Latch Free（闩锁释放）
Oracle, 深入解析Oracle, 读书笔记五月 13th, 2010
Latch Free（闩锁释放）：
Latch Free通常被称为闩锁释放，这个名称常常引起误解，实际上我们应该在前面加上一个“等待”（wait），当数据库出现这个等待时，说明有进程正在等待某个Latch被释放，也就是waiting latch free。
Latch是一种低级排队（串行）机制，用于保护SGA中共享内存结构。Latch就像是一种快速被获取和释放的内存锁，用于防止共享内存结构被多个用户同时访问。其实不必把Latch想得过于复杂，Latch通常就是操作系统利用内存中的某个区域，通过设置变量为0或非0，来表示Latch是否已经被取得，大多数操作系统，是使用TEST AND SET的方式来完成Latch检查或持有的。
为了快速地获得一个直观认识，以下示例展现的了Latch的获取与释放过程。Latch在内存中的位置及名称可以通过下面的语句查询获得：
sys@CCDB> select k.ksmfsadr,ksmfsnam,ksmfstyp,ksmfssiz,kslldnam,kslldlvl
2 from x$ksmfsv k,x$kslld a
3 where k.ksmfsnam = 'ksqeql_' and kslldnam = 'enqueues';
KSMFSADR KSMFSNAM KSMFSTYP KSMFSSIZ KSLLDNAM KSLLDLVL
---------------- --------------- --------------- ---------- --------------- ----------
000000006000CA68 ksqeql_ ksllt 160 enqueues 5
得到这些信息之后，可以通过Latch的地址信息手工对Latch进行模拟的持有或释放，注意获取Latch使用了kslgetl过程，释放Latch使用了kslfre，也就是Latch Free过程，如下所示：
sys@CCDB> select to_number('000000006000CA68','XXXXXXXXXXXXXXXX') from dual;
TO_NUMBER('000000006000CA68','XXXXXXXXXXXXXXXX')
------------------------------------------------
1610664552
sys@CCDB> oradebug setmypid
Statement processed.
sys@CCDB> oradebug call kslgetl 1610664552 1
Function returned 1
sys@CCDB> oradebug call kslfre 1610664552
Function returned 0
在这个Latch的短时持有前后，观察这个Latch的等待时间，可以发现大量的Latch等待已经发生，如下所示，这就是Latch、Latch Get和Latch Free的一个直观案例。
sys@CCDB> select name,wait_time from v$latch where name = 'enqueues';
NAME WAIT_TIME
------------------------------------------------------------ ----------
enqueues 0
sys@CCDB> select name,wait_time from v$latch where name = 'enqueues';
NAME WAIT_TIME
------------------------------------------------------------ ----------
enqueues 8
在数据库内部，Oracle通过v$latch视图记录不同类型Latch的统计数据，按获取和等待方式不同进行分类，Latch请求的类型可以分为willing-to-wait和immediate两类。
·willing-to-wait：是指如果所请求的Latch不能立即得到，请求进程将等待一段很短的时间后再次发出请求。进程一直重复此过程直到得到Latch。
·immediate：是指如果所请求的Latch不能立即得到，请求进程就不再等待，而是继续执行下去。
在v$latch中以下字段记录了willing-to-wait请求。
· GET：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，而进程进入等待的次数。
· 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时进入休眠的次数。
在v$latch中以下字段记录了immediate类请求。
· IMMEDIATE_GETS：以immediate请求类型成功地获得一个Latch的次数。
· IMMEDIATE_MISSES：以immediate请求类型请求一个Latch不成功的次数。
Oracle的Latch机制是竞争，其处理类似于网络里的CSMA/CD，所有用户进程争夺Latch，对于愿意等待类型（willing-to-wait）的Latch，如果一个进程在第一次尝试中没有获得Latch开始自旋（spin），如果经过_spin_count次争夺不能获得Latch，然后该进程转入睡眠状态，持续一段指定长度的时间，然后再次醒来，按顺序重复以前的步骤。这一过程可以下图来说明：
SPIN的次数受隐含参数_spin_count影响，该参数的缺省值为2000。以下数据取自Oracle 11gR1 + Linux环境：
sys@CCDB> select * from v$version where rownum < 2;
BANNER
----------------------------------------------------------------------------
Oracle Database 11g Enterprise Edition Release 11.1.0.6.0 - 64bit Production
该系统存在4颗CPU：
sys@CCDB> show parameter cpu_count
NAME TYPE VALUE
------------------------------------ --------------- ---------
cpu_count integer 4
_spin_count的缺省值即为2000：
sys@CCDB> @GetHidPar.sql
Enter value for par: _spin_count
old 4: AND x.ksppinm LIKE '%&par%'
new 4: AND x.ksppinm LIKE '%_spin_count%'
NAME VALUE DESCRIB
------------------------------ -------------------- ----------------------------------
_spin_count 2000 Amount to spin waiting for a latch
_kgx_spin_count 255 third spare parameter - integer
从以上过程可以看到，在spin的过程中，进程会一直持有CPU，spin的机制是假设Latch可以被快速释放（正常情况下，Latch的持有时间是微秒级，相对spin机制如果直接采用Sleep方式引起的上下文切换会相当昂贵，所以Oracle针对Latch引入了spin算法），如果其他CPU上的其他进程释放了Latch，SPIN进程就可以立即获得这个Latch。如果系统只有单CPU，那就谈不上SPIN了。另一方面也可以看到，Latch竞争是非常昂贵的，可能导致严重的CPU耗用，所以Latch竞争在任何时候都应该引起充分的重视。经过spin后成功获得Latch的次数被记录在v$latch.spin_gets字段。通过下图来说明一下Latch竞争的情况。
继续来具体看一下willing-to-wait和immediate两类Latch的大致数量，以下查询来自Oracle 11gR1（同以上数据库）：
sys@CCDB> select count(*) from v$latch;
COUNT(*)
----------
496
