Oracle下Latch详细介绍

　　引言

　　Oracle Rdbms应用了各种不同类型的锁定机制，latch即是其中的一种，本文将集中介绍latch(闩)的概念，理解latch的实现方法并说明引起latch冲突的原因。

　　什么是latch

　　Latch是用于保护SGA区中共享数据结构的一种串行化锁定机制。Latch的实现是与操作系统相关的，尤其和一个进程是否需要等待一个latch、需要等待多长时间有关。

　　Latch 是一种能够极快地被获取和释放的锁，它通常用于保护描述buffer cache中block的数据结构。与每个latch相联系的还有一个清除过程，当持有latch的进程成为死进程时，该清除过程就会被调用。Latch 还具有相关级别，用于防止死锁，一旦一个进程在某个级别上得到一个latch，它就不可能再获得等同或低于该级别的latch。

　　Latch与Enqueue(队列)

　　Enqueue 是Oracle使用的另一种锁定机制，它更加复杂，允许几个并发进程不同程度地共享某些资源。任何可被并发使用的对象均可使用enqueue加以保护。一 个典型的例子是表的锁定，我们允许在一个表上有不同级别的共享。与latch不同之处在于，enqueue是使用操作系统特定的锁定机制，一个 enqueue允许用户在锁上存贮一个标记，来表明请求锁的模式。操作系统lock manager跟踪所有被锁定的资源，如果某个进程不能获取它所请求的那种锁，操作系统就把请求进程置于一个等待队列中，该队列按FIFO原则调度，而在 latches中是没有象enqueue中排序的等待队列，latch等待进程要么使用定时器来唤醒和重试，要么spin(只用于多处理器情况下)。

　　何时需要latch

　　当一个进程准备访问SGA中的数据结构时，它就需要获得一个latch。当进程获得latch后，它将一直持有该latch直到它不再使用此数据结构，这时latch才会被释放。可通过latch名称来区分它所保护的不同数据结构。

　　Oracle 使用元指令对latch进行操作, 当所需的latch已被其他进程持有时，执行指令进程将停止执行部分指令，直到该latch被释放为止。从根本上讲，latch防止并发访问共享数据结 构，由于设置和释放latch的指令是不可分割的，操作系统就可以保证只有一个进程获得latch，又由于这只是单条指令，所以执行速度很快。latch 被持有的时间是很短，而且提供了当持有者不正常中断时的清除机制，该清除工作是由Oracle后台进程PMON来完成的。

　　什么导致latch冲突

　　Latch 保护SGA中的数据结构被多个用户同时访问，如果一个进程不能立即得到所需latch，它就必须等待，这就导致了CPU的额外负担和系统的速度降低。额外 的CPU使用是进程‘spining’导致的，‘spining’是指进程定时地重复尝试获取latch，在连续两次之间，进程处于休眠状态，在得到 latch之前，spining过程将重复进行下去。

　　如何标识内部latch的冲突

　　Server manager monitor是一个相当有用的来监视latch等待、请求和冲突的工具。也可查询相关的数据字典表：v$latch, v$latchholder, v$latchname。

　　v$latch 表的每一行包括了对不同类型latch的统计，每一列反映了不同类型的latch请求的活动情况。不同类型的latch请求之间的区别在于，当latch 不可立即获得时，请求进程是否继续进行。按此分类，latch请求的类型可分为两类：willing-to-wait和immediate。

　　Willing-to-wait : 是指如果所请求的latch不能立即得到，请求进程将等待一很短的时间后再次发出请求。进程一直重复此过程直到得到latch。

　　Immediate：是指如果所请求的latch不能立即得到，请求进程就不再等待，而是继续执行下去。

　　在v$latch中的以下字段反映了Willing-to-wait请求：

　　GETS---成功地以Willing-to-wait请求类型请求一个latch的次数。

　　MISSES---初始以Willing-to-wait请求类型请求一个latch不成功的次数。

　　SLEEPS---初始以Willing-to-wait请求类型请求一个latch不成功后，进程等待获取latch的次数。

　　在v$latch中的以下字段反映了Immediate类请求：

　　IMMEDIATE_GETS---以Immediate请求类型成功地获得一个latch的次数。

　　IMMEDIATE_MISSES---以Immediate请求类型请求一个latch不成功的次数。

　　我们可以通过对v$latch, v$latchholder, v$latchname的查询获得有关latch信息，例如：

　　/* 已知一个latch地址，找到latch名字 */

　　col name for a40

　　select a.name from v$latchname a, v$latch b

　　where b.addr = '&addr'

　　and b.latch#=a.latch#;

