Buffer cache 的调整与优化 一

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-- Buffer cache 的调整与优化(一)

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    Buffer Cache是SGA的重要组成部分，主要用于缓存数据块，其大小也直接影响系统的性能。当Buffer Cache过小的时候，将会造成更多的

free buffer waits事件。 下面将具体描述Buffer Cache的作用，调整与优化。

 

一、SGA的所有组件

    从动态视图v$sga_dynamic_components获取SGA的相关信息

   

        SELECT component, current_size, min_size FROM v$sga_dynamic_components;

        COMPONENT                 CURRENT_SIZE   MIN_SIZE

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

        shared pool                   71303168   71303168

        large pool                     4194304    4194304

        java pool                      4194304    4194304

        streams pool                   4194304    4194304

        DEFAULT buffer cache         113246208  113246208

        KEEP buffer cache                    0          0

        RECYCLE buffer cache                 0          0

        DEFAULT 2K buffer cache              0          0

        DEFAULT 4K buffer cache              0          0

        DEFAULT 8K buffer cache              0          0

        DEFAULT 16K buffer cache             0          0

        DEFAULT 32K buffer cache             0          0

        ASM Buffer Cache                     0          0

 

二、Buffer cache介绍

    1.Buffer cache的类型通常包括

        default buffer cache

        keep buffer cache

        recycle buffer cache

        nk buffer caches

       

        与Buffer cache打交道的后台进程为DBWn，与之对应的数据文件通常位于system 表空间，sysaux表空间，undo表空间，datafile 等  

 

            Buffer cache是SGA的一部分，其内容是由用户进程从数据文件读取出来的数据块，并且所有的用户共享这些数据块。通常，服务

        器进程为提高I/O性能，会一次性读多个数据块。对于Buffer cache中的脏数据则由DBWn进程写入到数据文件。同样为提高性能，DBWn

        进程也会一次写多个数据块。Buffer cache会拥有一个数据块的多个副本，当前块的最新副本仅有一份，而该数据块老的或旧的副本可

        能有多份，用于块的读一致性。Buffer cache采用LRU算法来淘汰掉过时的数据块。

            Buffer cache中存在检查点队列以及LRU链表。

 

    2.Buffer cache的几个相关参数

        Buffer cache能有由多个独立的且具有不同block size的缓冲池(buffer pool)组成。

        DB_BLOCK_SIZE：参数决定了数据库主块的块大小，该块的大小通常被系统表(system,sysaux)空间和主要的Buffer cache(recycle,keep,

            default buffer cache)所使用

        决定主要的Buffer cache大小的几个参数

            db_cache_size

            db_keep_cache_size

            db_recycle_cache_size

 

    3.Buffer cache中块的四种状态

        pinned:意味着多个会话在相同的时段写同一个数据块，其他的会话等待访问块。

        clean:优先要淘汰掉的数据块,即不是pinned状态,也不会被再次使用的块.该块可能和磁盘上的块处于同步状态,也可能是一个读一致性块

        free/unused:即Buffer cache中的块处于空闲状态或未使用状态，通常是由于实例刚刚启动。

        dirty：已发生变化的数据块，且没有进程再使用该块，则在aged out之前需要立即由DBWn 写入到数据文件。

   

            服务器进程将数据块从数据文件填充到Buffer cache，当Buffer cache中不再需要使用到数据块的副本时，而DBWn进程则将脏数据

        写入到数据文件，用于将数据块由  pinned 状态变为free 状态。

 

    4.参数db_block_checksum

        该参数设置为true，则一个指定的校验码被同时写入到数据块，用于防止磁盘，I/O系统损坏导致数据的丢失。

       

三、客户端服务器进程从Buffer cache获取数据的过程

    1.服务器进程使用一个哈希函数来检查所需的数据块是否已经位于Buffer cache。如果在Buffer cache中找到所需的数据块，则该块根据使

        用的频率放置到LRU队列中特定的位置。此时的读数据块为逻辑读，且不在需要执行后续步骤。如果不在Buffer cache中，则转到下一步。

    2.服务器进程搜索LRU列表中是否存在可用的空闲空间存放新的数据块。在搜索LRU列表同时时，已经被修改的脏数据将被服务器进程放置到

        检查点队列。

    3.检查点队列长度超出预设大小的阙值或服务器进程搜索空闲块操作预设的次数(由隐藏参数_db_block_max_scan_pct所指定的值，表示已

        经扫描的buffer header数量占整个LRU链表上的buffer header的总数量，在i中该限定值为40%)，则服务器进程通过DBWn将脏数据从

        Buffer cache写出到数据文件。

    4.当可用的空闲块被找到后，服务器进程从数据文件读入块到Database Buffer cache并放置到LRU队列中。如果所得到的块不是一致性读块

        ，则服务器进程从undo segment中重构一致性块。

       

