Oracle Shared Pool 原理

由於shared pool中最重要的是library cache，所以本文主要講解Library cache的結構，library cache latch，library cache lock，library cache pin。

What is shared pool?

Shared pool是SGA中的一部分，由於它是SGA的一部分，這意味著它可以被所有的程序所訪問，Shared Pool當中主要包含了2部分：library cache和dictionary cache 也稱為 row cache。

    Library cache包含了共享SQL區(shared SQL areas),私有SQL區(private SQLareas,如果配置了共享伺服器),PL/SQL儲存過程以及包，還有一些控制資訊，比如說locks以及library cache handles。

    Dictionary cache包含了表，檢視的依賴資訊，比如表結構，它的使用者，Oracle在解析SQL的時候就會頻繁的訪問dictionary cache。

How is it managed?

Shared pool和PGA都是由一個Oracle的記憶體管理器來管理，我們稱之為KGH heap manager。Heap Manager不是一個程序，而是一串程式碼。Heap Manager主要目的就是滿足server 程序請求memory 的時候分配記憶體或者釋放記憶體。Heap Manager在管理PGA的時候，Heap Manager需要和作業系統來打交道來分配或者回收記憶體。但是呢，在shared pool中，記憶體是預先分配的，Heap Manager管理所有的空閒記憶體。當某個程序需要分配shared pool的記憶體的時候，Heap Manager就滿足該請求，Heap Manager也和其他ORACLE模組一起工作來回收shared pool的空閒記憶體。

Library Cache Manager

Library cache Manager 可以看做是Heap Manager的客戶端，因為library cache manager是根據Heap Manager來分配記憶體從而存放library cache objects。Library cache Manager控制所有的library cache object，包括package/procedure, cursor, trigger等等。

Hash Table and Hash Bucket

Library cache是由一個hash table組成，這個hash table又由hash bucket組成的陣列構成，每個hash bucket又是由一些相互指向的library cache handle所組成，library cache object handle就指向具體的library cache object以及一些引用列表。

Library Cache結構示意圖如下： 

Library Cache handle

我們對Library cache中所有物件的訪問是通過利用library cache handle來實現的，也就是說我們想要訪問library cache object，我們必須先找到library cache handle。Library cache handle指向library cache object,它包含了library object的名字，名稱空間，時間戳，引用列表，lock物件以及pin物件的列表資訊等等。Library cache handle也被library cache用來記錄哪個使用者在這個這個handle上有lock，或者是哪個使用者正在等待獲得這個lock。那麼這裡我們也知道了library cache lock是發生在handle上的。

當一個程序請求library cache object, library cache manager就會應用一個hash 演算法，從而得到一個hash 值，根據相應的hash值到相應的hash bucket中去尋找。這裡的hash演算法原理與buffer cache中快速定位block的原理是一樣的。如果library cache object在記憶體中，那麼這個library cache handle就會被找到。有時候，當shared pool不夠大，library cache handle會保留在記憶體中，然而library cache heap由於記憶體不足被age out，這個時候我們請求的object heap就會被過載。最壞的情況下，library cache handle在記憶體中沒有找到，這個時候就必須分配一個新的library cache handle，同時object heap也會被載入到記憶體中。

Library Cache Object

Library Cache Object是由一些獨立的heap所組成，前面說了Library cache handle指向Library cache Object，其實handle是指向第一個heap,這個heap 我們就稱之為heap 0。Heap 0記錄了指向其他heap的指標資訊。

根據上面描述，Library cache中的的Library cache object結構示意圖可以用上圖來表示(本圖摘自DSI405)

Library cache lock/pin

Library cache lock/pin是用來控制對library cache object的併發訪問的。Lock管理併發，pin管理一致性，lock是針對於library cache handle,而pin是針對於heap。

當我們想要訪問某個library cache object，我們首先要獲得這個指向這個object的handle的lock，獲得這個lock之後我們就需要pin住指向這個object的heap。

