詳述數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的緩存——Cache
談到Cache緩存，51CTO數(shù)據(jù)庫(kù)頻道之前也曾出過(guò)專題《MySQL內(nèi)存管理:緩存的藝術(shù)》，向您推薦。
Cache和Buffer是兩個(gè)不同的概念，簡(jiǎn)單的說(shuō)，Cache是加速“讀”，而buffer是緩沖“寫”，前者解決讀的問(wèn)題，保存從磁盤上讀出的數(shù)據(jù)，后者是解決寫的問(wèn)題，保存即將要寫入到磁盤上的數(shù)據(jù)。在很多情況下，這兩個(gè)名詞并沒(méi)有嚴(yán)格區(qū)分，常常把讀寫混合類型稱為buffer cache，本文后續(xù)的論述中，統(tǒng)一稱為cache。
Oracle中的log buffer是解決redo寫入的問(wèn)題，而data buffer cache則解決data block的讀寫問(wèn)題。對(duì)于Oracle來(lái)說(shuō)，如果IO沒(méi)有在SGA中命中，都會(huì)發(fā)生物理IO，Oracle并不關(guān)心底層存儲(chǔ)的類型，可能是一套存儲(chǔ)系統(tǒng)，可能是本地磁盤，可能是RAID 10，也可能是RAID 5，可能是文件系統(tǒng)，也可能是裸設(shè)備，或是ASM?？傊?，Oracle把底層的存儲(chǔ)系統(tǒng)稱為存儲(chǔ)子系統(tǒng)。
在存儲(chǔ)系統(tǒng)中，cache幾乎無(wú)處不在（在后面的論述中，我們統(tǒng)稱為cache），文件系統(tǒng)有cache，存儲(chǔ)有cache，RAID控制器上有cache，磁盤上也有cache。為了提高性能，Oracle的一個(gè)寫操作，很有可能寫在存儲(chǔ)的cache上就返回了，如果這時(shí)存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題，Oracle如何來(lái)保證數(shù)據(jù)一致性的問(wèn)題。
Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)最重要的特性是：Write ahead logging，在data block在寫入前，必須保證首先寫入redo log，在事務(wù)commit時(shí)，同時(shí)必須保證redo log被寫入。Oracle為了保證數(shù)據(jù)的一致性，對(duì)于redo log采用了direct IO，Direct IO會(huì)跳過(guò)了OS上文件系統(tǒng)的cache這一層。但是，OS管不了存儲(chǔ)這一層，雖然跳過(guò)了文件系統(tǒng)的cache，但是依然可能寫在存儲(chǔ)的cache上。
一般的存儲(chǔ)都有cache，為了提高性能，寫操作在cache上完成就返回給OS了，我們稱這種寫操作為write back，為了保證掉電時(shí)cache中的內(nèi)容不會(huì)丟失，存儲(chǔ)都有電池保護(hù)，這些電池可以供存儲(chǔ)在掉電后工作一定時(shí)間，保證cache中的數(shù)據(jù)被刷入磁盤，不會(huì)丟失。不同于UPS，電池能夠支撐的時(shí)間很短，一般都在30分鐘以內(nèi)，只要保證cache中的數(shù)據(jù)被寫入就可以了。存儲(chǔ)可以關(guān)閉寫cache，這時(shí)所有的寫操作必須寫入到磁盤才返回，我們稱這種寫操作為write throuogh，當(dāng)存儲(chǔ)發(fā)現(xiàn)某些部件不正常時(shí)，存儲(chǔ)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉寫cache，這時(shí)寫性能會(huì)下降。
RAID卡上也有cache，一般是256M，同樣是通過(guò)電池來(lái)保護(hù)的，不同于存儲(chǔ)的是，這個(gè)電池并不保證數(shù)據(jù)可以被寫入到磁盤上，而是為cache供電以保護(hù)數(shù)據(jù)不丟失，一般可以支撐幾天的時(shí)間。還有些RAID卡上有flash cache，掉電后可以將cache中的內(nèi)容寫入到flash cache中，保證數(shù)據(jù)不丟失。如果你的數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有存儲(chǔ)，而是放在普通PC機(jī)的本地硬盤之上的，一定要確認(rèn)主機(jī)中的RAID卡是否有電池，很多硬件提供商默認(rèn)是不配置電池的。當(dāng)然，RAID卡上的cache同樣可以選擇關(guān)閉。
磁盤上的cache，一般是16M-64M，很多存儲(chǔ)廠商都明確表示，存儲(chǔ)中磁盤的cache是禁用的，這也是可以理解的，為了保證數(shù)據(jù)可靠性，而存儲(chǔ)本身又提供了非常大的cache，相比較而言，磁盤上的cache就不再那么重要。SCSI指令中有一個(gè)FUA(Force Unit Access)的參數(shù)，設(shè)置這個(gè)參數(shù)時(shí)，寫操作必須在磁盤上完成才可以返回，相當(dāng)于禁用了磁盤的寫cache。雖然沒(méi)有查證到資料，但是我個(gè)人認(rèn)為一旦磁盤被接入到RAID控制器中，寫cache就會(huì)被禁用，這也是為了數(shù)據(jù)可靠性的考慮，我相信存儲(chǔ)廠商應(yīng)該會(huì)考慮這個(gè)問(wèn)題。
至此，我們可以看到Oracle的一個(gè)物理IO是經(jīng)歷了一系列的cache之后，最終被寫入到磁盤上。cache雖然可以提高性能，但是也要考慮掉電保護(hù)的問(wèn)題。關(guān)于數(shù)據(jù)的一致性，是由Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，操作系統(tǒng)和存儲(chǔ)子系統(tǒng)共同來(lái)保證的。
原文鏈接：http://www.hellodba.net/2010/08/db-storage.html
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