    Buffer cache与DBWn密切相关，下面给出DBWn触发的条件

        脏缓冲列表达到指定的阙值大小

        搜索LRU空闲队列达到预设的阙值次数

        发生检查点事件

        数据库关闭时

        表空间实现热备份时

        表空间离线

        在段被删除时

       

        更多有关体系结构请参考：Oracle实例和Oracle数据库(Oracle体系结构)       

       

四、对buffer cache调优，命中率等

    1.调整buffer cache调优规则

        调优的目标：尽可能在Buffer cache中找到数据，降低等待可用空闲块的时间

        调试方法：

            wait events

            cache hit ration

            v$db_cache_advice view

        调整手段

            降低SQL命令对数据块的请求，如避免使用select * from 语句

            增加缓冲池的大小

            不同访问方式使用不同的缓冲池(buffer pools)

            缓存常用的表到内存

            并行读或排序操作不使用cache,直接从磁盘读入到PGA及内存

 

    2.决定Buffer cache的几个指标

        下面的查询中列出了涉及到buffer cache的几个重要指标数

            SELECT NAME, VALUE

            FROM   v$sysstat

            WHERE  NAME IN ('session logical reads',

                            'physical reads',

                            'physical reads direct',

                            'physical reads direct (lob) ',

                            'consistent gets',

                            'db block gets',

                            'free buffer inspected',

                            'free buffer requested',

                            'dirty buffers inspected',

                            'pinned buffers inspected');   

 

            NAME                                   VALUE

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

            session logical reads           139150060175

            db block gets                      274690511

            consistent gets                 139129962467

            physical reads                   21335058151

            free buffer requested            21085155516

            dirty buffers inspected               156801

            pinned buffers inspected              432841

            free buffer inspected                 968639

            physical reads direct                4995527

                       

        Session Logical Reads：所有的逻辑读的数据块的数量。

       

        Free Buffer Inspected指标:

            为寻找空闲buffer之前所检查块的总数量，即跳过块的数量。如果该值接近脏数据块的数量，则表明空闲块很少，该值应尽可能小

            于脏块的数量。

           

        Free Buffer Waits:

            当session在LRU list上没有寻找到空闲可用数据块或者搜寻可用的内存数据块被暂停的时候，该发生该事件，此为等待DBWn将脏

            块写入到数据文件的等待数。除此之外，会话在做一致性读时，需要构造数据块在某个时刻的前映像（image），此时需要申请内

            存来存放这些新构造的数据块，如果内存中无法找到这样的内存块，也会发生这个等待事件。

           

        Buffer Busy Waits:

            用户服务器进程已找到所需的数据块，但该块正被其它进程使用或多个进程同时要修改该块，此时需要等待的时间。

            当一个会话需要读取一个数据块，但这个数据块正在被另一个会话读取到内存中时，此时同样发生Buffer Busy Waits事件。

 

            SELECT event

                   ,total_waits

            FROM v$system_event

            WHERE event IN ('free buffer waits','buffer busy waits');  

           

            EVENT                     TOTAL_WAITS

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

            buffer busy waits            35216021  

           

        查询event事件名称

            SELECT NAME

                   ,parameter1

                   ,parameter2

                   ,parameter3

            FROM v$event_name

            WHERE NAME='buffer busy waits';

                         

            NAME                           PARAMETER1           PARAMETER2           PARAMETER3

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

            buffer busy waits              file#                block#               id

 

        产生Buffer busy waits的几种情形

            DATA BLOCK，数据块的竞争，该情形通常是基于表段和索引段上的竞争，下面的处理办法

                尽可能缩小SQL语句的查询字段，查询范围，如不使用select * 查询，将like子句改为直接赋值等

                检查索引的合理性。如使用了sequence生成的索引，其索引键通常位于相同的块，因此可以使用反向索引避免此问题

                使用自动段空间管理或增加空闲列表，以避免多个进程同时插入相同的块

                查询视图v$session_wait来获得热点块的文件ID，块ID，通过这些信息来获得对象ID，进一步对该对象进行调整

            UNDO Header

                基于UNDO段头部的竞争，如果未使用自动撤销段管理模式，则需要增加更多的回滚段

            UNDO BLOCK

                基于UNDO段块的竞争，如果未使用自动撤销段管理模式，则需为回滚段分配更大的尺寸

               

        产生Free Buffer waits的几种情形    

            DBWn进程来不及将数据写入到数据文件，导致需要等待被释放的空间

            I/O系统速度过于缓慢

                确保数据库文件是否分布在不同的磁盘上，或增加更高性能的磁盘

         &nb

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