深入理解latch: cache buffers chains

事件背景：
一个客户的数据库发生了宕机事件，查看了数据库的awr报告，原来是由于出现大量的latch: cache buffers chains等待事件导致系统消耗量大量的CPU，最终导致系统hang住；

说明：
要理解latch: cache buffers chains并解决这个问题，就需要深入的了解Buffer Cache及其原理。
1、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、Hash Chain List、LRU List；
Hash Bucket & Hash Chain List：Hash Bucket与Hash Chain List用来实现data block的快速定位。
LRU List：挂载有指向具体的free buffer, pinned buffer以及还没有被移动到write list的dirty buffer等信息。所谓的free buffer就是指没有包含任何数据的buffer，所谓的pinned buffer，就是指当前正在被访问的buffer。
Write(Dirty)List：挂载有指向具体的dirty block的信息。所谓的dirty block，就是指在buffer cache中被修改过但是还没有被写入到磁盘的block。

2、Hash Bucket的原理：
如果所有的Buffer Cache中所有的Buffer都通过同一个结构管理，当需要确定某个Block在Buffer中是否存在时，将需要遍历整个结构，性能会相当低下；
为了提高效率，Oracle引入了Bucket的数据结构，Oracle把管理所有的Buffer通过一个内部的Hash算法运算后，存放到不同Hash Bucket中，这样通过Hash Bucket进行分割之后，众多的Buffer被分布到一定数量的Bucket之中，当用户需要在Buffer中定位数据是否存在是，只需要通过同样的算法获得Hash值，然后到相应的Bucket中查找少量的Buffer即可确定。每个Buffer存放的Bucket由Buffer的数据块地址运算决定；（这个算法从ORACLE官方得到的信息很少，可以用索引的知识去理解）Bucket内部，通过Cache Buffer Chain将所有的Buffer通过Buffer Header信息联系起来；
为了保护Bucket中的数据，每次访问的时候都需要先在内存中获取latches后才能访问，整个访问的结构如图：
用户内存中读数据的顺序：
a)对该Block运用Hash算法，得到Hash值。
b）获得获得cache buffers chains latch

c)到相应的Hash Bucket中搜寻相应Buffer Header
b）获得cache buffers chains latch；
d)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。e)如果找不到，就从磁盘读入到Buffer Cache中。

3、latch:cache buffers chains等待事件
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，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，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，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。

4、latch:cache buffers chains出现的原因
4.1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。对于正在运行的SQL语句，产生非常严重的latch:cache buffers chains争用，可以利用下面SQL查看执行计划，并设法优化SQL语句。
select * from table(dbms_xplan.display_cursor(‘sql_id’,sql_child_number));
如果SQL已经运行完毕，我们就看AWR报表里面的SQL Statistics->SQL ordered by Gets->Gets per Exec，试图优化这些SQL。

4.2热点块争用
1）查找数据库是否存在latch的争用
select sid,event,p1text,p1raw from v$session_wait where event=’latch: cache buffers chains’;

2)下面查询查出Top 5的争用的latch address。
select * from( select CHILD#,ADDR,GETS ,MISSES,SLEEPS from v$latch_children where name = ‘cache buffers chains’ and misses>0 and sleeps>0 order by 5 desc, 1, 2, 3) where rownum

3)然后利用下面查询找出Hot block。
select/*+RULE*/ e.owner||’.’||e.segment_namesegment_name, e.extent_idextent#, x.dbablk-e.block_id+1block#, x.tch, /* sometimes tch=0,we need to see tim */x.tim ,l.child# from v$latch_childrenl, x$bhx, dba_extentse where x.hladdr=’&ADDR’and e.file_id=x.file#and x.hladdr=l.addrand x.dbablkbetweene.block_idande.block_id+e.blocks-1 orderbyx.tchdesc; e.免费云主机域名owner||’.’||e.segment_namesegment_name, e.extent_idextent#, x.dbablk-e.block_id+1block#, x.tch, /* sometimes tch=0,we need to see tim */x.tim ,l.child# from v$latch_childrenl, x$bhx, dba_extentse where x.hladdr=’&ADDR’and e.file_id=x.file#and x.hladdr=l.addrand x.dbablkbetweene.block_idande.block_id+e.blocks-1 orderbyx.tchdesc;

4.3Hash 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。

5、latch:cache buffers chains的模拟测试
5.1创建表
SQL> create table john (no int,object_name varchar2(50));

5.2插入数据S
QL> declare i int;beginfor i in 1..5 loopinsert into john select rownum as no,object_name from dba_objects;end loop;end;/

5.3创建存储过程SQL> create or replace procedure p_john isi int;icount int;beginfor i in 1..1000 loopselect count(*) into icount from john;end loop;end;/

5.4模拟20并发全表扫描
SQL> var job_no number;S
QL> beginfor idx in 1..20 loopdbms_job.submit(:job_no,’p_john;’);commit;end loop ;end;/

5.5查看争用情况
SQL>select sid,event,p1text,p1raw from v$session_wait where event=’latch: cache buffers chains’;
显示存大量的latch等待；

5.6 latch: cache buffers chains等待事件在awr报告中的特征

总结以上的特征：
a)占用大量的CPU资源；
b)逻辑读比正常情况要多很多；
c)等待事件里面肯定有latch: cache buffers chains
d)Latch的命中率一般在95%以下，严重的在90%以下；

6、latch:cache buffers chains的个人解决方法很多时候应用的问题，其实是由于SQL质量导致的，很多DBA吐槽：DBA和开发是不同的部门，所以要让开发配合起来进行SQL调优难度较大，可行性较小。对于这种观点本人表示不赞同：当系统出现大的问题的时候，会导致系统性能下降，甚至宕机，那么如果这个系统重要的话，那么DBA完全可以把问题的原因及解决方法发送给开发人员，并抄送公司领导，并说明原因及解决的方法，由于这个时候DBA是唯一知道问题的根源及解决方法的，所以领导也会支持你的；另外：SQL调优是最有效的调优方法，建议DBA别从系统的角度去进行处理，避免填了一个坑又冒出一个坑；

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本文作者：JOHN

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