Oracle Mutex实现机制

我们都知道Latch是Oracle用来在内存中做串行控制的机构，从10g R2开始，Oracle引入了一个新的技术-Mutex。Mutex并不是Oracle的发明，而是系统提供的一个底层调用，Oracle只是利用它实现串行控制的功能，并替换部分Latch。

Mutex中有两个变量：分别是Holider identifer和Reference count，Holider identifer记录持有mutex的SID，而Reference count是一个计数，记录了当前正在以share方式访问mutex的数量，每当session以share方式持有mutex时，计数会加1，而释放时会减1。如果Reference count大于零，则表示该内存结构正在被Oracle pin住。

我们看一段伪代码，演示mutex的申请过程：

Function Mutex_get(mutex_name)
{
  if mutex.holder:=SID
    case mode:
    'exclusive':
      if mutex.ref_count=0
        return TRUE
      else
        mutex.holder.clear;
        reture FALSE
      end if
    'share':
      mutex.ref_count++
      mutex.holder.clear
      return TRUE
    end case
  else
    reture FALSE
  end if
}

Mutex是如何实现串行控制的，实际上它是利用了操作系统的一个原子操作CAS(compare-and-swap)实现的。我们看到函数的开始处：mutex.holder:=SID，将SID赋值给mutex的Holider Identifer，这里就是一个原子的CAS操作，首先比较mutex.holder是否为空，如果不为空则赋值session的SID。CAS操作由OS来保证其原子性，在同一时刻这个操所是串行的。如果这个赋值操作失败，整个申请过程失败。赋值成功后，如果是share方式，则mutex.ref_count加1，并清空mutex.holder，如果是exclusive方式，需要判断mutex.ref_count是否为零（是否被pin住），如果大于0，则失败，并清空mutex.holder，如果等于0，则成功，这时不清空mutex.holder，保持当前session对mutex的exclusive占用，直到释放为止。

Mutex相比latch带来了以下的好处：

1.更少的资源消耗，mutex与latch不同，它不是独立存在的，而是在每个内存结构中，并随着内存结构创建和释放，mutex同时也被创建和释放。mutex暂用的空间比latch小很多，创建和释放消耗更少的资源。

2.有效降低竞争，因为mutex是每个内存结构中的一部分，这样意味着mutex的数量可以有很多，而不同于latch，一个latch需要管理很多个内存结构，当你访问同一latch管理的不同内存结构时，也会发生竞争，而mutex则不会。另外，因为latch的数量有限，很多时候latch本身的竞争会很厉害，之前，我们只能增加latch数量或者减少latch持有的时间，而现在，mutex是一个更好的选择。

3.更快的pin，当block被访问时，它必须被pin在buffer cache中，当一个cursor执行时，它也必须被pin在library cache中，如果大量并发频繁执行同一个cursor，library cache pin会耗费大量的CPU资源。而mutex使用reference count来解决并发访问的问题，只要它大于零，就表示它已经被pin在了内存中，不能被交换出去。而且mutex.ref_count++这个操所是非常快的，只占用非常少的资源。

Mutex申请的过程和latch类似，同样需要spin和sleep，不同的是Oracle硬编码了mutex spin的次数为255次（Latch spin的次数默认为2000，由隐含参数_spin_count控制）。latch sleep会随着等待次数的逐步增加，每次sleep的时间也会逐步增加。而mutex sleep则比较特别，它有三个选项，分别是yield CPU，sleep或者block other process，允许开发人员来决定采用哪种选项。

由于在某些RISC的操作系统中（HP-UNIX），由于系统不支持CAS操作，Oracle通过创建一个latch pool来模拟了CAS操作，被称为KGX latch，如果你发现系统中存在这种latch竞争，说明操作系统不支持CAS操作，可以通过_kks_use_mutex_pin关闭mutex。

mutex主要使用在library cache中，用来取代原来的library cache pin和library cache lock，关于library cache中锁的实现机制，我会在另外一篇文章中说明。