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Oracle Redo log并行机制详解

2022-11-27 | 数据库 | 1818ip | 628°c
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Oracle的数据库日志称为Redo log,所有数据改变都记录Redo log,可以用于修复受损的数据库。Redo log 是用于恢复和一个高级特性的重要数据,一个redo条目包含了相应操作导致的数据库变化的所有信息,所有redo条目最终都要被写入redo文件中去。

Redo log buffer是为了避免Redo文件IO导致性能瓶颈而在sga中分配出的一块内存。一个redo条目首先在用户内存(PGA)中产生,然后由oracle服务进程拷贝到log buffer中,当满足一定条件时,再由LGWR进程写入redo文件。由于log buffer是一块“共享”内存,为了避免冲突,它是受到redo allocation latch保护的,每个服务进程需要先获取到该latch才能分配redo buffer。因此在高并发且数据修改频繁的oltp系统中,我们通常可以观察到redo allocation latch的等待。Redo写入redo buffer的整个过程如下:

在PGA中生产Redo Enrey -> 服务进程获取Redo Copy latch(存在多个—CPU_COUNT*2) -> 服务进程获取redo allocation latch(仅1个) -> 分配log buffer -> 释放redo allocation latch -> 将Redo Entry写入Log Buffer -> 释放Redo Copy latch;

shared strand

为了减少redo allocation latch等待,在oracle 9.2中,引入了log buffer的并行机制。其基本原理就是,将log buffer划分为多个小的buffer,这些小的buffer被成为strand(为了和之后出现的private strand区别,它们被称之为shared strand)。每一个strand受到一个单独redo allocation latch的保护。多个shared strand的出现,使原来序列化的redo buffer分配变成了并行的过程,从而减少了redo allocation latch等待。

shared strand的初始数据量是由参数log_parallelism控制的;在10g中,该参数成为隐含参数,并新增参数_log_parallelism_max控制shared strand的最大数量;_log_parallelism_dynamic则控制是否允许shared strand数量在_log_parallelism和_log_parallelism_max之间动态变化。

HELLODBA.COM>selectnam.ksppinm,val.KSPPSTVL,nam.ksppdesc 
  • 2fromsys.x$ksppinam, 3sys.x$ksppsvval
  • 4wherenam.indx=val.indx 5--ANDnam.ksppinmLIKE'_%'
  • 6ANDupper(nam.ksppinm)LIKE'%LOG_PARALLE%';
  • KSPPINMKSPPSTVLKSPPDESC ------------------------------------------------------------------------------
  • _log_parallelism1Numberoflogbufferstrands _log_parallelism_max2Maximumnumberoflogbufferstrands
  • _log_parallelism_dynamicTRUEEnabledynamicstrands
  • 每一个shared strand的大小 = log_buffer/(shared strand数量)。strand信息可以由表x$kcrfstrand查到(包含shared strand和后面介绍的private strand,10g以后存在)。 

    HELLODBA.COM>selectindx,strand_size_kcrfafromx$kcrfstrandwherelast_buf_kcrfa!='00'; 
  • INDXSTRAND_SIZE_KCRFA
  • --------------------------- 03514368
  • 13514368
  • HELLODBA.COM>showparameterlog_buffer
  • NAMETYPEVALUE -----------------------------------------------------------------------------
  • log_bufferinteger7028736
  • 关于shared strand的数量设置,16个cpu之内最大默认为2,当系统中存在redo allocation latch等待时,每增加16个cpu可以考虑增加1个strand,最大不应该超过8。并且_log_parallelism_max不允许大于cpu_count。

    注意:在11g中,参数_log_parallelism被取消,shared strand数量由_log_parallelism_max、_log_parallelism_dynamic和cpu_count控制。

    Private strand

    为了进一步降低redo buffer冲突,在10g中引入了新的strand机制——Private strand。Private strand不是从log buffer中划分的,而是在shared pool中分配的一块内存空间。

