Buffer Cache 原理

在将数据块读入到SGA中,他们的缓冲区被放置在悬挂散列存储桶的链表中(散列链)，这种内存结构由大量 子cache buffers chains锁存器(也称为散列锁存器或CBC锁存器)保护。





Buffer Cache概述

Buffer Cache是SGA的一部分，Oracle利用Buffer Cache来管理data block，Buffer Cache的最终目的就是尽可能的减少磁盘I/O。Buffer Cache中主要有3大结构用来管理Buffer Cache。





Hash Bucket与Hash Chain List

Oracle将buffer cache中所有的buffer通过一个内部的Hash算法运算之后，将这些buffer放到不同的 Hash Bucket中。每一个Hash Bucket中都有一个

Hash Chain List，通过这个list，将这个Bucket中的block串联起来。









下面举个简单的例子来介绍一下Hash 算法，Oracle的Hash 算法肯定没这么简单，具体算法只有Oracle公司知道。

•      一个简单的mod函数 ，我们去mod 4

Ø  1 mod 4 = 1

Ø  2 mod 4 = 2

Ø  3 mod 4 = 3

Ø  4 mod 4 = 0

Ø  5 mod 4 = 1

Ø  6 mod 4 = 2

Ø  7 mod 4 = 3

Ø  8 mod 4 = 0

……………省略…………………..

那么这里就相当于创建了4个Hash Bucket

如果有如下block：

blcok :DBA(1,1)  ------> (1+1) mod 4 =2  

block :DBA(1,2)  ------> (1+2) mod 4 =3

block :DBA(1,3)  ------> (1+3) mod 4 =0

block :DBA(1,4)  ------> (1+4) mod 4 =1

block :DBA(1,5)  ------> (1+5) mod 5 =2

………........省略…………………....

 

比如我要访问block(1,5)，那么我对它进行Hash运算，然后到Hash Bucket为2的这个Bucket里面去寻找，Hash Bucket 为2的这个Bucket 现在有2个block，

这2个block是挂在Hash Chain List上面的









希望在散列链上添加,删除,搜索,检索,读取,或修改块的进程首先获得cache buffers chains latch,从而保护链上的缓冲区。

这样做可以保证独占的访问,并防止其他进程接下来读取或改变同一个链。为了完整性因此牺牲了并发性。

从图中我们可以看到，一个latch:cache buffers chains(x$bh.hladdr) 可以保护多个Hash Bucket，也就是说，如果我要访问某个block，我首先要获得这个latch，

一个Hash Bucket对应一个Hash Chain List，

而这个Hash Chain List挂载了一个或者多个Buffer Header。

Hash Bucket的数量受隐含参数_db_block_hash_buckets的影响，

Latch:cache buffers chains的数量受隐含参数_db_block_hash_latches的影响





Hash Bucket的数量受隐含参数_db_block_hash_buckets的影响，

Latch:cache buffers chains的数量受隐含参数_db_block_hash_latches的影响









SQL> SELECT x.ksppinm NAME, y.ksppstvl VALUE, x.ksppdesc describ

  FROM x$ksppi x, x$ksppcv y

 WHERE x.inst_id = USERENV('Instance')

   AND y.inst_id = USERENV('Instance')

   AND x.indx = y.indx

   AND x.ksppinm LIKE '%_db_block_hash%'  2    3    4    5    6  ;





NAME       VALUE DESCRIB

------------------------------ ---------- ------------------------------

_db_block_hash_buckets       16384 Number of database block hash  buckets





_db_block_hash_latches       1024 Number of database block hash  Latches





可以用下面查询计算cache buffers chains latch的数量:

SQL> select count(*) from v$latch_children a,v$latchname b where a.latch#=b.latch# and b.name='cache buffers chains';





  COUNT(*)

----------

      1024





根据我们的查询，那么一个cache buffers chains latch 平均下来要管理

Select 16384/1024 from dual 16个块，那么现在我们随意的找一个latch，来验证一下前面提到的结构图。





SQL> select * from (select hladdr,count(*) from x$bh  group by hladdr) where rownum<=5;





HLADDR   COUNT(*)

-------- ----------

2D32792C  3

2D3279A8  4

2D327A24  4

2D327AA0  6

2D327D1C  3

我们查询latch address 为2D327AA0 所保护的data block





SQL> select hladdr,obj,dbarfil,dbablk, nxt_hash,prv_hash from x$bh where hladdr='2D327AA0' order by obj;





HLADDR OBJ    DBARFIL  DBABLK NXT_HASH PRV_HASH

-------- ---------- ---------- ---------- -------- --------

2D327AA0  2
    1    72670 2D327CFC 2D327CFC

2D327AA0       5841     1   11705 2D327D14 2D327D14

2D327AA0       6470     2    5969 2D327CEC 2D327CEC

2D327AA0      75313     2   58025 2D327CBC 2D327CBC

2D327AA0      75313     2   58258 2D327CDC 2D327CDC

2D327AA0      75347     2   66701 2D327CB4 2D327CB4





已选择6行。





请观察DBA(1,72670)，它的NXT_HASH与PRV_HASH相同，也就是说DBA(1,72670)挂载在只包含有1个data block的 Hash Chain上。









当一个用户进程想要访问Block(1,72670)：

l  对该Block运用Hash算法，得到Hash值。





l  获得cache buffers chains latch





l  到相应的Hash Bucket中搜寻相应Buffer Header





l  如果找到相应的Buffer Header，然后判断该Buffer的状态，看是否需要构造CR Block，或者Buffer处于pin的状态，最后读取。





l  如果找不到，就从磁盘读入到Buffer Cache中。





在Oracle9i以前，如果其它用户进程已经获得了这个latch，那么新的进程就必须等待，直到该用户进程搜索完毕(搜索完毕之后就会释放该latch)。从Oracle9i开始 cache 

buffers chains latch可以只读共享，也就是说用户进程A以只读(select)的方式访问Block(84,615093)，这个时候获得了该latch，同时用户进程B也以只读的方式访问Block

(765,1259399)，那么这个时候由于是只读的访问，用户进程B也可以获得该latch。但是，如果用户进程B要以独占的方式访问Block(765,1259399)，那么用户进程B就会等待用户进

程A释放该latch，这个时候Oracle就会对用户进程B标记一个latch:cache buffers chains的等待事件。





我们遇到了latch:cache buffers chains该怎么办？





l  不够优化的SQL。大量逻辑读的SQL语句就有可能产生非常严重的latch:cache buffers chains等待，因为每次要访问一个block，就需要获得该latch，由于有大量的逻辑读，那

么就增加了latch:cache buffers chains争用的机率





2.Hash Bucket太少，需要更改_db_block_hash_buckets隐含参数。其实在Oracle9i之后，我们基本上不会遇到这个问题了，除非遇到Bug。所以这个是不推荐的，记住，在对





Oracle的隐含参数做修改之前一定要咨询Oracle Support。

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