什么是latch以及如何导致latch争用

Oracle有多种锁机制，主要有：latch，enqueue，分布式锁，全局锁(用于并行实例执行)

本文主要讨论latch的内容，Oracle如何产生latch，以及如何导致latch争用。

1. 什么是latch
2. latch和enqueue的对比
3. 何时需要获得latch
4. latch请求模式
5. 什么原因导致latch争用
6. 如何确认内部latch的争用
7. 检查latch信息的SQL脚本
8. 列出所有的latch
9. 列出DBA需要关心的latch
10. 调整 _SPIN_COUNT参数(在Oracle7中是 _LATCH_SPIN_COUNT)

1. 什么是latch

latch是一种低级的序列化机制，用于保护SGA中的共享数据结构。依靠系统来操作latch的执行，尤其是关于一个进程是否需要等待latch以及需要等待多久。
latch锁的特点是它的请求和释放都很快。latch主要目的是为了避免多个进程在某一时刻执行了相同的代码片段。当一个进程僵死长时间持有latch，latch就会调用清除程序。latch有关联级别，用于防止死锁。一旦一个进程在某一级别请求了latch，后续的进程不能请求相同级别或更低级别的latch(除非用nowait方式请求)。

2. latch和enqueue的对比

enqueue是ORACLE另一种类型的锁机制。enqueue具有更复杂的机制，可以允许多个并发进行在不同程度上共享已知的资源。任何一个对象在并发使用时，都被enqueue保护。它的一个好处，例如在表上加锁，允许多种级别共享表。例如2个进程可以同时用share mode锁表，或share update mode方式锁表。
latch和enqueue的第一个不同是，enqueue是通过OS特殊的锁机制来获得。enqueue允许用户在请求锁时将请求模式储存到锁中。如果进程请求的锁的mode与锁上的mode互斥，则不能获得该锁，该请求需要等待。OS将请求进程放到一个等待队列中，该队列是先进先出的。
latch和enqueue的另一个不同是，latch没有像enqueue那样的等待队列，latch等待通过时间器调度被唤醒，再次尝试请求或spin(只在多处理器环境中)。如果所有的等待者都同时再次尝试请求(依赖于调度器)，任何一个都可能获得latch，所以有可能会造成，最早请求latch的进程最后获得该latch。

3. 何时需要获得latch

一个进程需要在SGA(System Global Area)的某个数据结构中运行时，需要请求latch。在该数据结构中执行的这段时间，都持有该latch。当进程在该数据结构中执行完成之后，删除该latch。每个latch都保护了不同的数据结构，通过latch名来识别。

Oracle使用原子指令，类似测试并置位操作(test and set)，对latch进行操作。如果latch被其他进程获得，那么本次请求的进程就需要等待该latch的释放。例如redo分配latch、copy latch，归档控制latch等。其基本思路是为了阻止并发。由于指令设置和释放latch是原子的，OS就可以确保只有1个进程获得到latch。因为只有1条指令，所以执行相当快。在latch持有时，会有一个很短暂的时间提供一个清理机制，预防持有进程僵死但仍然持有latch。latch清理将由PMON进程服务完成。

4. latch请求模式

latch请求有2中模式："愿意等待"或"不等待"("willing-to-wait" or "no wait")。通常，latch在"愿意等待"模式中请求。"愿意等待"模式中的请求将不断循环等待直到获得了该latch。当进程使用"不等待"模式请求latch时，如果该latch不可用，不是等待该latch，而是请求另一个latch。只有所有请求都失败时，服务进程才会等待。

"愿意等待"的latch有：shared pool和library cache的latch。
"不等待"的latch有，redo copy latch。

5. 什么原因导致latch争用

如果需要的latch正在被其他占用，进程将再次尝试spin，如果仍然无法获得，再次spin，该循环请求的最大次数由初始化参数_SPIN_COUNT决定。如果在整个循环完成之后，latch仍然不可获得，进程必须交出CPU时间片，进入sleep，初始化sleep时间为1厘秒，之后每次sleep时间为上次的2倍。
这将引起系统缓慢，因为增加了额外的CPU使用，直到latch有效。进程spinning的后果就是CPU的使用，spinning表示进程在sleep一段间隔后唤醒并检查latch是否有效。

