Latch及latch冲突
引言
Oracle Rdbms应用了各种不同类型的锁定机制，latch即是其中的一种，本文将集中介绍latch(闩)的概念，理解latch的实现方法并说明引起latch冲突的原因。
什么是latch
Latch是用于保护SGA区中共享数据结构的一种串行化锁定机制。Latch的实现是与操作系统相关的，尤其和一个进程是否需要等待一个latch、需要等待多长时间有关。
Latch是一种能够极快地被获取和释放的锁，它通常用于保护描述buffer cache中block的数据结构。与每个latch相联系的还有一个清除过程，当持有latch的进程成为死进程时，该清除过程就会被调用。Latch还具有相关级别，用于防止死锁，一旦一个进程在某个级别上得到一个latch，它就不可能再获得等同或低于该级别的latch。
Latch与Enqueue（队列）
Enqueue是Oracle使用的另一种锁定机制，它更加复杂，允许几个并发进程不同程度地共享某些资源。任何可被并发使用的对象均可使用enqueue加以保护。一个典型的例子是表的锁定，我们允许在一个表上有不同级别的共享。与latch不同之处在于，enqueue是使用操作系统特定的锁定机制，一个enqueue允许用户在锁上存贮一个标记，来表明请求锁的模式。操作系统lock manager跟踪所有被锁定的资源，如果某个进程不能获取它所请求的那种锁，操作系统就把请求进程置于一个等待队列中，该队列按FIFO原则调度，而在latches中是没有象enqueue中排序的等待队列，latch等待进程要么使用定时器来唤醒和重试，要么spin(只用于多处理器情况下)。
何时需要latch
当一个进程准备访问SGA中的数据结构时，它就需要获得一个latch。当进程获得latch后，它将一直持有该latch直到它不再使用此数据结构，这时latch才会被释放。可通过latch名称来区分它所保护的不同数据结构。
Oracle使用元指令对latch进行操作, 当所需的latch已被其他进程持有时，执行指令进程将停止执行部分指令，直到该latch被释放为止。从根本上讲，latch防止并发访问共享数据结构，由于设置和释放latch的指令是不可分割的，操作系统就可以保证只有一个进程获得latch，又由于这只是单条指令，所以执行速度很快。latch被持有的时间是很短，而且提供了当持有者不正常中断时的清除机制，该清除工作是由Oracle后台进程PMON来完成的。
什么导致latch冲突
Latch保护SGA中的数据结构被多个用户同时访问，如果一个进程不能立即得到所需latch，它就必须等待，这就导致了CPU的额外负担和系统的速度降低。额外的CPU使用是进程‘spining’导致的，‘spining’是指进程定时地重复尝试获取latch，在连续两次之间，进程处于休眠状态，在得到latch之前，spining过程将重复进行下去。
如何标识内部latch的冲突
Server manager monitor是一个相当有用的来监视latch等待、请求和冲突的工具。也可查询相关的数据字典表：v$latch, v$latchholder, v$latchname。
v$latch表的每一行包括了对不同类型latch的统计，每一列反映了不同类型的latch请求的活动情况。不同类型的latch请求之间的区别在于，当latch不可立即获得时，请求进程是否继续进行。按此分类，latch请求的类型可分为两类：willing-to-wait和immediate。
Willing-to-wait : 是指如果所请求的latch不能立即得到，请求进程将等待一很短的时间后再次发出请求。进程一直重复此过程直到得到latch。
Immediate：是指如果所请求的latch不能立即得到，请求进程就不再等待，而是继续执行下去。
在v$latch中的以下字段反映了Willing-to-wait请求：
GETS---成功地以Willing-to-wait请求类型请求一个latch的次数。
MISSES---初始以Willing-to-wait请求类型请求一个latch不成功的次数。
SLEEPS---初始以Willing-to-wait请求类型请求一个latch不成功后，进程等待获取latch的次数。
在v$latch中的以下字段反映了Immediate类请求：
IMMEDIATE_GETS---以Immediate请求类型成功地获得一个latch的次数。
IMMEDIATE_MISSES---以Immediate请求类型请求一个latch不成功的次数。
我们可以通过对v$latch, v$latchholder, v$latchname的查询获得有关latch信息，例如：
/* 已知一个latch地址，找到latch名字 */
col name for a40
select a.name from v$latchname a, v$latch b
where b.addr = '&addr'
and b.latch#=a.latch#;
/* 显示系统范围内的latch统计 */
column name format A32 truncate heading "LATCH NAME"
column pid heading "HOLDER PID"
select c.name,a.addr,a.gets,a.misses,a.sleeps,
