS操作，可以通過_kks_use_mutex_pin關閉mutex。

mutex主要使用在library cache中，用來取代原來的library cache pin和library cache lock，關於library cache中鎖的實現機制，我會在另外一篇文章中說明。

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注：有關CAS，可以參考wiki上的說明。

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