Oracle Redo log并行機制詳解
Oracle的數據庫日志稱為Redo log，所有數據改變都記錄Redo log，可以用于修復受損的數據庫。Redo log 是用于恢復和一個高級特性的重要數據，一個redo條目包含了相應操作導致的數據庫變化的所有信息，所有redo條目最終都要被寫入redo文件中去。
Redo log buffer是為了避免Redo文件IO導致性能瓶頸而在sga中分配出的一塊內存。一個redo條目首先在用戶內存(PGA)中產生，然后由oracle服務進程拷貝到log buffer中，當滿足一定條件時，再由LGWR進程寫入redo文件。由于log buffer是一塊“共享”內存，為了避免沖突，它是受到redo allocation latch保護的，每個服務進程需要先獲取到該latch才能分配redo buffer。因此在高并發且數據修改頻繁的oltp系統中，我們通常可以觀察到redo allocation latch的等待。Redo寫入redo buffer的整個過程如下：
在PGA中生產Redo Enrey -> 服務進程獲取Redo Copy latch(存在多個---CPU_COUNT*2) -> 服務進程獲取redo allocation latch(僅1個) -> 分配log buffer -> 釋放redo allocation latch -> 將Redo Entry寫入Log Buffer -> 釋放Redo Copy latch;
shared strand
為了減少redo allocation latch等待，在oracle 9.2中，引入了log buffer的并行機制。其基本原理就是，將log buffer劃分為多個小的buffer，這些小的buffer被成為strand(為了和之后出現的private strand區別，它們被稱之為shared strand)。每一個strand受到一個單獨redo allocation latch的保護。多個shared strand的出現，使原來序列化的redo buffer分配變成了并行的過程，從而減少了redo allocation latch等待。
shared strand的初始數據量是由參數log_parallelism控制的;在10g中，該參數成為隱含參數，并新增參數_log_parallelism_max控制shared strand的最大數量;_log_parallelism_dynamic則控制是否允許shared strand數量在_log_parallelism和_log_parallelism_max之間動態變化。
- HELLODBA.COM>select nam.ksppinm, val.KSPPSTVL, nam.ksppdesc
- 2 from sys.x$ksppi nam,
- 3 sys.x$ksppsv val
- 4 where nam.indx = val.indx
- 5 --AND nam.ksppinm LIKE '_%'
- 6 AND upper(nam.ksppinm) LIKE '%LOG_PARALLE%';
- KSPPINM KSPPSTVL KSPPDESC
- -------------------------- ---------- ------------------------------------------
- _log_parallelism 1 Number of log buffer strands
- _log_parallelism_max 2 Maximum number of log buffer strands
- _log_parallelism_dynamic TRUE Enable dynamic strands
每一個shared strand的大小 = log_buffer/(shared strand數量)。strand信息可以由表x$kcrfstrand查到(包含shared strand和后面介紹的private strand，10g以后存在)。
- HELLODBA.COM>select indx,strand_size_kcrfa from x$kcrfstrand where last_buf_kcrfa != '00';
- INDX STRAND_SIZE_KCRFA
- ---------- -----------------
- 0 3514368
- 1 3514368
- HELLODBA.COM>show parameter log_buffer
- NAME TYPE VALUE
- ------------------------------------ ----------- ------------------------------
- log_buffer integer 7028736
關于shared strand的數量設置，16個cpu之內最大默認為2，當系統中存在redo allocation latch等待時，每增加16個cpu可以考慮增加1個strand，最大不應該超過8。并且_log_parallelism_max不允許大于cpu_count。
注意：在11g中，參數_log_parallelism被取消，shared strand數量由_log_parallelism_max、_log_parallelism_dynamic和cpu_count控制。
Private strand
為了進一步降低redo buffer沖突，在10g中引入了新的strand機制——Private strand。Private strand不是從log buffer中劃分的，而是在shared pool中分配的一塊內存空間。
- HELLODBA.COM>select * from V$sgastat where name like '%strand%';
- POOL NAME BYTES
- ------------ -------------------------- ----------
- shared pool private strands 2684928
- HELLODBA.COM>select indx,strand_size_kcrfa from x$kcrfstrand where last_buf_kcrfa = '00';
- INDX STRAND_SIZE_KCRFA
- ---------- -----------------
- 2 66560
- 3 66560
- 4 66560
- 5 66560
- 6 66560
- 7 66560
- 8 66560
- ...
