面试宝典:介绍下Oracle数据库动态性能视图 V$BH

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好的，我们将对 Oracle 19C 数据库中一个极为核心的动态性能视图——V$BH——进行最全面、最深入的解析。这个视图是窥探 Oracle 核心内存结构 Buffer Cache（数据库缓冲区缓存） 的窗口，是性能调优和故障诊断的利器。

1. 视图概述与核心作用

V$BH (Buffer Headers) 动态性能视图的作用是展示当前实例的 Buffer Cache 中每一个数据块（Block）的详细信息。Oracle 不会直接操作数据块，而是通过管理这些块的缓冲区头（Buffer Header） 来进行。V$BH 就是这些缓冲区头信息的集合。

核心作用可以概括为：

缓存内容分析：查看哪些表、索引的哪些块当前正缓存在内存中。
性能问题诊断：识别"热块"（经常被访问和争用的块），分析缓存命中率低的根源。
竞争与等待分析：理解与 buffer busy waits, cache buffers chains latch 等待事件相关的根本原因。
内部机制理解：洞察 Oracle 如何管理 Buffer Cache，包括并发控制、缓存一致性（CR块）和缓存算法。

2. 使用场景

识别热点块（Hot Blocks）：
当系统出现 buffer busy waits 或 cache buffers chains latch 等待事件时，通过此视图可以精确定位到被频繁访问和争用的具体数据块（FILE#, BLOCK#），进而找到对应的数据库对象（OBJD）。
分析 SQL 性能：
对于一条运行缓慢的 SQL，可以查看其访问的数据段有多少比例缓存在内存中。如果大部分不在内存中，则说明全表扫描或索引快速全扫可能因物理 I/O 而变慢。
评估内存大小是否充足：
通过统计不同对象在缓存中的块数，可以判断当前 Buffer Cache 大小是否足以容纳经常访问的"工作集"（Working Set），或者是否需要考虑使用 Buffer Pool 优化（KEEP/RECYCLE）。
调查缓存一致性：
在并发度高的环境中，可以查看一个数据块有多少个 CR（一致性读）版本，这有助于理解读一致性的开销。
实例恢复后分析：
实例崩溃后，可以查看哪些脏块（DIRTY='Y'）需要被写回数据文件，这有助于理解恢复过程。

3. 字段详细含义

V$BH 视图字段非常多，以下是对最关键字段的详细解释：

字段名	数据类型	含义说明
FILE#	NUMBER	块所在的数据文件号。与 `DBA_DATA_FILES.FILE_ID` 对应。
BLOCK#	NUMBER	块在数据文件内的块号。与 `FILE#` 共同唯一标识一个数据块。
CLASS#	NUMBER	块的类型。例如：1=data, 2=sort, 3=save undo, 4=segment header, 5=save undo header, 6=free list, 7=extent map, 8=1st level bmb, 9=2nd level bmb, 10=3rd level bmb, 11=bitmap block, 12=bitmap index block, 13=file header block, 14=unused, 15=system undo header, 16=system undo, 17=undo header, 18=undo block。
STATUS	VARCHAR2(1)	缓冲区的状态： • `free` : 缓冲区为空闲，可重用 • `xcur` : 独占当前模式。缓冲区已被当前实例以排他模式缓存，且是当前版本。 • `scur` : 共享当前模式。缓冲区已被以共享模式缓存，是当前版本。 • `cr` : 一致性读模式。这是一个为读一致性而构建的过去版本的块。 • `read` : 缓冲区正在从磁盘被读取。 • `mrec` : 处于介质恢复模式。 • `irec` : 处于实例恢复模式。
DIRTY	VARCHAR2(1)	指示缓冲区是否为"脏"块： • `Y` : 缓冲区已被修改，其内容与磁盘上的块不一致，需要被 DBWn 进程写入数据文件。 • `N` : 缓冲区内容与磁盘一致。
TEMP	VARCHAR2(1)	指示是否为临时段中的块（用于排序、哈希连接等）。
PING	VARCHAR2(1)	指示该块是否在 RAC 环境中被"ping"了（即一个实例需要强制从另一个实例的缓存中写入该块）。
STALE	VARCHAR2(1)	指示缓冲区内容是否为"陈旧的"（在 RAC 中，远程实例已使其失效）。
OBJD	NUMBER	数据块所属的数据对象ID。这是最关键的字段之一，可以与 `DBA_OBJECTS.DATA_OBJECT_ID` 关联，从而确定是哪个表或索引的块。
HLADDR	RAW(4	8)
NXT_HASH PRV_HASH	RAW(4	8)
NXT_REPL PRV_REPL	RAW(4	8)
BA	RAW(4	8)
LRU_FLAG	NUMBER	指示缓冲区在 LRU 列表中的位置状态。用于管理缓冲区的老化（aging）和替换。
SET_DSC	RAW(4	8)
TS#	NUMBER	块所属的表空间ID。
FORCED_READS FORCED_WRITES	NUMBER	强制读取/写入的次数（通常与直接路径加载或高级特性相关）。
CR_SCN_BAS CR_SCN_WRP CR_XID_USN CR_XID_SLT CR_XID_SQN	NUMBER	这些字段记录了创建这个 CR（一致性读）块的事务信息（SCN 和 Undo 信息），用于保证读一致性。

