Oracle Redo log并行机制详解

Oracle的数据库日志称为Redo log，所有数据改变都记录Redo log，可以用于修复受损的数据库。Redo log 是用于恢复和一个高级特性的重要数据，一个redo条目包含了相应操作导致的数据库变化的所有信息，所有redo条目最终都要被写入redo文件中去。

Redo log buffer是为了避免Redo文件IO导致性能瓶颈而在sga中分配出的一块内存。一个redo条目首先在用户内存(PGA)中产生，然后由oracle服务进程拷贝到log buffer中，当满足一定条件时，再由LGWR进程写入redo文件。由于log buffer是一块“共享”内存，为了避免冲突，它是受到redo allocation latch保护的，每个服务进程需要先获取到该latch才能分配redo buffer。因此在高并发且数据修改频繁的oltp系统中，我们通常可以观察到redo allocation latch的等待。Redo写入redo buffer的整个过程如下：

在PGA中生产Redo Enrey -> 服务进程获取Redo Copy latch(存在多个—CPU_COUNT*2) -> 服务进程获取redo allocation latch(仅1个) -> 分配log buffer -> 释放redo allocation latch -> 将Redo Entry写入Log Buffer -> 释放Redo Copy latch;

shared strand

为了减少redo allocation latch等待，在oracle 9.2中，引入了log buffer的并行机制。其基本原理就是，将log buffer划分为多个小的buffer，这些小的buffer被成为strand(为了和之后出现的private strand区别，它们被称之为shared strand)。每一个strand受到一个单独redo allocation latch的保护。多个shared strand的出现，使原来序列化的redo buffer分配变成了并行的过程，从而减少了redo allocation latch等待。

shared strand的初始数据量是由参数log_parallelism控制的;在10g中，该参数成为隐含参数，并新增参数_log_parallelism_max控制shared strand的最大数量;_log_parallelism_dynamic则控制是否允许shared strand数量在_log_parallelism和_log_parallelism_max之间动态变化。

HELLODBA.COM>select  nam.ksppinm, val.KSPPSTVL, nam.ksppdesc      
  2  from    sys.x$ksppi nam,      
  3          sys.x$ksppsv val      
  4  where nam.indx = val.indx      
  5  --AND   nam.ksppinm LIKE '_%'      
  6  AND   upper(nam.ksppinm) LIKE '%LOG_PARALLE%';      
     
KSPPINM                    KSPPSTVL   KSPPDESC      
-------------------------- ---------- ------------------------------------------      
_log_parallelism           1          Number of log buffer strands      
_log_parallelism_max       2          Maximum number of log buffer strands      
_log_parallelism_dynamic   TRUE       Enable dynamic strands

每一个shared strand的大小 = log_buffer/(shared strand数量)。strand信息可以由表x$kcrfstrand查到(包含shared strand和后面介绍的private strand，10g以后存在)。　

HELLODBA.COM>select indx,strand_size_kcrfa from x$kcrfstrand where last_buf_kcrfa != '00';      
     
      INDX STRAND_SIZE_KCRFA      
---------- -----------------      
         0           3514368      
         1           3514368      
     
HELLODBA.COM>show parameter log_buffer      
     
NAME                                 TYPE        VALUE      
------------------------------------ ----------- ------------------------------      
log_buffer                           integer     7028736

关于shared strand的数量设置，16个cpu之内最大默认为2，当系统中存在redo allocation latch等待时，每增加16个cpu可以考虑增加1个strand，最大不应该超过8。并且_log_parallelism_max不允许大于cpu_count。

注意：在11g中，参数_log_parallelism被取消，shared strand数量由_log_parallelism_max、_log_parallelism_dynamic和cpu_count控制。

Private strand

为了进一步降低redo buffer冲突，在10g中引入了新的strand机制——Private strand。Private strand不是从log buffer中划分的，而是在shared pool中分配的一块内存空间。

HELLODBA.COM>select * from V$sgastat where name like '%strand%';  
 
　　POOL NAME BYTES  
 
　　------------ -------------------------- ----------  
 
　　shared pool private strands 2684928  
 
　　HELLODBA.COM>select indx,strand_size_kcrfa from x$kcrfstrand where last_buf_kcrfa = '00';  
 
　　INDX STRAND_SIZE_KCRFA  
 
　　---------- -----------------  
 
　　2 66560  
 
　　3 66560  
 
　　4 66560  
 
　　5 66560  
 
　　6 66560  
 
　　7 66560  
 
　　8 66560  
 
　　...