Private strand的引入為Oracle的Redo/Undo機制帶來很大的變化。每一個Private strand受到一個單獨的redo allocation latch保護，每個Private strand作為“私有的”strand只會服務于一個活動事務。獲取到了Private strand的用戶事務不是在PGA中而是在Private strand生成Redo，當flush private strand或者commit時，Private strand被批量寫入log文件中。如果新事務申請不到Private strand的redo allocation latch，則會繼續遵循舊的redo buffer機制，申請寫入shared strand中。事務是否使用Private strand，可以由x$ktcxb的字段ktcxbflg的新增的第13位鑒定：
- HELLODBA.COM>select decode(bitand(ktcxbflg, 4096),0,1,0) used_private_strand, count(*)
- 2 from x$ktcxb
- 3 where bitand(ksspaflg, 1) != 0
- 4 and bitand(ktcxbflg, 2) != 0
- 5 group by bitand(ktcxbflg, 4096);
- USED_PRIVATE_STRAND COUNT(*)
- ------------------- ----------
- 1 10
- 0 1
對于使用Private strand的事務，無需先申請Redo Copy Latch，也無需申請Shared Strand的redo allocation latch，而是flush或commit是批量寫入磁盤，因此減少了Redo Copy Latch和redo allocation latch申請/釋放次數、也減少了這些latch的等待，從而降低了CPU的負荷。過程如下：
事務開始 -> 申請Private strand的redo allocation latch (申請失敗則申請Shared Strand的redo allocation latch) -> 在Private strand中生產Redo Enrey -> Flush/Commit -> 申請Redo Copy Latch -> 服務進程將Redo Entry批量寫入Log File -> 釋放Redo Copy Latch -> 釋放Private strand的redo allocation latch 。#p#
注意：對于未能獲取到Private strand的redo allocation latch的事務，在事務結束前，即使已經有其它事務釋放了Private strand，也不會再申請Private strand了。
每個Private strand的大小為65K。10g中，shared pool中的Private strands的大小就是活躍會話數乘以65K，而11g中，在shared pool中需要為每個Private strand額外分配4k的管理空間，即：數量*69k。
- --10g:
- SQL> select * from V$sgastat where name like '%strand%';
- POOL NAME BYTES
- ------------ -------------------------- ----------
- shared pool private strands 1198080
- HELLODBA.COM>select trunc(value * KSPPSTVL / 100) * 65 * 1024
- 2 from (select value from v$parameter where name = 'transactions') a,
- 3 (select val.KSPPSTVL
- 4 from sys.x$ksppi nam, sys.x$ksppsv val
- 5 where nam.indx = val.indx
- 6 AND nam.ksppinm = '_log_private_parallelism_mul') b;
- TRUNC(VALUE*KSPPSTVL/100)*65*1024
- -------------------------------------
- 1198080
- --11g:
- HELLODBA.COM>select * from V$sgastat where name like '%strand%';
- POOL NAME BYTES
- ------------ -------------------------- ----------
- shared pool private strands 706560
- HELLODBA.COM>select trunc(value * KSPPSTVL / 100) * (65 + 4) * 1024
- 2 from (select value from v$parameter where name = 'transactions') a,
- 3 (select val.KSPPSTVL
- 4 from sys.x$ksppi nam, sys.x$ksppsv val
- 5 where nam.indx = val.indx
- 6 AND nam.ksppinm = '_log_private_parallelism_mul') b;
- TRUNC(VALUE*KSPPSTVL/100)*(65+4)*1024
- -------------------------------------
- 706560
Private strand的數量受到2個方面的影響：logfile的大小和活躍事務數量。
參數_log_private_mul指定了使用多少logfile空間預分配給Private strand，默認為5。我們可以根據當前logfile的大小(要除去預分配給log buffer的空間)計算出這一約束條件下能夠預分配多少個Private strand：
- HELLODBA.COM>select bytes from v$log where status = 'CURRENT';
- BYTES
- ----------
- 52428800
- HELLODBA.COM>select trunc(((select bytes from v$log where status = 'CURRENT') - (select to_number(value) from v$parameter where name = 'log_buffer'))*
- 2 (select to_number(val.KSPPSTVL)
- 3 from sys.x$ksppi nam, sys.x$ksppsv val
- 4 where nam.indx = val.indx
- 5 AND nam.ksppinm = '_log_private_mul') / 100 / 66560)
- 6 as "calculated private strands"
- 7 from dual;
- calculated private strands
- --------------------------
- 5
- HELLODBA.COM>select count(1) "actual private strands" from x$kcrfstrand where last_buf_kcrfa = '00';
- actual private strands
- ----------------------
- 5
當logfile切換后(和checkpoint一樣，切換之前必須要將所有Private strand的內容flush到logfile中，因此我們在alert log中可能會發現日志切換信息之前會有這樣的信息："Private strand flush not complete"，這是可以被忽略的)，會重新根據切換后的logfile的大小計算對Private strand的限制：
- HELLODBA.COM>alter system switch logfile;
- System altered.
- HELLODBA.COM>select bytes from v$log where status = 'CURRENT';
- BYTES
- ----------
- 104857600
- HELLODBA.COM>select trunc(((select bytes from v$log where status = 'CURRENT') - (select to_number(value) from v$parameter where name = 'log_buffer'))*
- 2 (select to_number(val.KSPPSTVL)
- 3 from sys.x$ksppi nam, sys.x$ksppsv val
- 4 where nam.indx = val.indx
- 5 AND nam.ksppinm = '_log_private_mul') / 100 / 66560)
- 6 as "calculated private strands"
- 7 from dual;
- calculated private strands
- --------------------------
- 13
- HELLODBA.COM>select count(1) "actual private strands" from x$kcrfstrand where last_buf_kcrfa = '00';
- actual private strands
- ----------------------
- 13
參數_log_private_parallelism_mul用于推算活躍事務數量在最大事務數量中的百分比，默認為10。Private strand的數量不能大于活躍事務的數量。
- HELLODBA.COM>show parameter transactions
- NAME TYPE VALUE
- ------------------------------------ ----------- ------------------------------
- transactions integer 222
- transactions_per_rollback_segment integer 5
- HELLODBA.COM>select trunc((select to_number(value) from v$parameter where name = 'transactions') *
- 2 (select to_number(val.KSPPSTVL)
- 3 from sys.x$ksppi nam, sys.x$ksppsv val
- 4 where nam.indx = val.indx
- 5 AND nam.ksppinm = '_log_private_parallelism_mul') / 100 )
- 6 as "calculated private strands"
- 7 from dual;
- calculated private strands
- --------------------------
- 22
- HELLODBA.COM>select count(1) "actual private strands" from x$kcrfstrand where last_buf_kcrfa = '00';
- actual private strands
- ----------------------
- 22
注：在預分配Private strand時，會選擇上述2個條件限制下最小一個數量。但相應的shared pool的內存分配和redo allocation latch的數量是按照活躍事務數預分配的。
因此，如果logfile足夠大，_log_private_parallelism_mul與實際活躍進程百分比基本相符的話，Private strand的引入基本可以消除redo allocation latch的爭用問題。
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