Oracle Buffer Pool内部闩锁机制

Posted 2020-09-23

本文中根块，枝块，叶块，表块分别是索引根块，索引枝块，索引叶块，数据表块的简称。

此外本文大多数观点来自于大师吕海波《Oracle内核技术揭秘》一书，本博文为个人感想。

 

首先需要明确4点关于CBC LATCH和BUFFER PIN的知识点：

1. 对于根块和枝块，CBC LATCH都是以S模式获取的，无BUFFER PIN

2. 对于叶块，CBC LATCH是以X模式获取的，BUFFER PIN是以S模式获取的

3. 对于表块，CBC LATCH是以X模式获取的，SELECT语句的BUFFER PIN是以S模式获取的，DML语句的BUFFER PIN是以X模式获取的

4. 以上三点基本正确，但有一个特殊情况，INDEX UNIQUE SCAN的情况下是这样的：

1）对于根块、枝块、叶块，CBC LATCH都是以S模式获取的，且都无BUFFER PIN

2）对于表块，SELECT语句的CBC LATCH是以S模式获取的，无BUFFER PIN；DML语句的CBC LATCH是以X模式获取的，BUFFER PIN是以X模式获取的

 

现在我们考虑一种最复杂的情况：不走索引唯一扫描但走索引的情况。

此时将CBC LATCH和BUFFER PIN的获取方式进行分类总结：

A 根块和枝块：以S模式获取CBC LATCH-->>读取索引数据-->>释放CBC LATCH

B 叶块：以X模式获取CBC LATCH-->>以S模式获取BUFFER PIN，释放CBC LATCH，读取索引数据-->>以X模式获取CBC LATCH，释放BUFFER PIN-->>释放CBC LATCH

C 表块（SELECT）：以X模式获取CBC LATCH-->>以S模式获取BUFFER PIN，释放CBC LATCH，读取数据-->>以X模式获取CBC LATCH，释放BUFFER PIN-->>释放CBC LATCH

D 表块(DML)：以X模式获取CBC LATCH-->>以X模式获取BUFFER PIN，释放CBC LATCH，修改数据-->>以X模式获取CBC LATCH，释放BUFFER PIN-->>释放CBC LATCH

那么对于SELECT和DML语句我们就可以使用以上组合来显示出其获取内部锁和闩的过程：

1.SELECT语句的流程是：ABC

2.DML语句的流程是：ABD

现在我们模拟所有情况下的内部闩锁争用：（我们假设最差的情况，SELECT和DML语句都走同样的索引，查同样的数据）

一：SELECT语句的并发，即ABC并发ABC

A阶段全是S模式不会有争用发生，BC阶段获取X模式CBC LATCH的时间极短（只为修改BUFFER PIN的状态），BC阶段的BUFFER PIN是S模式，也不会引发争用。（10G之前会）

因此SELECT并发不会引发BUFFER BUSY WAITS

二：SELECT语句和DML语句的并发，即ABC并发ABD

A阶段全是S模式不会有争用发生，B阶段获取X模式CBC LATCH的时间极短（只为修改BUFFER PIN的状态），也不会发生争用，那么C和D阶段：

如果C在前那么D貌似会发生等待，但其实会进行构造CR块的操作，并在独占CBC LATCH的保护下将当前BUFFER HEADER(简称BH)修改为CR块，克隆出来的块的BH修改为XCUR的当前块，不会发生等待。但是如果构造完CR块完此时又有一个C或D并发过来，由于克隆块是XCUR块上边被加了X模式的BUFFER PIN，那么就会发生等待，这里就是BUFFER BUSY WAITS啦。

如果D在前，那么同样的BUFFER BUSY WAITS出现，所以说只要在D之后并发了C或者D，都会造成BUFFER BUSY WAITS。

之前在此处有些疑问，为何后来的C并发不会发生一致性读呢，后来想想D已经加了X模式的BUFFER PIN，一致性读是需要读取表块的ITL槽信息的，这里C连块的BUFFER PIN都获取不到，谈何一致性读。

真正的一致性读应当指涉及UNDO的操作，因为既然DML发现了BUFFER PIN上的S模式的锁证明这个块正在被读，根本无需一致性读。

三：DML语句的并发

这里就很显然了，ABD的AB阶段不会发生明显争用，D阶段一个会话获取了X模式的BUFFER PIN之后，另一个必然要等待，而且此时如果再来一个SELECT语句，也会被阻塞，按照事务锁的机制，SELECT是不会被DML阻塞的，但是这里并不是事务锁阻塞而是BUFFER PIN的等待。

 

总结：

我们知道在数据库中无论是读取还是修改一个块都是极其迅速的，因此即便是以上的并发情况下，由于每个块的BUFFER PIN锁持有时间都极短，因此单个块即便发生BUFFER BUSY WAITS时间也基本可以忽略不计。

除非更改大量的块导致多个块发生BUFFER BUSY WAITS等待，因此如果发生了BUFFER BUSY WAITS，只和DML有关，由于DML也会导致索引更新，因此出现BUFFER BUSY WAITS尽量优化DML语句。

而如果发生了CBC LATCH的等待，那就更明显了，一定是并发过多，甚至和DML无关，只要是个SQL并发太多都会导致CBC LATCH的等待，因为表块和叶块都是以独占模式获取的CBC LATCH，解决办法要么是减小并发，要么全部优化为走INDEX UNIQUE SCAN，或者通过修改隐含参数_db_block_hash_latches和_db_block_hash_buckets增大CBC LATCH和HASH BUCKET的数量。

但是需要明确的是：

BUFFER BUSY WAITS和CBC LATCH的等待其本质都是并发量过大引起，并不推荐以上使用更改隐含参数的方式解决CBC LATCH的争用。对于BUFFER PIN的争用DML语句的优化空间也很小，只能尝试创建唯一索引，因此应当考虑从业务角度降低并发。