Private strand的引入为Oracle的Redo/Undo机制带来很大的变化。每一个Private strand受到一个单独的redo allocation latch保护，每个Private strand作为“私有的”strand只会服务于一个活动事务。获取到了Private strand的用户事务不是在PGA中而是在Private strand生成Redo，当flush private strand或者commit时，Private strand被批量写入log文件中。如果新事务申请不到Private strand的redo allocation latch，则会继续遵循旧的redo buffer机制，申请写入shared strand中。事务是否使用Private strand，可以由x$ktcxb的字段ktcxbflg的新增的第13位鉴定：

HELLODBA.COM>select decode(bitand(ktcxbflg, 4096),0,1,0) used_private_strand, count(*)  
 
　　2 from x$ktcxb  
 
　　3 where bitand(ksspaflg, 1) != 0  
 
　　4 and bitand(ktcxbflg, 2) != 0  
 
　　5 group by bitand(ktcxbflg, 4096);  
 
　　USED_PRIVATE_STRAND COUNT(*)  
 
　　------------------- ----------  
 
　　1 10  
 
　　0 1

对于使用Private strand的事务，无需先申请Redo Copy Latch，也无需申请Shared Strand的redo allocation latch，而是flush或commit是批量写入磁盘，因此减少了Redo Copy Latch和redo allocation latch申请/释放次数、也减少了这些latch的等待，从而降低了CPU的负荷。过程如下：

事务开始 -> 申请Private strand的redo allocation latch (申请失败则申请Shared Strand的redo allocation latch) -> 在Private strand中生产Redo Enrey -> Flush/Commit -> 申请Redo Copy Latch -> 服务进程将Redo Entry批量写入Log File -> 释放Redo Copy Latch -> 释放Private strand的redo allocation latch 。#p#

注意：对于未能获取到Private strand的redo allocation latch的事务，在事务结束前，即使已经有其它事务释放了Private strand，也不会再申请Private strand了。

每个Private strand的大小为65K。10g中，shared pool中的Private strands的大小就是活跃会话数乘以65K，而11g中，在shared pool中需要为每个Private strand额外分配4k的管理空间，即：数量*69k。

--10g:  
 
　　SQL> select * from V$sgastat where name like '%strand%';  
 
　　POOL NAME BYTES  
 
　　------------ -------------------------- ----------  
 
　　shared pool private strands 1198080  
 
　　HELLODBA.COM>select trunc(value * KSPPSTVL / 100) * 65 * 1024  
 
　　2 from (select value from v$parameter where name = 'transactions') a,  
 
　　3 (select val.KSPPSTVL  
 
　　4 from sys.x$ksppi nam, sys.x$ksppsv val  
 
　　5 where nam.indx = val.indx  
 
　　6 AND nam.ksppinm = '_log_private_parallelism_mul') b;  
 
　　TRUNC(VALUE*KSPPSTVL/100)*65*1024  
 
　　-------------------------------------  
 
　　1198080  
 
　　--11g:  
 
　　HELLODBA.COM>select * from V$sgastat where name like '%strand%';  
 
