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。

–EOF–

注：有关CAS，可以参考wiki上的说明。

引自：http://www.hellodb.net/2010/06/oracle-mutex.html

1. jametong 6 17th, 201020:48 回复 | 引用 | #1  

   在Oracle中, Mutex是一个类似于Lock的机制, 与Latch还是有较大的差异, Mutex有锁资源管理, 只是更加轻量级, latch类似于OS的spin_lock机制, 基本的操作类似于Compare and swap (或者Test and Set), 只是在内存中由Oracle进行控制(本人估计可能是为了避免进行过多的Kernel mode/user Mode的切换).

    
2. jacky 6 17th, 201022:18 回复 | 引用 | #2  

   latch是oracle自己实现的，mutex则是OS的系统调用，CAS的原子性是OS提供的，Oracle利用了它的特性。

    
3. 八神 6 19th, 201019:01 回复 | 引用 | #3  

   lock是一个排队机制，MUTEX应该还是和latch的机制差不多，只不过他更加轻量级，并且是通过资源本身上的count标志位来确定能否互斥，oracle的TX lock虽然也是用一个bit位来确定资源是否锁定，但是他需要维护排队信息，还是需要额外的resource的

    
4. jacky 6 19th, 201023:25 回复 | 引用 | #4  

   mutex是更轻量级的latch，而lock是由enqueue实现的，而enqueue这个结构又是靠latch保护起来的:)

    
5. jametong 6 21st, 201014:25 回复 | 引用 | #5  

   确实记错了啊.. 不过Mutex是os的系统调用吗?

    
6. logchild 6 21st, 201018:02 回复 | 引用 | #6  

   mutex在innodb中也大有所用

    
7. jacky 6 22nd, 201017:34 回复 | 引用 | #7  

   准确点说，mutex不是系统调用，而是用系统调用实现的，CAS在很多OS上都有现成的系统调用，由OS来保证其原子性。

    
8. P.Linux 7 3rd, 201022:42 回复 | 引用 | #8  

   Mutex是操作系统为了实现PV操作提供的原子功能，P/V两个操作都必须是原子的，才能保证并发不被打乱，与其相似的还有信号量Semaphore，这些都是操作系统原理上的东西了

转载于:https://www.cnblogs.com/taowang2016/archive/2013/06/05/3118829.html

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