buffer busy waits等待事件

郑全

本文收集了魏兴华在itpub的精华帖，还有其他一些网友的总结整理而成
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。

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$mystat;        SID----------       164 SCOTT@orcl>declare  2  c number;  3  begin  4  for i in 1 ..6000000 loop  5  select count(*) into c from emp where empno=7788;  6  end loop;  7  end;  8  /SCOTT@orcl>select distinct sid from v$mystat;        SID----------       422 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$mystat;        SID----------       422 SCOTT@orcl>SCOTT@orcl>begin  2  for i in 1 ..4000000 loop  3  UPDATE  emp SET sal=2000 where empno=7788;  4  commit;  5  end loop;  6  end;  7  /
SCOTT@orcl>select distinct sid from v$mystat;        SID----------        85SCOTT@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                     Otherlog file parallel write        System I/Ocontrol file parallel write    System I/OSQL*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 Configurationcomplete) control file parallel write    System I/Obuffer busy waits              ConcurrencySQL*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 triesdirect path read                                  7 file number             1581054 first dba                     1 block cntdirect path read                                  7 file number             1609013 first dba                     4 block cntlog file parallel write                           1 files                        18 blocks                        1 requestsdirect path read                                  7 file number             1607515 first dba                     1 block cntSQL*Net message to client                1650815232 driver id                     1 #bytes                        0buffer 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_extentswhere 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