buffer busy waits等待事件

Posted 2021-08-29 by wukaiqiang; tagged with none

buffer busy waits 等待事件的产生

当n个进程想以不兼容的模式持有内存块上的buffer pin的时候，就会产生buffer busy waits等待

什么？
内存块上有buffer pin ?
不是说内存块的锁都是靠latch实现的吗？什么时候还冒出一个buffer pin？从来没听说过！！
好，既然你这么问，那我们可以先假设没有buffer pin这东东，看看oracle怎么去访问/修改一个数据块。（下面的过程尽可能的我做了简化）
1）依据数据块的地址计算出数据块所在的bucket
2）获得保护这个bucket的cbc latch
3）在这个链表上找寻我们需要的数据块
4）读取/修改数据块的内容
5）释放cbc latch
我们知道latch的获得和释放时间一般都是极短的（cpu的原子操作），上面5个步骤里1,2,3,5的时间我们都可以认为是极快的操作。
但是步骤四消耗的时间相对于这几个就大了去了。我粗糙的画了一个图，可以参展一下

这样就导致了一个问题，在大并发环境下，由于cbc latch的持有时间过长，会导致大量的latch争用，latch的大量争用非常容易导致系统的cpu资源出现瓶颈。需要特别说明的是，即使你所有的操作都是查询非修改，也会导致大量的cbc latch争用：cbc latch的持有到cbc latch的释放这段时间过长了。
如何解决这个问题呢，说一下ORACLE的做法。
ORACLE通过让每次访问buffer block的会话获取两次cbc latch，再配合在内存块上加buffer pin来解决这个问题

看如下的步骤。
1）依据数据块的地址计算出数据块所在的bucket
2）获得保护这个bucket的cbc latch
3）在这个链表上找寻我们需要的数据块，找到后，pin这个buffer（读取s，修改x）
4）释放cbc latch
5）读取/修改数据块的内容
6）获取cbc latch
7）unpin这个buffer
8）释放cbc latch
通过这种实现方式，我们看到cbc latch的持有时间大大降低了，因为cbc latch的持有，只做了很少的事情，这样就大大降低了cbc latch的争用。
你可能会挑战说，虽然cbc latch的争用会大大减轻，可是ORACLE只不过是转移了竞争点，现在变成了buffer lock之间的竞争。
你说的对，但是也不对！！
如果你的数据库里读极多，写极少，由于各个读之间的buffer pin是兼容的，都是s模式，因此不会产生任何的争用。
如果你的数据库里写极多，读极小，就会产生buffer busy waits等待，但是这种等待的代价比cbc latch的等待代价要小的多，latch的spin机制是非常耗cpu的，而buffer pin的管理本质上类似于enq 锁的机制，没有spin机制，不需要自旋耗费大量的cpu。
如果你的数据库是读写混合的场景，那么写会阻塞读，产生buffer busy waits，但是读不会阻塞写，不会产生这个等待。这个我们后面会重点讨论

下面我们模拟下怎么产生busy buffer waits等待事件：

SCOTT@orcl>select dbms_rowid.ROWID_RELATIVE_FNO(rowid) fn, dbms_rowid.rowid_block_number(rowid) bl, rowid from emp ;

    FN         BL ROWID

     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAA
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAB
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAC
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAD
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAE
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAF
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAG
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAH
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAI
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAJ
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAK

    FN         BL ROWID

     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAL
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAM
     4        151 AAAR3xAAEAAAACXAAN

可以看到，emp表上的所有行都是在file 4，block 151上面的

现在我们来模拟三种情况：

情况一：两个session并发的进行查询

SCOTT@orcl>select distinct sid from v$mystat;

SID

SCOTT@orcl>declare
2 c number;
3 begin
4 for i in 1 ..6000000 loop
5 select count(*) into c from emp where empno=7788;
6 end loop;
7 end;
8 /

SCOTT@orcl>select distinct sid from v$mystat;

SID

SCOTT@orcl>declare
2 c number;
3 begin
4 for i in 1 ..6000000 loop
5 select count(*) into c from emp where empno=7900;
6 end loop;
7 end;
8 /

这个时候查询当前的非空等待事件：

SYS@orcl>select distinct event,s.wait_class from v$session_wait s,v$event_name e where event=name and e.wait_class not like 'Idle';

EVENT WAIT_CLASS

SQL*Net message to client Network

可以看到没有buffer busy waits的等待事件

情况二：一个session进行查询，另一个session进行更新操作：

SCOTT@orcl>select distinct sid from v$mystat;

SID

SCOTT@orcl>
SCOTT@orcl>begin
2 for i in 1 ..4000000 loop
3 UPDATE emp SET sal=2000 where empno=7788;
4 commit;
5 end loop;
6 end;
7 /

SCOTT@orcl>select distinct sid from v$mystat;

SID

SCOTT@orcl>declare
2 c number;
3 begin
4 for i in 1 ..6000000 loop
5 select count(*) into c from emp where empno=7900;
6 end loop;
7 end;
8 /

在这样的情况下系统的等待事件：

SYS@orcl>select distinct event,s.wait_class from v$session_wait s,v$event_name e where event=name and e.wait_class not like 'Idle';

EVENT WAIT_CLASS

latch free Other
log file parallel write System I/O
control file parallel write System I/O
SQL*Net message to client Network