當我們對包，儲存過程，函式，檢視進行編譯的時候，Oracle就會在這些物件的handle上面首先獲得一個library cache lock，然後再在這些物件的heap上獲得pin，這樣就能保證在編譯的時候其它程序不會來更改這些物件的定義，或者將物件刪除。

當一個session對SQL語句進行硬解析的時候，這個session就必須獲得library cache lock，這樣其他session就不能夠訪問或者更改這個SQL所引用的物件。如果這個等待事件花了很長時間，通常表明共享池太小(由於共享池太小，需要搜尋free的chunk，或者將某些可以被移出的object page out，這樣要花很長時間)，當然了，也有可能另外的session正在對object進行修改(比如split 分割槽),而當前session需要引用那個table，那麼這種情況下我們必須等另外的session進行完畢。

Library Cache lock有3中模式：

• Share(S):     當讀取一個library cache object的時候獲得

• Exclusive(X): 當建立/修改一個library cache object的時候獲得

• Null(N)：     用來確保物件依賴性

比如一個程序想要編譯某個檢視，那麼就會獲得一個共享鎖，如果我們要create/drop/alter某個物件，那麼就會獲得exclusive lock。Null鎖非常特殊，我們在任何可以執行的物件(cursor，function)上面都擁有NULL鎖，我們可以隨時打破這個NULL鎖，當這個NULL鎖被打破了,就表示這個物件被更改了，需要重新編譯。NULL鎖主要的目的就是標記某個物件是否有效。比如一個SQL語句在解析的時候獲得了NULL 鎖，如果這個SQL的物件一直在共享池中，那麼這個NULL鎖就會一直存在下去，當這個SQL語句所引用的表被修改之後，這個NULL鎖就被打破了，因為修改這個SQL語句的時候會獲得Exclusive 鎖，

由於NULL鎖被打破了，下次執行這個SQL的時候就需要重新編譯。

Library Cache pin有2種模式：

• Share(S):     讀取object heap

• Exclusive(X)：修改object heap

Library Cache pin沒有什麼好說的，當某個session想要讀取object heap，就需要獲得一個共享模式的pin，當某個session想要修改object heap，就需要獲得排他的pin。當然了在獲得pin之前必須獲得lock。

下面就是一個在Oracle10g RAC環境中的Library cache lock的案例

這個RAC環境有2個節點

SQL> select inst_id from gv$instance;
 
INST_ID
----------
2
1
在第一個節點中，session 4538被library cache lock阻塞
SQL> select inst_id,sid,serial#,event ,p1raw,machine,status from gv$session where username='BX5685';
 
INST_ID        SID    SERIAL# EVENT                          P1RAW            MACHINE              STATUS
---------- ---------- ---------- ------------------------ ------------     --------
1       4538      39833 library cache lock       C000000346FBA458 bdhp4462         ACTIVE
 
在Node1上面查詢
SQL> select * from dba_kgllock where kgllkreq > 0;
 
KGLLKUSE         KGLLKHDL           KGLLKMOD   KGLLKREQ KGLLKTYPE
---------------- ---------------- ---------- ---------- ------------
C0000004789EF9D0 C000000346FBA458          0          2 Lock
 
SQL> select kglnaown, kglnaobj from x$kglob where kglhdadr = 'C000000346FBA458';
 
KGLNAOWN             KGLNAOBJ
-------------------- --------------------
IDWSU1               PROD_ASSOC_DNORM
 
SQL> select kglhdadr, kglnaown, kglnaobj from x$kglob where kglnaobj = 'PROD_ASSOC_DNORM' and KGLNAOWN='IDWSU1';
 
KGLHDADR         KGLNAOWN             KGLNAOBJ
---------------- -------------------- --------------------
C000000346FBA458 IDWSU1               PROD_ASSOC_DNORM
 
在Node2上面查詢
SQL> select kglhdadr, kglnaown, kglnaobj from x$kglob where kglnaobj = 'PROD_ASSOC_DNORM' and KGLNAOWN='IDWSU1';
 
