buffer cache深度分析之2:内部管理机制
3.2 LRU和LRUW链表结构及其管理机制
3.2.1 LRU和LRUW链表结构概述
在前面,我们已经知道了oracle是如何在hash chain中搜索要找的数据块所对应的buffer header的过程,我们也知道如果在hash chain上没有找到所要的buffer header时,oracle会发出I/O调用,到磁盘上的数据文件中获取数据块,并将该数据块的内容拷贝一份到buffer cache中的内存数据块里(顺带提一句,内存数据块通常叫做buffer,而数据文件里的数据块通常叫做block,二者是一个意思)。这个时候,假如buffer cache是空的,比较好办,直接拿一个空的内存数据块来用即可。但是如果buffer cache中的内存数据块全都被用掉了,没有空的内存数据块了,怎么办?应该重新使用哪一个内存数据块?当然我们可以一个一个的比较内存数据块与其对应在数据文件中的数据块的内容是否一致,如果一致则可以将该数据块拿来,将其内容清空,然后拷贝上当前数据块的内容;如果不一致,则跳过,再找下一个。毫无疑问,这种方式效率低下。为了高效的管理buffer cache中的内存数据块,oracle引入了LRU和LRUW等链表等结构。
在buffer cache中,最耳熟能详的链表可能就是LRU链表了。在前面描述buffer cache结构的图上,也可以看到有两个链表:LRU和LRUW。在介绍LRU和LRUW前,先说明几个概念。
1) 脏数据块(dirty buffer):buffer cache中的内存数据块的内容与数据文件中的数据块的内容不一致。
2) 可用数据块(free buffer):buffer cache中的内存数据块为空或者其内容与数据文件中的一致。注意,可用数据块不一定是空的。
3) 钉住的数据块(ping buffer):当前正在更新的内存数据块。
4) 数据库写进程(DBWR):这是一个很底层的数据库后台进程。既然是后台进程,就表示该进程是不能被用户调用的。由oracle内置的一些事件根据需要启动该进程,该进程用来将脏数据块写入磁盘上的数据文件。
LRU表示Least Recently Used,也就是指最近最少使用的buffer header链表。LRU链表串连起来的buffer header都指向可用数据块。而LRUW则表示Least Recently Used Write,也叫做dirty list,也就是脏数据块链表,LRUW串起来的都是修改过但是还没有写入数据文件的内存数据块所对应的buffer header。某个buffer header要么挂在LRU上,要么挂在LRUW上,不能同时挂在这两个链表上。
随着硬件技术的发展,电脑的内存越来越大。buffer cache也是越来越大,只用一条LRU和一条LRUW来管理buffer header已经不够用了。同时oracle还引入了多个DBWR后台进程来帮助将buffer cache中的脏数据块写入数据文件,显然,多个DBWR后台进程都去扫描相同的LRUW链表会引起争用。为此oracle引入了working set的概念。每个working set都具有它自己的一组LRU和LRUW链表。每个working set都由一个名为“cache buffers lru chain”的latch(也叫做lru latch)来管理,所以从这个意义上说,每一个lru latch就是一个working set。而每个被加载到buffer cache的buffer header都以轮询的方式挂到working set上去。也就是说,当buffer cache加载一个新的数据块时,其对应的buffer header会去找一个可用的lru latch,如果没有找到,则再找下一个lru latch,直到找到为止。如果轮询完所有的lru latch也没能找到可用的lru latch,该进程只有等待latch free等待事件,同时出现在v$session_wait中,并增加“latch misses”。如果启用了多个DBWR后台进程的话,每个DBWR进程都会对应一个不同的working set,而且每个DBWR只会处理分配给它的working set,不会处理其他的working set。
我们已经知道一个lru latch就是一个working set,那么working set的数量也就是lru latch的数量。而lru latch的数量是由一个隐藏参数:_db_block_lru_latches决定的。该参数缺省值为DBWR进程的数量×8。
该参数最小必须为8,如果强行设置比8小的数值,oracle将忽略你设置的值,而使用8作为该参数值。