　　/* 显示系统范围内的latch统计 */

　　column name format A32 truncate heading "LATCH NAME"

　　column pid heading "HOLDER PID"

　　select c.name,a.addr,a.gets,a.misses,a.sleeps,

　　a.immediate_gets,a.immediate_misses,b.pid

　　from v$latch a, v$latchholder b, v$latchname c

　　where a.addr = b.laddr(+)

　　and a.latch# = c.latch#

　　order by a.latch#;

　　/* 由latch名称显示对latch的统计 */

　　select c.name,a.addr,a.gets,a.misses,a.sleeps,

　　a.immediate_gets,a.immediate_misses,b.pid

　　from v$latch a, v$latchholder b, v$latchname c

　　where a.addr = b.laddr(+) and a.latch# = c.latch#

　　and c.name like '&latch_name%' order by a.latch#;

　　latch有40余种，但作为DBA关心的主要应有以下几种：

　　Cache buffers chains latch: 当用户进程搜索SGA寻找database cache buffers时需要使用此latch。

　　Cache buffers LRU chain latch: 当用户进程要搜索buffer cache中包括所有 dirty blocks的LRU (least recently used) 链时使用该种latch。

　　Redo log buffer latch: 这种latch控制redo log buffer中每条redo entries的空间分配。

　　Row cache objects latch: 当用户进程访问缓存的数据字典数值时，将使用Row cache objects latch。

　　下 面我们将着重介绍一下如何检测和减少redo log buffer latch的冲突。对redo log buffer的访问是由redo log buffer latch来控制的，这种latch有两种类型， redo allocation latch和redo copy latch。

　　Redo allocation latch控制redo entries在redo log buffer中的空间分配。Oracle的一个用户进程只有得到redo allocation latch后才能为redo entries在redo log buffer中分配空间，又由于一个instance只有一个redo allocation latch，所以一次只有一个用户进程在buffer中分配空间。当用户进程获得latch后，首先为redo entry分配空间，然后进程继续持有latch并拷贝entry到buffer中，这种拷贝称为“在redo allocation latch上的拷贝”(copying on the redo allocation latch)，拷贝完毕后，用户进程释放该latch。

　　一个“在redo allocation latch上的拷贝”的redo entry的最大值是由初始化参数LOG_SMALL_ENTRY_MAX_SIZE定义的，根据操作系统的不同而不同。

　　Redo Copy Latch只应用于多CPU的系统。在多CPU的instance中，如果一个redo entry太大，超过了LOG_SMALL_ENTRY_MAX_SIZE定义值，则不能进行“在redo allocation latch上的拷贝”, 此时用户进程必须获取redo copy latch。一个instance中可以有多个redo copy latch，其数目由初始参数LOG_SIMULTANEOUS_COPIES决定，缺省值为CPU数目。

　　在单CPU情况下，不存在redo copy latch，所有的redo entry无论大小, 都进行“在redo allocation latch上的拷贝”。

　　对redo log buffer的过多访问将导致redo log buffer latch的冲突，latch冲突将降低系统性能，我们可通过如下查询来检测这种latch冲突：

　　col name for a40

　　SELECT ln.name,gets,misses,immediate_gets,immediate_misses

　　FROM v$latch l,v$latchname ln

　　WHERE ln.name IN('redo allocation','redo copy') AND ln.latch#=l.latch#

　　/

　　若misses与gets的比例超过1%或immediate_misses与(immediate_gets+immediate_misses)比例超过1%时，应考虑采取措施减少latch的冲突。

　　大 多数的redo log buffer latch冲突是在多个CPU情况下，两个或多个Oracle进程试图同时得到相同的latch发生的。由于一个instance只有一个redo allocation latch，为减少redo allocation latch的冲突，应减少单个进程持有latch的时间，这可以通过减小初始参数LOG_SMALL_ENTRY_MAX_SIZE以减小redo entry的数目和大小来实现。如果观察到有redo copy latch冲突，可以通过增大LOG_SIMULTANEOUS_COPIES 初始参数来加大latch数目，其缺省值为CPU数目，最大可增大到CPU数目的两倍。