    HELLODBA.COM>select*fromV$sgastatwherenamelike'%strand%'; 
  •   POOLNAMEBYTES
  •   ------------------------------------------------
  •   sharedpoolprivatestrands2684928
  •   HELLODBA.COM>selectindx,strand_size_kcrfafromx$kcrfstrandwherelast_buf_kcrfa='00';
  •   INDXSTRAND_SIZE_KCRFA
  •   ---------------------------
  •   266560
  •   366560
  •   466560
  •   566560
  •   666560
  •   766560
  •   866560
  •   ...
  • Private strand的引入为Oracle的Redo/Undo机制带来很大的变化。每一个Private strand受到一个单独的redo allocation latch保护,每个Private strand作为“私有的”strand只会服务于一个活动事务。获取到了Private strand的用户事务不是在PGA中而是在Private strand生成Redo,当flush private strand或者commit时,Private strand被批量写入log文件中。如果新事务申请不到Private strand的redo allocation latch,则会继续遵循旧的redo buffer机制,申请写入shared strand中。事务是否使用Private strand,可以由x$ktcxb的字段ktcxbflg的新增的第13位鉴定:

    HELLODBA.COM>selectdecode(bitand(ktcxbflg,4096),0,1,0)used_private_strand,count(*) 
  •   2fromx$ktcxb
  •   3wherebitand(ksspaflg,1)!=0
  •   4andbitand(ktcxbflg,2)!=0
  •   5groupbybitand(ktcxbflg,4096);
  •   USED_PRIVATE_STRANDCOUNT(*)
  •   -----------------------------
  •   110
  •   01
  • 对于使用Private strand的事务,无需先申请Redo Copy Latch,也无需申请Shared Strand的redo allocation latch,而是flush或commit是批量写入磁盘,因此减少了Redo Copy Latch和redo allocation latch申请/释放次数、也减少了这些latch的等待,从而降低了CPU的负荷。过程如下:

    事务开始 -> 申请Private strand的redo allocation latch (申请失败则申请Shared Strand的redo allocation latch) -> 在Private strand中生产Redo Enrey -> Flush/Commit -> 申请Redo Copy Latch -> 服务进程将Redo Entry批量写入Log File -> 释放Redo Copy Latch -> 释放Private strand的redo allocation latch。#p#

    注意:对于未能获取到Private strand的redo allocation latch的事务,在事务结束前,即使已经有其它事务释放了Private strand,也不会再申请Private strand了。

    每个Private strand的大小为65K。10g中,shared pool中的Private strands的大小就是活跃会话数乘以65K,而11g中,在shared pool中需要为每个Private strand额外分配4k的管理空间,即:数量*69k。

    --10g: 
  •   SQL>select*fromV$sgastatwherenamelike'%strand%';
  •   POOLNAMEBYTES
  •   ------------------------------------------------
  •   sharedpoolprivatestrands1198080
  •   HELLODBA.COM>selecttrunc(value*KSPPSTVL/100)*65*1024
  •   2from(selectvaluefromv$parameterwherename='transactions')a,
  •   3(selectval.KSPPSTVL
  •   4fromsys.x$ksppinam,sys.x$ksppsvval
  •   5wherenam.indx=val.indx
  •   6ANDnam.ksppinm='_log_private_parallelism_mul')b;
  •   TRUNC(VALUE*KSPPSTVL/100)*65*1024
  •   -------------------------------------
  •   1198080
  •   --11g:
  •   HELLODBA.COM>select*fromV$sgastatwherenamelike'%strand%';
  •   POOLNAMEBYTES
  •   ------------------------------------------------
  •   sharedpoolprivatestrands706560
  •   HELLODBA.COM>selecttrunc(value*KSPPSTVL/100)*(65+4)*1024
  •   2from(selectvaluefromv$parameterwherename='transactions')a,
  •   3(selectval.KSPPSTVL
  •   4fromsys.x$ksppinam,sys.x$ksppsvval
  •   5wherenam.indx=val.indx
  •   6ANDnam.ksppinm='_log_private_parallelism_mul')b;
  •   TRUNC(VALUE*KSPPSTVL/100)*(65+4)*1024
  •   -------------------------------------
  •   706560
  • Private strand的数量受到2个方面的影响:logfile的大小和活跃事务数量。