KGLHDADR                       KGLNAOWN             KGLNAOBJ
------------------------------ -------------------- ------------------------------
C000000443267070               IDWSU1               PROD_ASSOC_DNORM
C00000035C33E248               IDWSU1               PROD_ASSOC_DNORM
 
SQL> col event format a30
select sid, serial#,s.event, sql_text from dba_kgllock w, v$session s, v$sqlarea a
where w.kgllkuse = s.saddr and w.kgllkhdl='C000000443267070'
and s.sql_address = a.address
and s.sql_hash_value = a.hash_value;SQL>   2    3    4
 
SID    SERIAL# EVENT                          SQL_TEXT
---------- ---------- ------------------------------
4774      36583 db file scattered read         ALTER TABLE PROD_ASSOC_DNORM ENABLE CONSTRAINT PROD_ASSOC_DNORM_PK USING INDEX STORAGE ( INITIAL 4194304 NEXT 4194304 PCTINCREASE 0 ) TABLESPACE CDW_REFERENCE01M LOCAL
 
    在Oracle10gR2中，library cache pin被library cache mutex 所取代
 
Library cache Latch

  Library cache latch用來控制對library cache object的併發訪問。前面已經提到，我們要訪問library cache object之前必須獲得library cache lock， lock不是一個原子操作(原子操作就是在操作程中不會被打破的操作，很明顯這裡的lock可以被打破),Oracle為了保護這個lock，引入了library cache latch機制，也就是說在獲得library cache lock之前，需要先獲得library cache latch，當獲得library cache lock之後就釋放library cache latch。

如果某個library cache object沒有在記憶體中，那麼這個lock就不能被獲取，這個時候需要獲得一個library cache load lock latch，然後再獲取一個library cache load lock,當load lock獲得之後就釋放library cache load lock latch。

我們來看一下在 Oracle10gR2 中的一個有關library cache latch，

library cache lock, library cache pin 的統計情況

 
SQL> select name,gets,misses,sleeps  from v$latch where name like '%library%';
 
NAME                                 GETS     MISSES     SLEEPS
------------------------------ ---------- ---------- ----------
library cache                  1937415298    5513866    2346346
library cache lock              734620587     425030       3021
library cache pin               171326029     108613        868
library cache pin allocation      2930490         35          1
library cache lock allocation     5226147        349          2
library cache load lock            720252       1762         34
library cache hash chains               0          0          0

library cache latch受隱含引數_KGL_LATCH_COUNT的控制，預設值為大於等於系統中CPU個數的最小素數，但是Oracle對其有一個硬性限制，該引數不能大於67。注意：我們去查詢_kgl_latch_count有時候顯示為0,這是一個bug。

那麼library cache object handle是由哪個子latch來保護的呢？Oracle利用下面演算法來確定：

latch# = mod(bucket#, #latches)(摘自DSI405)

也就是說用哪個子latch去保護某個handle是根據那個handle所在的bucket號，以及總共有多少個子latch來進行hash運算得到的，對此我們不必深究。

latch contention

根據前面的講解，存在大量硬解析的系統上面就必然引發library cache latch, library cache lock競爭，下面就是一個每秒高達74個硬解析所引發

Library cache lock 成為Top wait event的一個案例。

Load Profile

Top 5 Timed Events

如果shared pool過小，也會引發library cache latch競爭，與此同時還會伴隨shared pool latch競爭。下面就是一個由於shared pool過小，導致library cache latch成為top wait event的案例

Load Profile

Top 5 Timed Events

Shared Pool Advisory

• SP: Shared Pool Est LC: Estimated Library Cache Factr: Factor

• Note there is often a 1:Many correlation between a single logical object in the Library Cache, and the physical number of memory objects associated with it. Therefore comparing the number of Lib Cache objects (e.g. in v$librarycache), with the number of Lib Cache Memory Objects is invalid.