2.4 Buffer Cache2.4.1 Buffer（Cache）Pool
Buffer（Cache）Pool组成结构Oracle Buffer Cache由3个Buffer Pool组成，如图2-9所示。其中：Default Pool：默认池，用于缓存常规数据；Keep Pool：保留池，主要用于缓存频繁更新的小表；Recycle Pool：回收池，用于缓存随机使用的大表。
Buffer Pool与Working SetBuffer Pool与Working Set的关系如图2-10所示。可以看到：Default Pool包含了多个Working Set；Keep Pool包含了多个Working Set；Recycle Pool包含了多个Working Set。我们可以通过查询x$kcbwbpd（Buffer Pool）与x$kcbwds（Working Set）来获取Buffer Pool中Working Set的分布情况，如下所示：
上面查询验证了图2-10的内容：Default Pool包含12个Working Set；Keep Pool包含2个Working Set；Recycle Pool包含2个Working Set。
DBWR与Working Set（1）Working Set组成结构Working Set由功能独特的List组成，如表2-4所示。
（2）DBWR与Working Set的关系DBWR与Working Set的关系如图2-11所示。
图2-11 DBWR与Working Set可以看到：一个DBWR进程负责多个Working Set；DBWR进程与特定的Working Set相对应，以轮询（类似CPU时间片分片）的方式进行写数据操作。（3）DBWR相关参数参数db_writer_processes/ dbwr_io_slaves决定了DBWR进程启动数量以及DBWR子进程的数量。在特定的场景下，可以通过适当增加这些参数值来达到数据库优化的目的，如下所示：
（4）DBWR写触发条件DBWR写进程触发条件主要有：写“脏”块；回收LRU List空间；检点（Checkpoint）；RAC Ping Writes。（5）DBWR写优先级DBWR进程写磁盘的优先级如表2-5所示。
DBWR写优先级是系统内部预定义的，按照内部优先级顺序排序固定。2.4.2 Cache Buffer Chain（Latch）
Cache Buffer Chain（Latch）结构Cache Buffer Chain（Latch）结构如图2-12所示。接下来对Cache Buffer Chain结构进行验证。
图2-12 Cache Buffer Chain(Latch)结构1）查询并获取Cache Buffer Chain（Latch）相关参数，如下所示：
2）Dump Buffers获取Cache Buffer Chains信息：
3）结合前面内容，可以获取如表2-6所示的信息。
不难看出：Buffer Cache中的Buckets Hash Table包含了大量的Hash Bucket（32768）；Hash Bucket的数量（32768）与Cache Buffer Chain的数量（32768）一一对应，与参数_db_block_hash_buckets（32768）一致；Cache Buffer Chain Latche的数量（1024）与参数_db_block_hash_latches保持一致；一个Cache Buffer Chain Latch负责管理多个Cache Buffer Chain。Cache Buffer Chain可能存在空（Null）Chain。在这种情况下，Chain上没有挂载BH（Buffer Header）。
Cache Buffer Chain（Latch）相关查询可以通过v$latch/v$latch_children来查询Cache Buffer Chain（Latch）相关信息，如下所示：可以看到有1024个Cache Buffer Chain（Latch），与初始化参数_db_block_hash_latches完全吻合。2.4.3 Cache Buffer Pin一般而言，Cache Buffer Chain（Latch）与Cache Buffer Pin的主要用途有：Cache Buffer Chain（Latch）：用于保护Chains完整性；Cache Buffer Pin：保护Buffer Block内容（Content）的完整性。
Cache Buffer Pin与（User）Wait ListCache Buffer Pin结构中包含了Pin相关的信息，当被阻塞的会话没有请求到Pin时，就可以将自己地址信息等提交到Wait list的末端进行等待。等待事件为“buffer busy wait”，由参数_buffer_busy_wait_timeout决定，默认为1秒钟。如下所示：当Session以Exclusive（X）模式Pin住Buffer Header后，请求Pin住该Buffer Header的Session都会加入到Wait List的末端，同时触发“buffer busy wait”等待；当等待时间超过_buffer_busy_wait_timeout阈值后，等待Session将被唤醒，同时Pin持有者和等待者之间将会产生死锁。解决死锁的主要方式是释放该Buffer Header上的所有Pin，同时再次尝试获取该Buffer Header Pin。
Cache Buffer Pin工作模式当获取了Cache Buffer Chain（Latch）后，可以进行以下操作：从该Chain中添加或者删除Buffer Header；从Pin List中添加或者删除Pin；更改Pin的模式（S/X）。只有在X模式下的Pin才能修改Buffer内容 。一般来说，当将Pin加在Buffer上后，没有必要立即就释放该Pin。在某些情况下，查询优化器“预测”在不久的将来需要再次访问该Buffer，那么就会将Pin延迟到下一次User Call。从某种意义上讲，Oracle Pin住Buffer直到下一次User Call，是访问Buffer成本最低的方式。