    参数_log_private_mul指定了使用多少logfile空间预分配给Private strand,默认为5。我们可以根据当前logfile的大小(要除去预分配给log buffer的空间)计算出这一约束条件下能够预分配多少个Private strand:

    HELLODBA.COM>selectbytesfromv$logwherestatus='CURRENT'; 
  •   BYTES
  •   ----------
  •   52428800
  •   HELLODBA.COM>selecttrunc(((selectbytesfromv$logwherestatus='CURRENT')-(selectto_number(value)fromv$parameterwherename='log_buffer'))*
  •   2(selectto_number(val.KSPPSTVL)
  •   3fromsys.x$ksppinam,sys.x$ksppsvval
  •   4wherenam.indx=val.indx
  •   5ANDnam.ksppinm='_log_private_mul')/100/66560)
  •   6as"calculatedprivatestrands"
  •   7fromdual;
  •   calculatedprivatestrands
  •   --------------------------
  •   5
  •   HELLODBA.COM>selectcount(1)"actualprivatestrands"fromx$kcrfstrandwherelast_buf_kcrfa='00';
  •   actualprivatestrands
  •   ----------------------
  •   5
  • 当logfile切换后(和checkpoint一样,切换之前必须要将所有Private strand的内容flush到logfile中,因此我们在alert log中可能会发现日志切换信息之前会有这样的信息:”Private strand flush not complete”,这是可以被忽略的),会重新根据切换后的logfile的大小计算对Private strand的限制:

    HELLODBA.COM>altersystemswitchlogfile; 
  •   Systemaltered.
  •   HELLODBA.COM>selectbytesfromv$logwherestatus='CURRENT';
  •   BYTES
  •   ----------
  •   104857600
  •   HELLODBA.COM>selecttrunc(((selectbytesfromv$logwherestatus='CURRENT')-(selectto_number(value)fromv$parameterwherename='log_buffer'))*
  •   2(selectto_number(val.KSPPSTVL)
  •   3fromsys.x$ksppinam,sys.x$ksppsvval
  •   4wherenam.indx=val.indx
  •   5ANDnam.ksppinm='_log_private_mul')/100/66560)
  •   6as"calculatedprivatestrands"
  •   7fromdual;
  •   calculatedprivatestrands
  •   --------------------------
  •   13
  •   HELLODBA.COM>selectcount(1)"actualprivatestrands"fromx$kcrfstrandwherelast_buf_kcrfa='00';
  •   actualprivatestrands
  •   ----------------------
  •   13
  • 参数_log_private_parallelism_mul用于推算活跃事务数量在最大事务数量中的百分比,默认为10。Private strand的数量不能大于活跃事务的数量。

    HELLODBA.COM>showparametertransactions 
  •   NAMETYPEVALUE
  •   -----------------------------------------------------------------------------
  •   transactionsinteger222
  •   transactions_per_rollback_segmentinteger5
  •   HELLODBA.COM>selecttrunc((selectto_number(value)fromv$parameterwherename='transactions')*
  •   2(selectto_number(val.KSPPSTVL)
  •   3fromsys.x$ksppinam,sys.x$ksppsvval
  •   4wherenam.indx=val.indx
  •   5ANDnam.ksppinm='_log_private_parallelism_mul')/100)
  •   6as"calculatedprivatestrands"
  •   7fromdual;
  •   calculatedprivatestrands
  •   --------------------------
  •   22
  •   HELLODBA.COM>selectcount(1)"actualprivatestrands"fromx$kcrfstrandwherelast_buf_kcrfa='00';
  •   actualprivatestrands
  •   ----------------------
  •   22
  • 注:在预分配Private strand时,会选择上述2个条件限制下最小一个数量。但相应的shared pool的内存分配和redo allocation latch的数量是按照活跃事务数预分配的。

    因此,如果logfile足够大,_log_private_parallelism_mul与实际活跃进程百分比基本相符的话,Private strand的引入基本可以消除redo allocation latch的争用问题。

    本文来源:1818IP

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