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Enqueue (队列等待):
Enqueue是一种保护共享资源的锁定机制。该锁定机制保护共享资源,以避免因并发操作而损坏数据,比如通过锁定保护一行记录,避免多个用户同时更新。Enqueue采用排队机制,即FIFO(先进先出)来控制资源的使用。

在Oracle 10g之前,Enqueue事件是一组锁定事件的集合,如果数据库中这个等待事件比较显著,我们还需要进一步来追踪是哪个类别的锁定引发了数据库等待。

从Oracle 10g开始,Oracle对于队列等待进行了细分,v$event_name视图中可以查询这些细分后的等待事件,简要摘录几个示例如下:

sys@CCDB> select name,wait_class
  2  from v$event_name     
  3  where name like '%enq%';
NAME                                  WAIT_CLASS
------------------------------------- ------------------------
enq: PW - flush prewarm buffers       Application
enq: RO - contention                  Application
enq: RO - fast object reuse           Application
enq: KO - fast object checkpoint      Application
enq: TM - contention                  Application
enq: ST - contention                  Configuration
enq: TX - row lock contention         Application
enq: TX - allocate ITL entry          Configuration
enq: TX - index contention            Concurrency
enq: TW - contention                  Administrative
enq: HW - contention                  Configuration
......

Oracle 的锁按照类型可以分为排他锁(Exclusive,缩写为X)与共享锁(Share,缩写为S),或者是两者的组合锁。排他锁(X)也被称为独占锁,在排他锁释放之前,一个对象上不能施加任何其他类型的锁定;而共享锁(S)在释放之前,对象上还可以继续加其他类型的共享锁,但是不能加排他锁。

如果按照事务的类型划分,又可以将锁定划分为DML锁,DDL锁以及内存锁(也即通常所说的Latch)。Oracle在数据库内部用Enqueue等待来记录锁定,通过Latch Free等待事件来记录闩。Enqueue等待常见的有ST、HW、TX、TM等,下面择要进行介绍。

1. 最重要的锁定:TM与TX锁
对于数据库来说,最常见的锁定类型是TM以及TX锁定。

TX锁通常被称为事务锁,当一个事务开始时,如执行INSERT/DELETE/UPDATE/MERGE等操作或者使用SELECT ... FOR UPDATE语句进行查询时,会首先获取事务锁,直到该事务结束。Oracle的TX锁定是在行级获得的,每个数据行上都存在一个锁定位(1b-Lock Byte),用于判断该记录是否被锁定,同时在每个数据块的头部(Header)存在一个ITL的数据结构,用于记录事务信息等,当需要修改数据时,首先需要获得回滚段空间用于存储前镜像信息,然后这个事务信息同样被记录在ITL上,通过ITL可以将回滚信息和数据块关联起来,所以说Oracle的行级锁定是在数据块上获得的,行级锁只有排他锁没有共享模式

TM锁通常称为表级锁,可以通过手工发出lock命令获得,或者通过DML操作以及SELECT FOR UPDATE获得,表级锁可以防止其他进程对表加X排他锁,防止在对数据修改时,其他任务通过DDL来修改表结构或者truncate、drop表等操作。可以通过v$lock视图来观察锁定信息,其中TYPE字段表示锁定类型。对于TM锁LMODE字段又代表了不同级别的TM锁,这些级别包括2-row-S(SS)、3-row-X(SX)、4-share(S)、5-S/Row-X(SSX)和6-exclusive(X)。

当执行DML操作时,首先加TM锁,如果能获得锁定,则继续加TX事务锁。在一个会话中,一般只存在一个TX事务锁,在提交或回滚之前,该会话的所有DML操作都属于一个事务,使用一个回滚段,占用一个回滚段事务槽(Slot)。

以下通过SCOTT用户锁定一行记录,暂时不要提交:

scott@CCDB> update emp set sal = 4000 where empno = 7788;
1 row updated.