6. 如何确认内部latch的争用

查询相关的数据字典视图：
V$LATCH
V$LATCHHOLDER
V$LATCHNAME

V$LATCH视图中的每行记录了一种类型的latch。视图的列表示了不同类型latch的请求活动。这些类型的请求的区别在于，latch不可用的情况下，进程是否继续请求：

"愿意等待" 该方式请求latch，如果请求失败，请求进程将等待一段时间后再次请求。进程将持续请求直到获得latch。

"不等待" 该方式立即请求latch，如果请求失败，进程不等待，但仍然继续执行。

V$LATCH的关键信息：
-----------------------
GETS               "愿意等待"模式下请求获得latch，成功的次数。
MISSES             "愿意等待"模式下请求获得latch，首次失败的次数。
SLEEPS             "愿意等待"模式下请求获得latch，在首次请求之后等待的次数。
IMMEDIATE_GETS     每个latch立即请求成功的次数
IMMEDIATE_MISSES   每个latch立即请求失败的次数

计算latch命中率
-----------------------
可用下面的公式计算latch命中率：
"愿意等待"模式：命中率=(GETS-MISSES)/GETS
"不等待"模式：命中率=(IMMEDIATE_GETS-IMMEDIATE_MISSES)/IMMEDIATE_GETS

该值最好接近1，如果不是根据latch名称的不同作出相应的调整。

7. 检查latch信息的SQL脚本

/*
** 显示系统级的latch统计信息
*/
column name format A32 truncate heading "LATCH NAME"
column pid heading "HOLDER PID"
select c.name,a.addr,a.gets,a.misses,a.sleeps,
a.immediate_gets,a.immediate_misses,b.pid
from v$latch a, v$latchholder b, v$latchname c
where a.addr = b.laddr(+)
and a.latch# = c.latch#
order by a.latch#;

/*
** 通过latch地址找到latch名称
*/
column name format a64 heading 'Name'
select a.name from v$latchname a, v$latch b
where b.addr = '&addr'
and b.latch#=a.latch#;

/*
** 显示指定名称的latch统计
*/
column name format a32 heading 'LATCH NAME'
column pid heading 'HOLDER PID'
select c.name,a.addr,a.gets,a.misses,a.sleeps,
a.immediate_gets,a.immediate_misses,b.pid
from v$latch a, v$latchholder b, v$latchname c
where a.addr = b.laddr(+) and a.latch# = c.latch#
and c.name like '&latch_name%' order by a.latch#;

8. 列出所有的latch

Oracle不同版本的latch#对应的latch名称可能不一样，通过下面的查询可以查到latch的名称对应。

column name format a40 heading 'LATCH NAME'
select latch#, name from v$latchname;

9. 列出DBA需要关心的latch

-BUFFER CACHE LATCHES:

主要有2中latch保护buffer cache中的数据块。通常在较频繁的IO时会看到这2类latch的争用。可以通过例如调整参数来减少争用。

Cache buffers chains latch:
该latch在buffer cache中的数据块被访问(pinned)时获得。
减少cache buffer chains latch的争用，首先通常是减少逻辑IO的比率，例如优化SQL减少所需的逻辑读。I/O可能频繁发生在热块上(该块被频繁访问)。

参看 NOTE:163424.1 How To Identify a Hot Block Within The Database to correctly identify this issue

Cache buffers LRU chain latch:
cache buffer lru chain latch请求发生在，想把一个新数据块放到buffer cache中的同时buffer正在往磁盘写回，尤其是尝试在buffer cache中扫描LRU(least recently used) chain中包含的脏数据。

减少cache buffer lru chain latch争用，可以增大buffer cache大小，从而降低将新块放入buffer cache的频率。增大buffer cache对于执行全表扫描或其他不使用buffer cache的操作没有效果。增大buffer pool通常可以减少该latch的争用。可以通过隐含参数创建额外的的cache buffer lru chain latch，_DB_BLOCK_LRU_LATCHES，还可以通过增大隐含参数_DB_BLOCK_HASH_BUCKETS，减少cache buffer lru chain latch的负载。