　　POOL NAME BYTES  
 
　　------------ -------------------------- ----------  
 
　　shared pool private strands 706560  
 
　　HELLODBA.COM>select trunc(value * KSPPSTVL / 100) * (65 + 4) * 1024  
 
　　2 from (select value from v$parameter where name = 'transactions') a,  
 
　　3 (select val.KSPPSTVL  
 
　　4 from sys.x$ksppi nam, sys.x$ksppsv val  
 
　　5 where nam.indx = val.indx  
 
　　6 AND nam.ksppinm = '_log_private_parallelism_mul') b;  
 
　　TRUNC(VALUE*KSPPSTVL/100)*(65+4)*1024  
 
　　-------------------------------------  
 
　　706560

Private strand的数量受到2个方面的影响：logfile的大小和活跃事务数量。

参数_log_private_mul指定了使用多少logfile空间预分配给Private strand，默认为5。我们可以根据当前logfile的大小(要除去预分配给log buffer的空间)计算出这一约束条件下能够预分配多少个Private strand：

HELLODBA.COM>select bytes from v$log where status = 'CURRENT';  
 
　　BYTES  
 
　　----------  
 
　　52428800  
 
　　HELLODBA.COM>select trunc(((select bytes from v$log where status = 'CURRENT') - (select to_number(value) from v$parameter where name = 'log_buffer'))*  
 
　　2 (select to_number(val.KSPPSTVL)  
 
　　3 from sys.x$ksppi nam, sys.x$ksppsv val  
 
　　4 where nam.indx = val.indx  
 
　　5 AND nam.ksppinm = '_log_private_mul') / 100 / 66560)  
 
　　6 as "calculated private strands" 
 
　　7 from dual;  
 
　　calculated private strands  
 
　　--------------------------  
 
　　5  
 
　　HELLODBA.COM>select count(1) "actual private strands" from x$kcrfstrand where last_buf_kcrfa = '00';  
 
　　actual private strands  
 
　　----------------------  
 
　　5

当logfile切换后(和checkpoint一样，切换之前必须要将所有Private strand的内容flush到logfile中，因此我们在alert log中可能会发现日志切换信息之前会有这样的信息：”Private strand flush not complete”，这是可以被忽略的)，会重新根据切换后的logfile的大小计算对Private strand的限制：

HELLODBA.COM>alter system switch logfile;  
 
　　System altered.  
 
　　HELLODBA.COM>select bytes from v$log where status = 'CURRENT';  
 
　　BYTES  
 
　　----------  
 
　　104857600  
 
　　HELLODBA.COM>select trunc(((select bytes from v$log where status = 'CURRENT') - (select to_number(value) from v$parameter where name = 'log_buffer'))*  
 
　　2 (select to_number(val.KSPPSTVL)  
 
　　3 from sys.x$ksppi nam, sys.x$ksppsv val  
 
　　4 where nam.indx = val.indx  
 
　　5 AND nam.ksppinm = '_log_private_mul') / 100 / 66560)  
 
　　6 as "calculated private strands" 
 
　　7 from dual;  
 
　　calculated private strands  
 
　　--------------------------  
 
　　13  
 
　　HELLODBA.COM>select count(1) "actual private strands" from x$kcrfstrand where last_buf_kcrfa = '00';  
 
　　actual private strands  
 
　　----------------------  
 
　　13

参数_log_private_parallelism_mul用于推算活跃事务数量在最大事务数量中的百分比，默认为10。Private strand的数量不能大于活跃事务的数量。

HELLODBA.COM>show parameter transactions  
 
　　NAME TYPE VALUE  
 
　　------------------------------------ ----------- ------------------------------  
 
　　transactions integer 222  
 
　　transactions_per_rollback_segment integer 5  
 
　　HELLODBA.COM>select trunc((select to_number(value) from v$parameter where name = 'transactions') *  
 
　　2 (select to_number(val.KSPPSTVL)  
 
　　3 from sys.x$ksppi nam, sys.x$ksppsv val  
 
　　4 where nam.indx = val.indx  
 
　　5 AND nam.ksppinm = '_log_private_parallelism_mul') / 100 )  
 
　　6 as "calculated private strands" 
 
　　7 from dual;  
 
　　calculated private strands  
 
　　--------------------------  
 
　　22  
 
　　HELLODBA.COM>select count(1) "actual private strands" from x$kcrfstrand where last_buf_kcrfa = '00';  
 
　　actual private strands  
 
　　----------------------  
 
　　22