在另外session通过v$lock视图可以看到相关的锁定信息;

sys@CCDB> select sid,username from v$session where username = 'SCOTT';
       SID USERNAME
---------- ------------------------------
      1075 SCOTT
sys@CCDB> select * from v$lock where sid = 1075;
ADDR             KADDR                   SID TY        ID1        ID2      LMODE    REQUEST      CTIME      BLOCK
---------------- ---------------- ---------- -- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
000000008F836260 000000008F8362B8       1075 AE         99          0          4          0       1208          0
00002BA14E74A7F8 00002BA14E74A858       1075 TM      69539          0          3          0         16          0
000000008DF49A30 000000008DF49AA8       1075 TX      65551      30498          6          0         16          0

此时表上的行级排他锁会阻塞对于表的DDL语句:

sys@CCDB> truncate table scott.emp;
truncate table scott.emp
                     *
ERROR at line 1:
ORA-00054: resource busy and acquire with NOWAIT specified or timeout expired

此外,TM锁定的ID1代表的就是锁定的对象号:

sys@CCDB> select owner,object_name from dba_objects where object_id = 69539;
OWNER           OBJECT_NAME
--------------- ---------------
SCOTT           EMP

而TX锁的ID1代表的是事务的回滚段回滚段号、事务槽号,ID2代表的是顺序号:

sys@CCDB> select trunc(65551/power(2,16)),mod(65551,power(2,16)) from dual;
TRUNC(65551/POWER(2,16)) MOD(65551,POWER(2,16))
------------------------ ----------------------
                       1                     15

通过v$transaction视图也可以找到这个事务的信息(注意XIDSQN正是TX锁的ID2信息):

sys@CCDB> select XIDUSN,XIDSLOT,XIDSQN from v$transaction;
    XIDUSN    XIDSLOT     XIDSQN
---------- ---------- ----------
         1         15      30498

如果转储回滚段信息进行分析,再结合ITL事务槽,可以清晰地看到锁定的含义以及整个事务的处理过程。

 

2. 最常见的锁定:MR与AE锁
可能很多朋友都注意过,在v$lock视图中,最常见的其实是MR锁,也就是介质恢复锁(Media Recovery):

sys@CCDB> select * from v$lock where type = 'MR';
ADDR             KADDR                   SID TY        ID1        ID2      LMODE    REQUEST      CTIME      BLOCK
---------------- ---------------- ---------- -- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
00000000BC2EE378 00000000BC2EE3D0       1097 MR          1          0          4          0    6984045          0
00000000BC2EE448 00000000BC2EE4A0       1097 MR          2          0          4          0    6984045          0
00000000BC2EE518 00000000BC2EE570       1097 MR          3          0          4          0    6984045          0
00000000BC2EE5E8 00000000BC2EE640       1097 MR          4          0          4          0    6984045          0
00000000BC2EE6B8 00000000BC2EE710       1097 MR          5          0          4          0    6984045          0
00000000BC2EE788 00000000BC2EE7E0       1097 MR          6          0          4          0    6984045          0
00000000BC2EE858 00000000BC2EE8B0       1097 MR          7          0          4          0    6984045          0
00000000BC2EE940 00000000BC2EE998       1097 MR          8          0          4          0    6984045          0
00000000BC2EEA10 00000000BC2EEA68       1097 MR        201          0          4          0    6984045          0
00000000BC2F12F8 00000000BC2F1350       1097 MR          9          0          4          0    1132526          0
10 rows selected.

MR锁用于保护数据库文件,使得文件在数据库打开、表空间Online时不能执行恢复。当进程对数据文件执行恢复时,需要排他的获得MR锁。当数据库打开时,每个文件上都分配一个MR锁。注意在以上输出中ID1代表文件号,其中也包含了201号临时文件。

从Oracle Database 11g开始,除了每个文件要获得MR锁之外,每个登录数据库的会话现在都会缺省获得一个AE锁:

sys@CCDB> select * from v$lock where type = 'AE' and rownum <= 5;
ADDR             KADDR                   SID TY        ID1        ID2      LMODE    REQUEST      CTIME      BLOCK
---------------- ---------------- ---------- -- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
00000000BC2EDF68 00000000BC2EDFC0        822 AE         99          0          4          0    2761930          0
00000000BC2EE108 00000000BC2EE160        946 AE         99          0          4          0    3458645          0
00000000BC2EE1D8 00000000BC2EE230       1003 AE         99          0          4          0     207674          0
00000000BC2EE2A8 00000000BC2EE300       1092 AE         99          0          4          0    6984538          0
00000000BC2EEAE0 00000000BC2EEB38        991 AE         99          0          4          0    3458644          0

现在MR锁定和AE锁定是数据库中最为常见的锁定。

sys@CCDB> select name from v$event_name where name like '%AE%';
NAME
------------------------------------------------------------
enq: AE - lock