-LIBRARY CACHE

Library cache latch:
    Library cache latch用来保护共享池中library cache cache的SQL语句以及对象定义。当增加一个新的语句到library cache中是请求该latch，在解析过程中，Oracle先找寻library cache中是否有匹配语句，如果没有找到，Oracle将解析该语句，获得Library cache latch并插入新的SQL语句。
    减少该latch争用，首先应考虑应用中的SQL语句可以重用，尽可能地在应用中使用绑定变量。频繁地解析SQL，不但会造成该latch的miss增多，同时也增加了解析的CPU开销。如果应用使用Library cache使用不当，即使增大了共享池，仍然会有严重的latch争用。
    隐含参数 _KGL_LATCH_COUNT控制了Library cache latch的数量。通常该默认值都足够大，除非Library cache latch争用得厉害，需要手动调整该参数，可以适当增大该值。_KGL_LATCH_COUNT该参数默认是在CPU_COUNT值之后最大的质数，该值不能超过66。

Library cache pin latch:
当library cache中的语句被重复执行时请求该latch，高频率地执行相同的SQL会造成miss。少量减少Library cache pin latch的方法，可以使用私有同义词代替公有同义词，使用直接对象名称，如OWNER.TABLE。

-SHARED POOL RELATED LATCHES

Shared pool latch:
    Shared pool latch用来保护重要的操作，在共享池中分配和释放内存。如果应用使用文字SQL(不共享)，那么可能会由于该latch受限，影响吞吐量。新的SQL语句的解析需要消耗额外的CPU，以及造成library cache和shared pool latch的多次请求和释放。在ORACLE9之前，整个数据库只有一个这类的latch保护library cache分配内存，从ORACLE9起，有多个子latch，减缓了对该资源的争用。
    减少shared pool latch的一种方法是尽可能地避免硬解析，只解析1次，执行多次。不使用全文本SQL(没有绑定变量)也可以有效避免Shared pool latch，共享池的大小，以及MTS的使用，对Shared pool latch都有较大影响。
    参看 Note 62143.1 检查和解决共享池和Shared pool latch的问题。

Row cache objects latch:
当进程尝试访问cached的数据字典值时会产生该latch。通常该latch不会造成争用，唯一减少该latch争用的方法是增大共享池大小。

10. 调整 _SPIN_COUNT参数(在Oracle7中是 _LATCH_SPIN_COUNT)

_SPIN_COUNT参数控制了进程在未获得latch之前尝试多少次之后进入sleep。基本意思就是在获得CPU时间片时，反复循环尝试获得latch，直到_SPIN_COUNT次数还没获得就进入sleep。如果在一个单CPU的系统中，Oracle尝试再次请求latch，但是CPU被其他进程持有，那么其他进程会短暂地进入sleep，让该进程尝试获得latch。然而，在多处理器系统(SMP)中，可能其他进程在其他CPU的时间片上持有了该latch，等待他们在之后的指令中释放(通常latch的持有是非常短暂的)。

可以通过调整_SPIN_COUNT参数来调整性能。该值高，latch可能更快被获得。可是同时也花费了更多的CPU时间去spinning，因为sleep前的循环多了。增大参数_LATCH_SPIN_COUNT或_SPIN_COUNT，可以减少session的sleep。这些参数决定了在sleep之前需要尝试多少次去获得latch。latch的spinning需要消耗CPU，所以增大这些参数的同时，也增加了CPU的负载。如果系统CPU使用率达到100%，应用的吞吐量和相应时间都不错的情况下，可以考虑减小_SPIN_COUNT，用以降低CPU的使用。调整_SPIN_COUNT参数需要反复实验，通常在CPU资源足够的情况下增大该参数，在CPU资源紧张的时候，减小该参数。
总结latch的sleep和spin的次数，如果存在latch争用，而且CPU资源较多的情况，考虑增大_SPIN_COUNT，如果CPU资源满负荷，考虑减小_SPIN_COUNT。

本文转自 vfast_chenxy 51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/chenxy/751483，如需转载请自行联系原作者

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