如何深度分析oracle buffer cache的概念以及內(nèi)存結(jié)構(gòu)

這篇文章給大家介紹如何深度分析oracle buffer cache的概念以及內(nèi)存結(jié)構(gòu)，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對(duì)大家能有所幫助。

1.buffer cache的概念
用最簡(jiǎn)單的語言來描述oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的本質(zhì)，其實(shí)就是能夠用磁盤上的一堆文件來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并提供了各種各樣的手段對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行治理。作為治理數(shù)據(jù)的最基本要求就是能夠保存和讀取磁盤上的文件中的數(shù)據(jù)。眾所周知，讀取磁盤的速度相對(duì)來說是非常慢的，而內(nèi)存相對(duì)速度則要快的多。因此為了能夠加快處理數(shù)據(jù)的速度，oracle必須將讀取過的數(shù)據(jù)緩存在內(nèi)存里。而oracle對(duì)這些緩存在內(nèi)存里的數(shù)據(jù)起了個(gè)名字：數(shù)據(jù)高速緩存區(qū)（db buffer cache），通常就叫做buffer cache。按照oracle官方的說法，buffer cache就是一塊含有許多數(shù)據(jù)塊的內(nèi)存區(qū)域，而這些數(shù)據(jù)塊主要都是數(shù)據(jù)文件里的數(shù)據(jù)塊內(nèi)容的拷貝。通過初始化參數(shù)：buffer_cache_size來指定buffer cache的大小。oracle實(shí)例一旦啟動(dòng)，該區(qū)域大小就被分配好了。

buffer cache所能提供的功能主要包括：
1）通過緩存數(shù)據(jù)塊，從而減少I/O。
2）通過構(gòu)造CR塊，從而提供讀一致×××。
3）通過提供各種lock、latch機(jī)制，從而提供多個(gè)進(jìn)程并發(fā)訪問同一個(gè)數(shù)據(jù)塊的功能。
2.buffer cache的內(nèi)存結(jié)構(gòu)

2.1 buffer cache概述
oracle內(nèi)部在實(shí)現(xiàn)其治理的過程中，有兩個(gè)非常有名的名詞：鏈表和hash算法。
鏈表是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過將對(duì)象串連在一起，從而構(gòu)成鏈表結(jié)構(gòu)。這樣，假如要修改、刪除、查找某個(gè)對(duì)象的話，都可以先到鏈表中去查找，而不必實(shí)際的訪問物理介質(zhì)。oracle中最有名的鏈表大概就是LRU鏈表了，我們后面會(huì)介紹它。

而hash算法則是為了能夠進(jìn)行快速查找定位所使用一種技術(shù)。所謂hash算法，就是根據(jù)要查找的值，對(duì)該值進(jìn)行一定的hash算法后得出該值所在的索引號(hào)，然后進(jìn)入到該值應(yīng)該存在的一列數(shù)值列表（可以理解為一個(gè)二維數(shù)組）里，通過該索引號(hào)去找它應(yīng)該屬于哪一個(gè)列表。然后再進(jìn)入所確定的列表里，對(duì)其中所含有的值，進(jìn)行一個(gè)一個(gè)的比較，從而找到該值。這樣就避免了對(duì)整個(gè)數(shù)值列表進(jìn)行掃描才能找到該值，這種全掃描的方式顯然要比hash查找方式低效很多。其中，每個(gè)索引號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)值列在oracle里都叫做一個(gè)hash bucket。

我們來列舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的hash算法。假設(shè)我們的數(shù)值列表最多可以有10個(gè)元素，也就是有10個(gè)hash buckets，每個(gè)元素最多可以包含20個(gè)數(shù)值。則對(duì)應(yīng)的二維數(shù)組就是t[10][20]。我們可以定義hash算法為n MOD 10。通過這種算法，可以將所有進(jìn)入的數(shù)據(jù)均勻放在10個(gè)hash bucket里面，hash bucket編號(hào)從0到9。比如，我們把1到100都通過這個(gè)hash函數(shù)均勻放到這10個(gè)hash bucket里，當(dāng)查找32在哪里時(shí)，只要將32 MOD 10等于2，這樣就知道可以到2號(hào)hash bucket里去找，也就是到t[2][20]里去找，2號(hào)hash bucket里有10個(gè)數(shù)值，逐個(gè)比較2號(hào)hash bucket里是否存在32就可以了。

buffer cache就是使用多個(gè)hash bucket來治理的，其hash算法當(dāng)然比我們前面列舉的要復(fù)雜多了。
從邏輯上說明了整個(gè)buffer cache的結(jié)構(gòu)是怎么樣的。

列出三個(gè)名詞：hash bucket、buffer header和hash chain。
這里的hash bucket就是我們前面說明hash算法中提到的二維數(shù)組的第一維。它是通過對(duì)buffer header
里記錄的數(shù)據(jù)塊地址和數(shù)據(jù)塊類型運(yùn)用hash算法以后，得到的組號(hào)。
這里的hash chain就是屬于同一個(gè)hash bucket的所有buffer header所串起來的鏈表。實(shí)際上，hash
bucket只是一個(gè)邏輯上的概念。每個(gè)hash bucket都是通過不同的hash chain而體現(xiàn)出來的。每個(gè)hash chain都會(huì)由一個(gè)cache buffers chains latch來治理其并發(fā)操作。

而對(duì)于buffer header來說，每一個(gè)數(shù)據(jù)塊在被讀入buffer cache時(shí)，都會(huì)先在buffer cache中構(gòu)造一個(gè)buffer header，buffer header與數(shù)據(jù)塊一一對(duì)應(yīng)。buffer header包含的主要信息有：
1）該數(shù)據(jù)塊在buffer cache中實(shí)際的內(nèi)存地址。就是上圖中的虛線箭頭所表示的意思。
2）該數(shù)據(jù)塊的類型，包括data、segment header、undo header、undo block等等。
3）該buffer header所在的hash chain，是通過在buffer header里保存指向前一個(gè)buffer header的指針和指向后一個(gè)buffer header的指針的方式實(shí)現(xiàn)的。
4）該buffer header所在的LRU、LRUW、CKPTQ等鏈表（這些鏈表我們后面都會(huì)具體說明）。也是通過記錄前后buffer header指針的方式實(shí)現(xiàn)。
5）當(dāng)前該buffer header所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊的狀態(tài)以及標(biāo)記。
6）該buffer header被訪問（touch）的次數(shù)。
7）正在等待該buffer header的進(jìn)程列表（waiter list）和正在使用該buffer header的進(jìn)程列表（user list）。

buffer cache中，缺省的hash bucket的數(shù)量或者說缺省有多少條hash chain鏈表，是由一個(gè)隱藏參數(shù)：
_db_block_hash_buckets決定的。置于該參數(shù)的取值，在我的測(cè)試中，8i下，該參數(shù)缺省為db_block_buffers×2；但是到了9i以后，該參數(shù)似乎取的是小于且最接近于db_block_buffers×2的素?cái)?shù)。

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