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ORACLE锁机制分析

原创 Linux操作系统 作者:kevin1214 时间:2012-06-17 00:56:19 0 删除 编辑
Oracle 多粒度锁机制介绍
根据保护对象的不同,Oracle数据库锁可以分为以下几大类:
(1) DML lock(data locks,数据锁):用于保护数据的完整性;
(2) DDL lock(dictionary locks,字典锁):用于保护数据库对象的结构(例如表、视图、索引的结构定义);
(3) Internal locks 和latches(内部锁与闩):保护内部数据库结构;
(4) Distributed locks(分布式锁):用于OPS(并行服务器)中;
(5) PCM locks(并行高速缓存管理锁):用于OPS(并行服务器)中。
在Oracle中最主要的锁是DML(也可称为data locks,数据锁)锁。从封锁粒度(封锁对象的大小)的角度看,Oracle DML锁共有两个层次,即行级锁和表级锁。
1、Oracle的TX锁(行级锁、事务锁)
许多对Oracle不太了解的技术人员可能会以为每一个TX锁代表一条被封锁的数据行,其实不然。TX的本义是Transaction(事务),当一个事务第一次执行数据更改(Insert、Update、Delete)或使用SELECT… FOR UPDATE语句进行查询时,它即获得一个TX(事务)锁,直至该事务结束(执行COMMIT或ROLLBACK操作)时,该锁才被释放。所以,一个TX锁,可以对应多个被该事务锁定的数据行(在我们用的时候多是启动一个事务,然后SELECT… FOR UPDATE NOWAIT)。
在Oracle的每行数据上,都有一个标志位来表示该行数据是否被锁定。Oracle不像DB2那样,建立一个链表来维护每一行被加锁的数据,这样就大大减小了行级锁的维护开销,也在很大程度上避免了类似DB2使用行级锁时经常发生的锁数量不够而进行锁升级的情况。数据行上的锁标志一旦被置位,就表明该行数据被加X锁,Oracle在数据行上没有S锁。
2、TM锁(表级锁)
(1) 意向锁的引出
表是由行组成的,当我们向某个表加锁时,一方面需要检查该锁的申请是否与原有的表级锁相容;另一方面,还要检查该锁是否与表中的每一行上的锁相容。比如一个事务要在一个表上加S锁,如果表中的一行已被另外的事务加了X锁,那么该锁的申请也应被阻塞。如果表中的数据很多,逐行检查锁标志的开销将很大,系统的性能将会受到影响。为了解决这个问题,可以在表级引入新的锁类型来表示其所属行的加锁情况,这就引出了"意向锁"的概念。
意向锁的含义是如果对一个结点加意向锁,则说明该结点的下层结点正在被加锁;对任一结点加锁时,必须先对它的上层结点加意向锁。如:对表中的任一行加锁时,必须先对它所在的表加意向锁,然后再对该行加锁。这样一来,事务对表加锁时,就不再需要检查表中每行记录的锁标志位了,系统效率得以大大提高。
(2) 意向锁的类型
由两种基本的锁类型(S锁、X锁),可以自然地派生出两种意向锁:
意向共享锁(Intent Share Lock,简称IS锁):如果要对一个数据库对象加S锁,首先要对其上级结点加IS锁,表示它的后裔结点拟(意向)加S锁;
意向排它锁(Intent Exclusive Lock,简称IX锁):如果要对一个数据库对象加X锁,首先要对其上级结点加IX锁,表示它的后裔结点拟(意向)加X锁。
另外,基本的锁类型(S、X)与意向锁类型(IS、IX)之间还可以组合出新的锁类型,理论上可以组合出4种,即:S+IS,S+IX,X+IS,X+IX,但稍加分析不难看出,实际上只有S+IX有新的意义,其它三种组合都没有使锁的强度得到提高(即:S+IS=S,X+IS=X,X+IX=X,这里的"="指锁的强度相同)。所谓锁的强度是指对其它锁的排斥程度。
这样我们又可以引入一种新的锁的类型:
共享意向排它锁(Shared Intent Exclusive Lock,简称SIX锁):如果对一个数据库对象加SIX锁,表示对它加S锁,再加IX锁,即SIX=S+IX。例如:事务对某个表加SIX锁,则表示该事务要读整个表(所以要对该表加S锁),同时会更新个别行(所以要对该表加IX锁)。
这样数据库对象上所加的锁类型就可能有5种:即S、X、IS、IX、SIX。
具有意向锁的多粒度封锁方法中任意事务T要对一个数据库对象加锁,必须先对它的上层结点加意向锁。申请封锁时应按自上而下的次序进行;释放封锁时则应按自下而上的次序进行;具有意向锁的多粒度封锁方法提高了系统的并发度,减少了加锁和解锁的开销。
3、 Oracle的TM锁(表级锁)
Oracle的DML锁(数据锁)正是采用了上面提到的多粒度封锁方法,其行级锁虽然只有一种(即X锁),但其TM锁(表级锁)类型共有5种,分别称为共享锁(S锁)、排它锁(X锁)、行级共享锁(RS锁)、行级排它锁(RX锁)、共享行级排它锁(SRX锁),与上面提到的S、X、IS、IX、SIX相对应。需要注意的是,由于Oracle在行级只提供X锁,所以与RS锁(通过SELECT … FOR UPDATE语句获得)对应的行级锁也是X锁(但是该行数据实际上还没有被修改),这与理论上的IS锁是有区别的。锁的兼容性是指当一个应用程序在表(行)上加上某种锁后,其他应用程序是否能够在表(行)上加上相应的锁,如果能够加上,说明这两种锁是兼容的,否则说明这两种锁不兼容,不能对同一数据对象并发存取。
下表为Oracle数据库TM锁的兼容矩阵(Y=Yes,表示兼容的请求; N=No,表示不兼容的请求;-表示没有加锁请求):
表五:Oracle数据库TM锁的相容矩阵
一方面,当Oracle执行SELECT…FOR UPDATE、INSERT、UPDATE、DELETE等DML语句时,系统自动在所要操作的表上申请表级RS锁(SELECT…FOR UPDATE)或RX锁(INSERT、UPDATE、DELETE),当表级锁获得后,系统再自动申请TX锁,并将实际锁定的数据行的锁标志位置位(指向该TX锁);另一方面,程序或操作人员也可以通过LOCK TABLE语句来指定获得某种类型的TM锁。下表是笔者总结了Oracle中各SQL语句产生TM锁的情况:
表六:Oracle数据库TM锁小结
我们可以看到,通常的DML操作(SELECT…FOR UPDATE、INSERT、UPDATE、DELETE),在表级获得的只是意向锁(RS或RX),其真正的封锁粒度还是在行级;另外,Oracle数据库的一个显著特点是,在缺省情况下,单纯地读数据(SELECT)并不加锁,Oracle通过回滚段(Rollback segment)来保证用户不读"脏"数据。这些都提高了系统的并发程度。
由于意向锁及数据行上锁标志位的引入,减小了Oracle维护行级锁的开销,这些技术的应用使Oracle能够高效地处理高度并发的事务请求。