 

3. ST(空间事务锁)
ST锁主要用于空间管理和字典管理的表空间(DMT)的区间分配,在DMT中典型的是对于uet$和fet$数据字典表的争用。对于支持LMT的版本。应该尽量使用本地管理表空间,或者考虑手工预分配一定数量的区(Extent),减少动态扩展时发生的严重队列竞争。

以下案例说明了ST锁可能会导致的严重性能问题。

DB Name         DB Id    Instance     Inst Num Release     OPS Host
------------ ----------- ------------ -------- ----------- --- ------------------
DB           40757346    tqgzs               1 8.1.7.4.0   NO  server
                Snap Id     Snap Time      Sessions
                ------- ------------------ --------
Begin Snap:       2845 31-10月-03 02:10:16      46
  End Snap:       2848 31-10月-03 03:40:05      46
   Elapsed:                  89.82 (mins)

对于一个Statspack的report,采样时间是非常重要的维度,离开时间做参考,任何等待都不足以说明问题。

Top 5 Wait Events
~~~~~~~~~~~~~~~~~                                    Wait               % Total
Event                                                Waits  Time (cs)   Wt Time
-------------------------------------------- ------------ ------------ -------
enqueue                                            53,793   16,192,686   67.86
rdbms ipc message                                  19,999    5,927,350   24.84
pmon timer                                          1,754      538,797    2.26
smon timer                                             17      522,281    2.19
SQL*Net message from client                        94,525      520,104    2.18
          -------------------------------------------------------------

在Statspack分析中,Top 5等待事件是我们最为关注的部分。这个系统中,除了enqueue等待事件以外,其他4个都属于空闲等待事件,无须关注。来关注一下enqueue等待事件,在89.82 (mins)的采样间隔内,累计enqueue等待长达16,192,686(cs),即45小时左右。这个等待已经太过显著,实际上这个系统也正因此遭遇了巨大的困难,观察到队列等待以后,这应该关注队列等待在等待什么资源。快速跳转的Statspack的其他部分,看到以下详细内容:

Enqueue activity for DB: DB  Instance: aaa  Snaps: 2845 -2848
-> ordered by waits desc, gets desc
Enqueue            Gets      Waits
---------- ------------ ----------
ST                1,554      1,554
          -------------------------------------------------------------

看到主要队列等待在等待ST锁定,对于DMT,我们说这个等待和FET$、UET$的争用紧密相关。再回过头来研究捕获SQL语句:

-> End Buffer Gets Threshold:   10000
-> Note that resources reported for PL/SQL includes the resources used by
   all SQL statements called within the PL/SQL code.  As individual SQL
   statements are also reported, it is possible and valid for the summed
   total % to exceed 100
  Buffer Gets    Executions  Gets per Exec  % Total  Hash Value
--------------- ------------ -------------- ------- ------------
      4,800,073       10,268          467.5    51.0   2913840444
select length from fet$ where file#=:1 and block#=:2 and ts#=:3
        803,187       10,223           78.6     8.5    528349613
delete from uet$ where ts#=:1 and segfile#=:2 and segblock#=:3 a
nd ext#=:4
        454,444       10,300           44.1     4.8   1839874543
select file#,block#,length from uet$ where ts#=:1 and segfile#=:
2 and segblock#=:3 and ext#=:4
         23,110       10,230            2.3     0.2   3230982141
insert into fet$ (file#,block#,ts#,length) values (:1,:2,:3,:4)
         21,201          347           61.1     0.2   1705880752
select file# from file$ where ts#=:1
….
          9,505           12          792.1     0.1   1714733582
select f.file#, f.block#, f.ts#, f.length from fet$ f, ts$ t whe
re t.ts#=f.ts# and t.dflextpct!=0 and t.bitmapped=0
          6,426          235           27.3     0.1   1877781575
delete from fet$ where file#=:1 and block#=:2 and ts#=:3

可以看到数据库频繁操作UET$、FET$系统表已经成为了系统的主要瓶颈。

至此,已经可以准确地为该系统定位问题,相应的解决方案也很容易确定,在Oracle 8.1.7中使用LMT代替DMT,这是解决问题的根本办法,当然实施起来还要进行综合考虑,实际情况还要复杂得多。

- The End -