本节书摘来自华章计算机《Oracle高性能自动化运维》一书中的第2章，第2.4节,作者：冷菠 著，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。
2.4 Buffer Cache
2.4.1 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 Set
Buffer 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。
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 List
Cache 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# + 1
level# = 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# = 4
ts# = relative_fille# + 1 = 5
level# = 4194304×relative_fille# + block# = 16777551
3）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：
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。