sys@CCDB> select count(*) from v$latch where IMMEDIATE_GETS + IMMEDIATE_MISSES > 0;
COUNT(*)
----------
26
sys@CCDB> select count(*) from v$latch where IMMEDIATE_GETS + IMMEDIATE_MISSES = 0;
COUNT(*)
----------
470
可以看到willing-to-wait类型的等待事件占了绝大部分，immediate类型的仅为少数：
sys@CCDB> select name,immediate_gets,immediate_misses,spin_gets
2 from v$latch
3 where immediate_gets + immediate_misses > 0
4 order by immediate_gets desc;
NAME IMMEDIATE_GETS IMMEDIATE_MISSES SPIN_GETS
------------------------------ -------------- ---------------- ----------
cache buffers chains 58212 1 9
hash table column usage latch 34803 0 0
cache buffers lru chain 30936 92 17
redo copy 9646 11 0
redo allocation 9646 0 1
JOX SGA heap latch 2257 0 0
space background task latch 2102 0 0
checkpoint queue latch 1712 0 0
In memory undo latch 1371 0 0
simulator lru latch 1312 1 17
active service list 1077 0 0
Memory Management Latch 1055 0 0
SQL memory manager latch 1045 0 0
KTF sga latch 980 0 0
cache table scan latch 394 1 0
process queue reference 131 1 1
job workq parent latch 114 0 0
process allocation 109 0 0
MQL Tracking Latch 63 0 0
post/wait queue 8 0 0
SGA IO buffer pool latch 4 0 0
query server process 3 0 0
shared server configuration 2 0 0
object queue header heap 2 0 0
JOX JIT latch 1 0 0
object stats modification 1 0 0
26 rows selected.
需要注意的是，immediate类型的Latch通常是因为存在多个可用Latch，最常见的如redo copy latch，当process想要取得redo copy latch时，它首先要求其中一个Latch，如果可以取得就持有该Latch，如果不能获取，它会立刻转向要求另一个redo copy latch，只有所有redo copy latch都无法取得时，才会sleep与wait。
immediate的另外一种原因是每个Latch都有level的概念（level=1 - 14），当一个process需要取得一组Latches时，为避免死锁，取得Latches有一定的顺序，即process新请求的Latch的level，应该大于process目前所握有的Latch的level。所以如果process要求的新Latch的level小于目前所持有的Latch的level，正常情况下，Oracle要求process先释放目前所持有的所有Latch，再依次取得这些Latch。为节省时间，Oracle允许进程以no-wait方式要求较低level的Latch，如果成功取得，既可以避免deadlcok又可以节省时间。
在Oracle 10g之前，Latch Free同Enqueue一样，是一个汇总等待。从Oracle 10g开始，这个等待被分解，现在可以更直接地通过会话等待得知具体的Latch发生在哪些资源上：
sys@CCDB> select name,wait_class
2 from v$event_name
3 where name like '%latch%';
NAME WAIT_CLASS
-------------------------------------------------- --------------------
latch: cache buffers chains Concurrency
latch: redo writing Configuration
latch: redo copy Configuration
latch: Undo Hint Latch Concurrency
latch: In memory undo latch Concurrency
latch: MQL Tracking Latch Concurrency
latch: row cache objects Concurrency
latch: shared pool Concurrency
latch free Other
latch activity Other
wait list latch activity Other
wait list latch free Other
latch: session allocation Other
latch: messages Other
latch: enqueue hash chains Other
latch: ges resource hash list Other
ges2 proc latch in rm latch get 1 Other
ges2 proc latch in rm latch get 2 Other
gcs remastering wait for write latch Other
gcs remastering wait for read latch Other
latch: gcs resource hash Other
latch: cache buffers lru chain Other
latch: checkpoint queue latch Other
latch: cache buffer handles Other
buffer latch Other
latch: object queue header operation Other
latch: redo allocation Other
latch: gc element Other
latch: undo global data Other
latch: Change Notification Hash table latch Other
latch: change notification client cache latch Other
latch: lob segment hash table latch Other
latch: lob segment query latch Other
latch: lob segment dispenser latch Other
waiting to get CAS latch Other
waiting to get RM CAS latch Other
latch: virtual circuit queues Other
PX qref latch Other
latch: parallel query alloc buffer Other
39 rows selected.
最常见的Latch集中于Buffer Cache的竞争和Shared Pool的竞争。和Buffer Cache相关的主要Latch竞争有cache buffers chains和cache buffers lru chain，和Shared Pool相关的主要Latch竞争有Shared Pool Latch和Library Cache Latch等。
Buffer Cache的Latch竞争经常是由于热点块竞争引起；Shared Pool的Latch竞争通常是由于SQL的量硬解析引起。
