OCP知识点讲解 之 队列、资源与锁:RHCA|OCM|CCIE RedHat大中华地区前50位RHCA系统架构师:叶绍琛

 

一、队列与共享资源

共享资源可以被多个会话、进程同时访问，因此它的访问需要保护。Oracle中，除了PGA，所有的东西（包括内存、磁盘、CPU、表、索引、事务等等，种类太多，一概用东西两字来代表）都是共享资源。多个进程或会话对共享资源操作时，就需要排队。这里所需要排的队就是队列（Enqueue）。访问不同的共享资源，需要排不同的队。可以这样说，有多少种队列，就有多少种需要保护的共享资源。队列的名字一般是两个字节构成，如TM，TX，JQ，……。具体所有队列的种类、名字，参见V$LOCK视图介绍中的附表。

二、队列标识

我们以TM为例，它是DML队列锁。在对表作DML操作时，需要先在此排队，正式点的说法是：需要先获得TM队列锁。TM也被称作表锁，因为它主要是在对表作操作是获得的。如果数据库中有1000个表，针对这一千个表，并非只有一个队列，要是这样的话也不太合理。1000个表，就应该有1000个TM队列，这样才附合常理。如果一千个队列都叫TM，将来操作时不好区分，因此，需要为这一千个TM队列分别名命，这个名字，也被称为队列标识。TM队列的命名格式为：TM-OID-0。其中OID是Object ID，即对象ID。最后一部分一般都是0。假如AA表的OID是6636，它的队列标识就是TM-6636-0。

每种队列的命名格式各不相同，总的来说是“队列名-ID1-ID2”，ID1和ID2分别是两个参数，对于TM队列来说，ID1是OID，ID2为0。

三、资源结构

继续我们上面的假设，如数据库中有一千个表，这就要对应一千个TM队列。但只有当操作到哪个表了，才会为它建立相关的队列信息。比如会话发布了对AA表的更新操作，需要在SGA中为AA建立相关的TM队列信息。这些相关AA的TM信息，也被称为“资源结构”（KSQRS，KSQ是内核服务队列的简写，RS是Resource Structure的简写，即资源结构）。每一个资源结构维持一个所有者、等待者和转换者的列表。如下图：

资源结构前的即是队列标识，也可以作为资源结构标识（资源标识）。

每一个所有者、等待者和转换者有一个锁结构（Ksqlk），简单点说每一个所有者、等待者和转换者有一个链表，此链表由会话、锁模式等信息构成，具体描述了什么会话以什么模式获得此资源结构。具体如下：

1)如果会话获得锁，锁结构将在所有者列表上

2)如果会话正在等待获得锁，锁结构将在等待者列表上

3)如果锁已被获得，但会话正在等待它被转换到一种不同的模式，锁结构将在转换者列表上

所有资源结构组成一个资源表，资源表和资源结构上的锁都被分配在SGA中。资源表中总的行数由初始化参数ENQUEUE_RESOURCES决定，且资源表中的行可以在X$KSQRS中被看到。正在被使用的将在V$RESOURCE中显示。还可以在v$resource_limit中看到资源结构数量的限制和使用情况：

sid=9 pid=10> select * from v$resource_limit where resource_name = 'enqueue_resources';

RESOURCE_NAME CURRENT_UTILIZATION MAX_UTILIZATION INITIAL_ALLOCATION   LIMIT_VALUE

------------------------------ ------------------- --------------- -------------------- -------------

enqueue_resources          32              32        968            UNLIMITED

可以看到，当前使用了32个资源结构，最多时使用了32个资源结构，初始化参数中分配了968个资源结构。最多使用是UNLIMITED，没有限制。由于Oracle 9i采用的算法，我们在X$KSQRS中看到的总行数并不是968，而是992。为确保重用，资源表中未用的资源结构被放置在一个连接列表，称为：Resource Free List。我们可以发布一些更新声明，不要提交，这样占用的TM、TX资源结构一直不会释放。观察X$KSQRS，TM资源结构的占用增多，但视图的总行数不变，还是992。新增的TM、TX资源结构占用了其他已经释放的资源结构。

四、资源结构哈希表

为了在资源表中快速找到某一资源结构，Oracle当然还是要使用HASH算法。Oracle根据资源标识计算HASH值。当然，和Library cache一样，资源表中已被占用的资源结构的HASH值构成了一个个HASH Buckut。

上图就是HASH Bucket和资源结构的图，可以看到和Library cache中的很像。HASH算法吗，所有的HASH算法都会有很多共同点。从上图中可以看到，想访问Hash Bucket，需要Enqueue hash chain闩，它需要保护上图中的HASH表，和每个Hash Bucket后的Hash链。它的数量由隐含参数_enqueue_hash_chain_latches控制。Enqueue hash chain闩类似于Buffer cache chain闩。它们都是一个闩要管理多个哈希桶，不过Enqueue hash chain更特殊，在单CPU环境中，只有一个，却要管理所有的哈希桶，这是因为队列的争用，毕竞比Buffer要小的多。