情况三：两个session同时并发的进行更新操作

session 1：

SCOTT@orcl>begin
2 for i in 1 ..4000000 loop
3 UPDATE emp SET sal=2000 where empno=7788;
4 commit;
5 end loop;
6 end;
7 /

session 2：

SCOTT@orcl>begin
2 for i in 1 ..4000000 loop
3 UPDATE emp SET sal=2000 where empno=7900;
4 commit;
5 end loop;
6 end;
7 /
查询系统的当前等待事件：

EVENT WAIT_CLASS

log file switch (checkpoint in Configuration
complete)

control file parallel write System I/O
buffer busy waits Concurrency
SQL*Net message to client Network

看到了buffer busy waits的等待事件

我们看到发生写的会话session 1，没有任何的buffer busy waits等待，而发生读的会话session 2，产生了大量的buffer busy waits等待。
网上对这一块的争论是比较激烈的。
道理其实非常简单
1）当读取的进程发现内存块正在被修改的时候（如果有x模式的buffer pin，就说明正在被修改），它只能等待，它不能clone块，因为这个时候内存块正在变化过程中ing，这个时候clone是不安全的。很多人说，oracle里读写是互相不阻塞的，oracle可以clone内存块，把读写的竞争分开。其实要看情况，在读的时候发现内存块正在被写，是不能够clone的，因为是不安全的。这个时候读的进程只能等待buffer busy waits。
2）当写的进程发现内存块正在被读，这个时候，读是不阻塞写的，因为ORACLE可以很容易的clone出一个xcur的数据块，然后在clone的块上进行写，这个时候clone是安全的，因为读内存块的进程不会去修改数据块，保证了clone的安全性。

说到这里，基本上可以来一个简单的总结了，但是总结前，还是有必要给大家简单介绍一下，buffer header上的两个列表

每个buffer header上都有2个列表：users list和waiter list。
users list用来记录，当前有哪些会话获得了此buffer block上的buffer pin,并记录下buffer pin的模式。
waiter list用来记录，当前有哪些会话在等待buffer block 上的buffer pin，并记录下申请buffer pin的模式。
看到这两个列表，是不是觉得似曾相识？对了，enq锁的管理也是类似的这个方式，不过多了一个列表，锁转换列表。
给大家举个例子，会更清晰一些：
session 1(sid 123)：修改数据块block 1
此block的buffer headler上的users list如下：
sid hold mode
123 x

session 2(sid 134)：也想修改数据块block 1，但是由于于session 1的锁模式不兼容，只能等待buffer busy waits，此时的user list不变，waiter list如下：
sid req mode
134 x

session 3(sid 156)：也想修改数据块block 1，但是由于于session 1的锁模式不兼容，只能等待buffer busy waits，如果这个时候我们去观察后台的等待，会发现2个会话在等待buffer busy waits了（134,156）。此时的user list不变，waiter list如下：
sid req mode
134 x
156 x

如果这个时候sid为123的会话修改完成，那么会通知sid为134的会话获得buffer pin，此时的user list,waiter list 如下：
user list
sid hold mode
134 x

waiter list
sid req mode
156 x

可要看到，buffer lock的这种机制非常类似于enq锁的机制，先进先出，然后通过n个列表来记录锁的拥有者和等待着。等待buffer busy waits的进程在进入队列后，会设置一个1秒（_buffer_busy_wait_timeout）的超时时间，等待超时后，会“出队”检查锁有没有释放，然后重新入队。

最后我们可以来一个总结了：
1）buffer busy waits是产生在buffer block上的等待，由于n个进程想以不兼容的模式获得buffer block的buffer pin，进而引起buffer busy waits等待。
2）buffer lock的管理模式非常类似enq锁的管理模式，先进先出，有队列去记录锁的拥有者和等待着。
3）写写，读写都会产生buffer busy wiats等待。写写的两个会话，都会产生buffer busy wiaits等待，而读写的两个会话，只有读的session会产生，因为它不能去简单的clone一个内存块，正在发生写的内存块发生克隆是不安全的
4）oracle为了解决cbc latch持有时间过长的问题，以每次访问buffer block的会话获取两次cbc latch，再配合在内存块上加buffer pin来解决这个问题。

说明：oracle并不是针对所有的内存块都采取两次获取cbc latch的机制，比如针对索引root,索引branch，唯一索引的叶子节点，都是采取的一次获取机制

buffer busy waits的处理步骤：

1、定位当前buffer busy waits的热块：

select event,p1,p1text,p2,p2text,p3,p3text from v$session_wait where wait_class not like 'Idle';
EVENT P1 P1TEXT P2 P2TEXT P3 P3TEXT

latch: cache buffers chains 2.5253E+10 address 150 number 0 tries
direct path read 7 file number 1581054 first dba 1 block cnt
direct path read 7 file number 1609013 first dba 4 block cnt
log file parallel write 1 files 18 blocks 1 requests
direct path read 7 file number 1607515 first dba 1 block cnt
SQL*Net message to client 1650815232 driver id 1 #bytes 0
buffer busy waits 4 file# 151 block# 1 class#
Disk file operations I/O 3 FileOperation 0 fileno 4 filetype

我们可以看到，造成buffer busy waits热块的是file 4 block 151这个数据块

下一步我们再来查找这个数据块是属于哪个段的

Select owner, segment_name, segment_type, partition_name,tablespace_name from dba_extents
where relative_fno='&filename' and '&blocknum' between block_id and (block_id+blocks-1)
OWNER SEGMENT_NAME SEGMENT_TYPE PARTITION_NAME TABLESPACE_NAME

SCOTT EMP TABLE
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