Cache Buffer Pin与参数_db_block_max_cr_dba当需要更改Buffer Block的内容时，必须使用Cache Buffer Pin进行保护。如果这时对该Buffer Block进行查询，那么系统就会以当前Pin住的Buffer Block为基础块，重构CR镜像。参数_db_block_max_cr_dba限定了单个Block Buffer的最大CR镜像数量，同时从侧面限制了Chain的长度，提高了Chain扫描的速度，默认为6。如下所示：
以下步骤演示了Cache Buffer Chain（Pin）与参数_db_block_max_cr_dba的关系。1）Dump特定Buffer Block，语法如下：alter session set events 'immediate trace name set_tsn_p1 level ts#';alter session set events 'immediate trace name buffers level level#'其中：ts# = relative_fille# + 1level# = 4194304×relative_fille# + block#2）创建基表，并获取表相关信息，如下所示：
在这里：relative_fille# = 4ts# = relative_fille# + 1 = 5level# = 4194304×relative_fille# + block# = 167775513）Dump特定Buffer（Level2）：使用命令：alter session set events 'immediate trace name set_tsn_p1 level 5';alter session set events 'immediate trace name buffer level 16777551'进行Dump，Dump结果如下所示：
4）整理Dump结果，如表2-7所示。
5）Buffer Header的Hash链表关系如图2-13所示。
图2-13 BH与Chain从上面的关系中不难看出：BH间以哈希键值对组成双向链表，从逻辑上组成Cache Buffer Chain；单个DBA最大CR为6，与参数_db_block_max_cr_dba完全吻合；为了提高Cache Buffer Chain的检索速度，当单个Chain超过一定长度后，系统会将原有的Chain断链，分裂组合成新的Chains。在这里，单个DBA的CR镜像分裂形成2条新Chain（Chain1、Chain2）。2.4.4 Buffer Cache等待与优化
Buffer Cache等待事件Buffer Cache等待事件主要分为3个级别：用户级等待；后台进程级（DBWR）等待；RAC集群级等待。其中，DBWR后台进程等待事件产生于DBWR进程将Buffer写入磁盘以及扫描LRU List的等待，包含DBWR写操作超时、请求释放空间时扫描LRU List的时间消耗、Check-point检查点。Buffer Cache常见等待事件有：buffer busy waits；free buffer waits；write complete waits。
Buffer Cache IO和DBWR优化Buffer Cache的IO以及 DBWR优化主要集在以下几个方面：维持好的Buffer Cache 命中率，一般要求大于90%，如下所示：
考虑采用高性能IO硬盘，如SSD硬盘灯，可以提升iops、tps等；将物理存储条带化，使得物理IO均衡到多个磁盘，减少IO争用；使用直接IO加载、直接插入操作，跳过Buferr Cache缓冲区，直接写入物理存储文件；考虑适当调节参数_sort_multiblock_read_count/db_file_multiblock_read_count来提高IO性能，如下所示：
在特定场景中，考虑增加DBWR并行度，通过参数dbwr_io_slaves/db_writer_processes进行设置，如下所示：
Buffer Busy Waits（Free Buffer Waits）优化（1）Buffer Busy Waits优化Buffer Busy Waits产生的主要原因：多个Session访问同一个Buffer Block；多个Session等待同一个Buffer Block（Pin X）的更改提交（与事务相关）。Buffer Busy Waits的解决办法如下：考虑将热块数据分离到不同Block，例如，增加pctfree百分比；对于索引热块的争用，可以考虑使用Reverse Index将热块分裂到不同的块；优化数据存储方式，采用非顺序的方式随机将同一个块中的记录分散到不同数据库块中。（2）Free Buffer Waits优化Free Buffer Waits产生的主要原因：LRUW过满；DBWR进程不能及时快速清理LRUW List。Free Buffer Watis的解决办法如下：增加DBWR批量写大小，通过参数_db_large_dirty_queue进行设置，如下所示：
参数_db_large_dirty_queue在10g中默认为30，在11g中默认为25。采用SSD条带化磁盘，使得DBWR能够更快的写到磁盘；使用异步IO，使用参数_dbwr_async_io进行设置，如下所示：0可以考虑适当减少LRU List的数量 ；在使用多个LRUW List的时候使用多个DBWR进程；确保“cache buffers lru chain latch”命中率高于99%，如下所示：
使用直接IO加载、直接插入操作，跳过Buffer Cache，提升DBWR写磁盘速度。
相关资源：Oracle11g体系结构深入剖析和运维管理（三）