Oracle中所有关于HASH的算法，都要有HASH表、HASH链和保护HASH链的闩，HASH表不需要保护，这是因为HASH表是大小固定的数组。每一个数组元素就是一个Hash Bucket。每个哈希桶的哈希值也都是事先定好的。因此不存在对哈希桶的更改，如插入一个哈希桶、修改一个哈希桶的哈希值或删除一个未使用的哈希桶等等，这些操作都是不存在的。因此，既然不会有修改操作，哈希表就不需保护。需要保护的是每个哈希桶后的链。每个桶后的链中，都可以挂多个对象，我们可能向链上添加或删除对象，既然有修改，就需要保护。

队列资源Hash表的长度由_enqueue_hash控制，其始值来源于SESSION参数，初始是375。我们的资源表共有992行，而哈希桶只有375个，这必然会有多个资源结构排在某一个哈希桶后面。如果曾经增加过ENQUEUE_RESOURCES的值，也就是说，资源结构比系统默认的还要更多一些，但控制哈希表长度的_enqueue_hash参数值如果不跟着增加。这就意味着每个哈希桶下要挂接更多的资源结构，这有可能因起Enqueue hash chain闩的竞争。如何观察闩的使用情况这是下一章节的内容，这里就不多说了。_enqueue_hash的初始值是根据Sessions参数来定的，计算公式如下：((sessions-10)*2)+55，默认 ((170-10)*2)+55，正好等于375，它并不随ENQUEUE_RESOURCES的增加而增加。

队列、资源结构和锁结构的关系如上图。上图是分别在两个会话中发布如下声明后的结果：

在会话10：sid=10 pid=11> insert into a1 values(1,1,1);

已创建 1 行。

在会话12：sid=12 pid=12> insert into a1 values(2,2,2);

已创建 1 行。

查看哈希表视图：

sid=9 pid=10> select * from v$resource where type ='TM';

ADDR     TY        ID1        ID2

-------- -- ---------- ----------

7B6D5C40 TM       6657          0

可以看到，有一个TM队列，地址是7B6D5C40，对象ID是6657，这个正是A1表。

查看V$LOCK视图：

sid=13 pid=13> select * from v$lock where sid>=8;

ADDR  KADDR     SID   TY        ID1     ID2  LMODE    REQUEST      CTIME      BLOCK

-------- -------- ---------- -- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------

7AF661FC 7AF66308        10 TX     458765       2212          6          0        452          0

7AF3A074 7AF3A088       10 TM       6657          0          3          0        452          0

7AF837AC 7AF838B8       12 TX     327686       2355          6          0         84          0

7AF3A17C 7AF3A190      12 TM       6657          0          3          0         84          0

上面的结果中显示，TM-6657-0有两个锁，地址分别是7AF3A088、7AF3A190。

说明，上图中的信息，部分来自于队列结构的DUMP，声明如下，有兴趣可以自己试试。

sid=10 pid=11> alter session set events 'immediate trace name enqueues level 4';

哈希表的长度，由_enqueue_hash设定，资源结构的数量（也称资源表的长度），由ENQUEUE_RESOURCES设定。锁结构的的数量，也可以由DBA控制，隐含参数_enqueue_locks就是设置锁结构数量的（也称队列锁：Enqueue Lock），默认值2230。可以被看到在X$KSQEQ中，正在被使用的在V$ENQUEUE_LOCK显示。但是，有关TM、TX这两个队列的锁和其他情况的队列锁不一样，除非它们发生了Enqueue等待，否则它们并不在X$KSQEQ结构中显示，因此在X$KSQEQ之上的V$ENQUEUE_LOCK也没有正在使用中的TX、TM队列锁的情况。Oracle使用不同的结构来管理TX和TM排除。TX：X$KTCXB，内核事务控制事务对象，V$TRANSACTION_ENQUEUE的基础视图。它的尺寸由transactions初始化参数控制。有关TX的我们下面专门再说。再看TM：X$KTADM，内核事务访问定义DML锁。X$KTADM的尺寸由DML_LOCKS定义，也就是TM锁的数量。X$KTADM对DBA意义不大，可以为我们提供锁的模式、加锁的时间、正在请求的模式、会话SID等信息，信息量并不比V$LOCK中多。通过上两个X$视图观察正在使用中的TM、TX锁的最好办法是：

set linesize 800

col KTCXBNAM for a20

select * from x$ktcxb where ktcxblkp in (select kaddr from v$lock where type='TX');

select * from x$ktadm where ksqlkadr in ( select kaddr from v$lock where type='TM');

我们也可以在V$RESOURCE_LIMIT中看到有关队列锁的使用情况：

sid=9 pid=10> select * from v$resource_limit where resource_name like 'enqueue%';

RESOURCE_NAME CURRENT_UTILIZATION MAX_UTILIZATION INITIAL_ALLOCATION   LIMIT_VALUE

------------------------------ ------------------- --------------- -------------------- -------------

enqueue_locks                26              30       2230                 2230

enqueue_resources             26              26       1200            UNLIMITED

注意enqueue_locks和transactions、DML_LOCKS的关系，enqueue_locks是总的队列锁的数量，transactions定义了在总的队列锁中，TX锁的数量，DML_LOCKS是总队列锁中TM锁的数量。也就是说transactions和DML_LOCKS是enqueue_locks的一部分。