Oracle Dababase_buffer_cache数据库高速缓存组织结构剖析

你的名字 2022-03-19 13:12 268阅读 0赞

这篇文章是参考甲骨论老相老师的教学视频:  
http://v.youku.com/v\_show/id\_XMzkyMjA0NDQ0.html  
所做的学习笔记  
  
  
其实之前已经介绍过shared pool的链式(chain)内存结构了..  
http://nvd11.blog.163.com/blog/static/200018312201301875752730/  
  
**1.双向链表**  
其实在Database buffer cache中, 也是用类似的chain结构, 只不过oracle一般是用双向链表.  
  
所谓单向链表,  就是指每个内存块(chunk)有1个尾部指针指向1个chunk的头部地址. 除了最后1个chunk,尾部是空指针.  
它只能单向从头1个chunk开始单向遍历.  
  
而双向链表则是每个chunk中前面多了个指针去指向前1个chunk的头部地址,如下图:  
双向链表的特点很明显, 就是可以双向遍历啦.

![Oracle Dababase\_buffer\_cache数据库高速缓存组织结构剖析 - 饥民 - 饥民2011][Oracle Dababase_buffer_cache_ - _ - _2011]  
  
  
**2.多链交叉**  
       Oracle在database buffer cache中存在多链交叉, 也就是说1个chunk可以同时存在于多条双向链中.  
       实现原理也很简单, 只不过在chunk头部和尾部再加若干个指针指向不同链中的下1个chunk(图就不画了.,,)

**3.Oracle必须把database buffer cache的内存块组织起来.**  
       相当于1个buffer来讲, database buffer cache显得十分巨大, 单独查找1个buffer就十分困难了, 所以有必要将各个buffer组织起来.  
       而查找某个buffer有多种方式:  
       1.例如我要找的是若干个脏块, DBwr进程会把它们写入dbf, 所以会存在一条专门连接脏块的chain.  
       2. 例如我要找1个干净的,而且最近访问次数很少的, 就把它移出缓存,让别的buffer使用, 所以会存在1条干净块的链..  
       ....  
        
**4.所以Oracle会在database buffer cache中存在很多条交叉的双向内存链.  
        ** 下面会介绍几条主要的链  
  
**5. CBC(cache buffers chain)**  
         CBC是database buffer cache中一种很重要的链, 作用类似于shared pool的chain, 用于给Server Process查找需要的数据缓存.  
          具体流程可以参考下图:

![Oracle Dababase\_buffer\_cache数据库高速缓存组织结构剖析 - 饥民 - 饥民2011][Oracle Dababase_buffer_cache_ - _ - _2011 1]

如上图,  
可以逻辑上,将database buffer cache分成两部分, 1部分存放很多条CBC chain, 另1个就是存放buffer 区.  
  
  
  
1. Server Process根据执行计划, 算出了要提取的数据在某个dbf文件的某个block中,   例如1号 dbf 文件24号block.  
2 . Server process 会根据这个block编号算出对应buffer的头部信息在那个 chain中.  
3, 在对应chain查找对应的头部信息,  
4. 找不到的话, 就会去dbf文件中把对应block分成两部分, 头部信息被挂到CBC 链 **(buffer header,包含对应buffer的地址类型等信息)**,  row data部分被写入1其中1个空buffer中. 并修改头部信息, 增加1个指针指向那个写入row data的buffer中( **物理读)**

5. server process根据CBC chain中的头部信息指针, 找到对应buffer, 提取数据给用户.  
  
可以理解出, 当这个block以前未被访问过时, oracle必须执行1-5步,其中包括第4步物理读,  下次访问时就只执行1 2 3 5步,只需逻辑读了.  
  
所以CBC链是将很多个buffer 的buffer header串联起来的一条内存链,  用于server process 根据block地址找到缓存中对应的buffer.  
  
  
**6. LRU(Least recent used) chain**  
    LRU链, 看名字也可以大概知道, 这时一条用于查找最近最少使用的buffer的链.  
    而事实上,在这条链挂着的都是干净的buffer, 那么什么情况下oracle要查找最少使用的干净buffer呢?  
  
    答案也很简单, 就是上面那副图,  
    第4步:找不到的话, 就会去dbf文件中把对应block分成两部分, 头部信息被挂到CBC 链 **(buffer header,包含对应buffer的地址类型等信息)**,  row data部分被写入1其中1个 **空buffer**中. 并修改头部信息, 增加1个指针指向那个写入row data的buffer中( **物理读)**  
  
   注意高亮的空buffer就是指free buffer, oracle会优先将数据文件的block数据缓存在这些free 的 buffer中, 因为这些buffer没有数据时空的嘛.  
  
     但是当数据库稳定运行一段时间之后,  database buffer cache里面就几乎没有空的buffer了, 都是有数据占用的buffer,  
  
     前面几篇文章都提到过,  这些有数据的buffer 分两种, 一种是干净的, 一种是脏的.   而脏的数据是指还未被DBWR进程写入数据文件,是不可以用的, 详细请看这里:  
http://nvd11.blog.163.com/blog/static/200018312201301592518115/  
  
      所以Oracle只能把干净的buffer挑出1个,然后让新的block数据写到这个buffer中.  但是因为原来干净的buffer数据被覆盖.所以下次访问这个buffer的数据就要重新进行1次物理读了.  
  
      所以Oracle就要根据最近访问次数排序,从而选出最近访问最少的那些干净buffer, 作为新的可用空间.  
  
     **  所以database buffer cache会存在一种内存链, 这条链会根据最近访问次数将干净buffer按次数多少连接起来, 这条链就是LRC链了.**  
  
     lRC链与其他chain一样,都有头部和尾部,  头部就是最近访问次数最少的buffer,叫做 **冷端(cold end)**,  反之尾部就叫热端 **(most end)**. 而oracle会不断维护这条LRC链(如根据访问次数调整顺序),当需要替换干净buffer时, 就会从冷端开始找啦.  
  
**7. LRUW(Least recent used WRITED) chain**  
    与上面那条LRC chain对应, 有一条专门for  脏buffer的链, 而且是按最近修改次数排序的.  
     
     那什么时候需要者条链呢, 事实上, Oracle有条DBWR 后台进程, 专门负责将database buffer cache里的脏数据写回dbf, 一旦写回,这个脏的buffer就变成干净的了.  这个动作时很费时间的,因为这是1个 **物理写**动作.  
  
       但是如果1个脏buffer最近修改次数很多, DBWR就算写回dbf, 很可能不久后又一次修改(就是又脏了), 所以DBWR会优先将那些最近修改次数最少的脏buffer 写回dbf, 可以避免多余的 **物理写**(物理IO)啊~  
  
      而LRUW链就是为DBWR找到最近最少修改的脏buffer服务的. 不难理解.  
  
**8. Check Point Queue (检查点队列) chain**  
     这条链式按照第一次被修改的时间排序的脏buffer链.  
  
     注意2点:  
     1, 里面都是脏buffer  
      2. 按照 **第一次**被修改(变脏)时间排序  
                 也就说有3个buffer   假如它们第一次修改时间分别是  12:00 13:00 14:00, 那么它们就按照这个顺序排序了, 假如15:00 时第1个buffer又被修改了,  但是这时它们的顺序不会变, 因为顺序依据是 **第一次**的被修改时间啊~  
  
     这条链有什么作用呢,  视频里老相老师没有说,他说以后再讲, 我也以后再补充吧...

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