Oracle DBA 应知应会 -- DB CACHE的几个主要的链和CKPT算法

DB CACHE中有很多重要的链，这些链或者和DB CACHE的分配、换出、刷新优化，或者和DB BLOCK的查找有关。下面我们先来了解这些链的基本情况，然后我们来探讨一下这些链在各种DB CACHE活动中所起的作用。
LRU list 和LRU-AUX list
LRU list也叫replacement list，这就是大家常说的LRU链。这个链我们在前面的章节已经做了很详细的介绍，这里就不多说了。要特别提到的是LRU-AUX list，LRU－AUX链是LRU链的一个子链。从LRU-AUX头开始的BLOCK是被确认为CLEAR的，其来源包括DBWR已经写回文件的数据块和UNPIN的干净块。前台进程查找空闲BUFFER的时候，就是首先在LRU-AUX中查找，因为从这里找到的BUFFER一般都是可用的。
LRU-W list (write list)
LRU-W list就是我们常说的脏数据链，在前面的章节中，我们已经详细介绍了LRU-W链，对于LRU-W链，也存在一个AUX链LRUW-AUX。引入AUX链的目的是为了提高LRU-W的效率，支持异步DBWR作业。在这个链没有引入以前，当一个DBWR作业没有完成前，是无法进行下一个DBWR作业的。引入AUX后，AUX链存放的是当前DBWR正在写入的数据，LRU-W就腾出来处理下一个DBWR作业了。
LRU-XO list (reuse object list)
LRU-XO list也被称为重用对象链，这个链主要是为了对TRUNCATE,DROP等操作的对象相关的BUFFER进行CHECKPOINT操作。当reuse object cross instance call事件发生的时候，CKPT会将这个对象的脏数据块放入LRU-XO链，然后由DBWR将这些数据块写盘。当CKPT发现这个链已经空的时候，本次CHECKPOINT操作可告结束。
LRU-XR list (reuse range list)
LRU-XR list也被称为Reuse range链，当reuse range cross instance call事件发生的时候，CKPT搜索这些BUFFER,把脏数据块放入LRU-XR链，然后由DBWR将这些数据写盘。当CKPT发现这个链已经空的时候，本次CHECKPOINT可告结束。如果我们要将某个表空间OFFLINE或者将某个表空间设置为READ ONLY的时候，这个时候就会产生ruse range cross instance call事件，因为要安全的完成这些操作，必须要将表空间上的脏数据全部写入磁盘。

上面我们介绍了一些LRU链，下面我们再来看看BUFFER HEAD的数据结构，看看这些链是如何使用的（下面的伪代码是10G的BH的一部分，为了读者能够更清晰的查阅，我去掉了一部分不相干字段）
kgglk HASH链的指针;
ktsn 表空间号;
krdba RDBA地址;
kobjd 存储OBJNO; / 不一定有 /
kobjn 字典OBJNO; / 不一定有 /
ub2 绝对文件号;
b1 BUFFER修改计数;
ub2 仿真组ID;
ub1 在WORKING SET上的CKPT队列号;
kgglk kcbbhckql; / ckpt queue的链接指针/
kgglk kcbbhfql; / 文件CKPT QUEUE的指针，每个文件都有一个ckpt queue，在做reuse range的时候就有用了 /
ptr_t kcbbhba; /指向真正的BUFFER/
kgglk kcbbhus; /+ 正在使用该BUFFER的使用者的列表/
kgglk kcbbhwa; / 正在等待该BUFFER的列表/
kgglk kcbbhrpl;/ BUFFER的LRU链指针/
b1 是否在LRU-W上; /如果在LRU-W上，该值为TRUE/
b1 LRU闩锁保护标识;
ub2 TCH;
void * 指向TX STAT OBJECT的指针;
kcocv * 指向该BUFFER的最后一个CHANGE#的指针;
struct kcbwds * WORKING SET的指针;
krfgda kcbbhgda; /闪回数据的磁盘地址/
kgglk kcbbhoq; /对象CKPT QUEUE的指针，在REUSE OBJECT的时候使用/
根据上面的数据结构，接下来我们要推测CKPT操作了。以前也经常有人问我CKPT的相关操作，我在这方面也研究较少，主要是Oracle这方面的文档实在是太少了。虽然从TOM和STEVE那里可以获得一些资料，但是都比较支离破碎，因此针对CKPT操作的一些细节问题，我也只能通过上面的数据结构做一个推测，这个推测一定准确，不过大体上可以反映出CKPT算法的一些最为基本的概念。
首先，我们来看看CHECKPOINT QUEUE。CHECKPOINT QUEUE是通过LOW RBA排序的一个链表，当某个BLOCK发生变化的时候，会将该BLOCK按照LOW RBA地址链入相关的CHECKPOINT QUEUE，这些链表包括标准CKPT QUEUE(老白在这里用了“标准”两个字，实际上这不是Oracle 内部的术语，这部分内容公布的很少，因此老白用“标准”两字来将其区别于RANGE和OBJECT两个CKPT QUEUE）、XO CKPT QUEUE(OBJECT CKPT，每个对象一个）和XR CKPT QUEUE（RANGE CKPT，术语称为PER-FILE CKPT QUEUE，每个数据文件一个）。
在做普通的CHECKPOINT操作的时候，CKPT进程找到CKPT链的头部，将CKPT QUEUE交给DBWR，由DBWR组织CHECKPOINT DBWR批处理，DBWR进程开始写入操作，由于CKPT QUEUE是按照LOW RBA的顺序排序的，因此在做CHECKPOINT DBWR批处理的时候，是按照RBA的顺序写入脏数据的。当DBWR完成写操作后，CKPT进程更高控制文件和相关的文件头的SCN数据，记录本次CKPT操作的结果。
由于CKPT QUEUE上的BUFFER有可能在LRU链上，也有可能在LRU-W链上，在组织DBWR批处理的时候，LRU链上的BUFFER是否要摘下放入LRU-W，这些算法目前CHECKPOINT 写入的时候，这些BLOCK不从LRU LIST上移走，写完后，从CKPTQ里清除，这和普通的LRUW中的块被写入数据库是不同的。
当TRUNCATE,DROP之类的操作发生的时候，也会发生CHECKPOINT，这类的CHECKPOINT被称为是REUSE OBJECT CHECKPOINT，发生这个操作的时候的具体操作目前很少有资料说明。老白猜测当REUSE OBJECT CHECKPOINT发生时，CKPT进程将kcbbhoq指向的OBJECT CHECKPOINT链上的脏块链入LRU-XO，交给DBWR处理。DBWR组织写批处理，进行写入操作。只有当所有的LRU-XO上的块全部被写入后，DDL操作才能完成。这种算法也造成了TRUNCATE一个大对象可能会很慢（如果这个对象很多块是脏块的话）。10G的kcbbhoq字段是一个对象的BUFFER链。这条链的存在对于REUSED OBJECT CROSS INSTANCE CALL的性能有很大的帮助。

当表空间设置READ ONLY或者OFFLINE的时候，会触发REUSE RANGE的CHECKPOINT，其原理和REUSE OBJECT的CHECKPOINT类似。通过在BUFFER HEAD中的kcbbhfql将每个数据文件的脏块串成一条链。这样，当REUSE RANGE CHECKPOINT发生时，CKPT将这条链链入LRU-XR，然后交给DBWR处理。