TX锁等待的分析
在介绍了有关地Oracle数据库锁的种类后,下面讨论如何有效地监控和解决锁等待现象,及在产生死锁时如何定位死锁的原因。
监控锁的相关视图 数据字典是Oracle数据库的重要组成部分,用户可以通过查询数据字典视图来获得数据库的信息。和锁相关的数据字典视图如表2所示。
TX锁等待的监控和解决在日常工作中,如果发现在执行某条SQL时数据库长时间没有响应,很可能是产生了TX锁等待的现象。为解决这个问题,首先应该找出持锁的事务,然后再进行相关的处理,如提交事务或强行中断事务。
死锁的监控和解决在数据库中,当两个或多个会话请求同一个资源时会产生死锁的现象。死锁的常见类型是行级锁死锁和页级锁死锁,Oracle数据库中一般使用行级锁。下面主要讨论行级锁的死锁现象。
当Oracle检测到死锁产生时,中断并回滚死锁相关语句的执行,报ORA-00060的错误并记录在数据库的日志文件alertSID.log中。同时在user_dump_dest下产生了一个跟踪文件,详细描述死锁的相关信息。
在日常工作中,如果发现在日志文件中记录了ora-00060的错误信息,则表明产生了死锁。这时需要找到对应的跟踪文件,根据跟踪文件的信息定位产生的原因。
如果查询结果表明,死锁是由于bitmap索引引起的,将IND_T_PRODUCT_HIS_STATE索引改为normal索引后,即可解决死锁的问题。
表1 Oracle的TM锁类型
锁模式        锁描述        解释        SQL操作
0        none                  
1        NULL        空        Select
2        SS(Row-S)        行级共享锁,其他对象只能查询这些数据行        Select for update、Lock for update、Lock row share
3        SX(Row-X)        行级排它锁,在提交前不允许做DML操作        Insert、Update、Delete、Lock row share
4        S(Share)        共享锁        Create index、Lock share
5        SSX(S/Row-X)        共享行级排它锁        Lock share row exclusive
6        X(Exclusive)        排它锁        Alter table、Drop able、Drop index、Truncate table 、Lock exclusive

表2 数据字典视图说明
视图名        描述        主要字段说明
v$session        查询会话的信息和锁的信息。        sid,serial#:表示会话信息。
program:表示会话的应用程序信息。
row_wait_obj#:表示等待的对象。
和dba_objects中的object_id相对应。
v$session_wait        查询等待的会话信息。        sid:表示持有锁的会话信息。
Seconds_in_wait:表示等待持续的时间信息
Event:表示会话等待的事件。
v$lock        列出系统中的所有的锁。        Sid:表示持有锁的会话信息。
Type:表示锁的类型。值包括TM和TX等。
ID1:表示锁的对象标识。
lmode,request:表示会话等待的锁模式的信
息。用数字0-6表示,和表1相对应。
dba_locks        对v$lock的格式化视图。        Session_id:和v$lock中的Sid对应。
Lock_type:和v$lock中的type对应。
Lock_ID1: 和v$lock中的ID1对应。
Mode_held,mode_requested:和v$lock中
的lmode,request相对应。
v$locked_object        只包含DML的锁信息,包括回滚段和会话信息。        Xidusn,xidslot,xidsqn:表示回滚段信息。和
v$transaction相关联。
Object_id:表示被锁对象标识。
Session_id:表示持有锁的会话信息。
Locked_mode:表示会话等待的锁模式的信
息,和v$lock中的lmode一致。

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