a.immediate_gets,a.immediate_misses,b.pid
from v$latch a, v$latchholder b, v$latchname c
where a.addr = b.laddr(+)
and a.latch# = c.latch#
order by a.latch#;
/* 由latch名称显示对latch的统计 */
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$latchname c
where a.addr = b.laddr(+) and a.latch# = c.latch#
and c.name like '&latch_name%' order by a.latch#;
latch有40余种，但作为DBA关心的主要应有以下几种：
Cache buffers chains latch: 当用户进程搜索SGA寻找database cache buffers时需要使用此latch。
Cache buffers LRU chain latch: 当用户进程要搜索buffer cache中包括所有 dirty blocks的LRU (least recently used) 链时使用该种latch。
Redo log buffer latch: 这种latch控制redo log buffer中每条redo entries的空间分配。
Row cache objects latch: 当用户进程访问缓存的数据字典数值时，将使用Row cache objects latch。
下面我们将着重介绍一下如何检测和减少redo log buffer latch的冲突。对redo log buffer的访问是由redo log buffer latch来控制的，这种latch有两种类型， redo allocation latch和redo copy latch。
Redo allocation latch控制redo entries在redo log buffer中的空间分配。Oracle的一个用户进程只有得到redo allocation latch后才能为redo entries在redo log buffer中分配空间，又由于一个instance只有一个redo allocation latch，所以一次只有一个用户进程在buffer中分配空间。当用户进程获得latch后，首先为redo entry分配空间，然后进程继续持有latch并拷贝entry到buffer中，这种拷贝称为“在redo allocation latch上的拷贝”(copying on the redo allocation latch)，拷贝完毕后，用户进程释放该latch。
一个“在redo allocation latch上的拷贝”的redo entry的最大值是由初始化参数LOG_SMALL_ENTRY_MAX_SIZE定义的，根据操作系统的不同而不同。
Redo Copy Latch只应用于多CPU的系统。在多CPU的instance中，如果一个redo entry太大，超过了LOG_SMALL_ENTRY_MAX_SIZE定义值，则不能进行“在redo allocation latch上的拷贝”, 此时用户进程必须获取redo copy latch。一个instance中可以有多个redo copy latch，其数目由初始参数LOG_SIMULTANEOUS_COPIES决定，缺省值为CPU数目。
在单CPU情况下，不存在redo copy latch，所有的redo entry无论大小, 都进行“在redo allocation latch上的拷贝”。
对redo log buffer的过多访问将导致redo log buffer latch的冲突，latch冲突将降低系统性能，我们可通过如下查询来检测这种latch冲突：
select l.name,l.gets,l.misses,l.immediate_gets,l.immediate_misses
from v$latch l,v$latchname ln
where ln.name in('redo allocation','redo copy') and ln.latch#=l.latch#
若misses与gets的比例超过1%或immediate_misses与(immediate_gets+immediate_misses)比例超过1%时，应考虑采取措施减少latch的冲突。
大多数的redo log buffer latch冲突是在多个CPU情况下，两个或多个Oracle进程试图同时得到相同的latch发生的。由于一个instance只有一个redo allocation latch，为减少redo allocation latch的冲突，应减少单个进程持有latch的时间，这可以通过减小初始参数LOG_SMALL_ENTRY_MAX_SIZE以减小redo entry的数目和大小来实现。如果观察到有redo copy latch冲突，可以通过增大LOG_SIMULTANEOUS_COPIES 初始参数来加大latch数目，其缺省值为CPU数目，最大可增大到CPU数目的两倍。