4. 相关视图与基表

核心关联视图：
- DBA_OBJECTS：通过 OBJD = DATA_OBJECT_ID 关联，这是将缓冲区块映射到具体表、索引等数据库对象的关键。
- V$LATCH_CHILDREN：通过 HLADDR = ADDR 关联，可以找到保护该缓冲区的具体 cache buffers chains latch 子级。
- DBA_DATA_FILES：通过 FILE# = FILE_ID 关联，可以找到块所属的数据文件。
- V$BUFFER_POOL：提供所有缓冲池（DEFAULT, KEEP, RECYCLE）的统计信息。
- X$KCBBF (RAC)：在 RAC 中，用于查看所有实例的缓冲区信息。
**底层基表（X $表） * * ： ‘ V$ BH 的数据直接来源于 SGA 中管理 Buffer Headers 的**内存结构**。其底层关联的 **X$表** 是 **X $B H ‘ * * 。 ‘ X$ BH包含了比V $B H ‘ * * 更详细、更底层的字段 * * ，但这些字段绝大多数是供 O r a c l e 内部开发人员使用的，其含义晦涩且不受支持。 * * 重要警告 * * ： * * 严禁 * * 直接查询 ‘ X$ BH。所有诊断信息都应通过公开的、安全的 V$BH` 视图获取。

5. 相关底层详细原理

Buffer Cache 管理：
Oracle 使用哈希算法来管理 Buffer Cache。数据块地址（DBA = FILE# + BLOCK#）通过一个哈希函数，被映射到一个哈希桶（Hash Bucket） 中。
缓存缓冲区链（CBC）Latch：
每个哈希桶由一个 cache buffers chains latch 保护。要访问或修改一个桶内的缓冲区链表，进程必须先获取相关的 CBC latch。这就是 HLADDR 字段的意义，也是 cache buffers chains latch 争用的根源。
缓冲区状态：
- xcur：只有一个实例可以持有该块的当前版本（排他模式）。
- scur：多个实例可以同时持有该块的当前版本（共享模式），常见于 RAC。
- cr：为了实现读一致性，如果一个查询开始时，某个块已经被修改，Oracle 会利用 Undo 数据在 Buffer Cache 中构建一个该块在查询开始那个时间点的版本，这个版本就是 CR 块。一个当前块可能有多个 CR 版本。
LRU 算法与写入：
脏块（DIRTY='Y'）会被 DBWn 进程根据检查点事件或LRU算法写入磁盘。NXT_REPL 和 PRV_REPL 指针用于维护这些列表。

6. 相关知识点介绍

逻辑读与物理读：当请求一个块时，Oracle 先在 Buffer Cache 中查找（逻辑读）。如果找到（缓存命中），就直接读取；如果找不到（缓存缺失），则发生物理读，从磁盘将块读入缓存。
工作集（Working Set）：数据库经常访问的数据块集合。Buffer Cache 的理想大小是能够容纳整个工作集。
多缓冲池：
- DEFAULT：默认池，所有对象默认在此缓存。
- KEEP：用于缓存小而常用的表，使其常驻内存，避免被淘汰。
- RECYCLE：用于缓存大而不常访问的表，使其尽快被淘汰，避免污染默认池。
直读（Direct Read）：像并行查询、直接路径加载等操作会绕过 Buffer Cache，直接读写磁盘，适用于大量数据操作。

7. 常用查询 SQL

1. 查找Buffer Cache中的热点块（按块访问次数排名）：

SELECT obj.owner, obj.object_name, obj.object_type,
       bh.file#, bh.block#, bh.status, bh.temp, bh.dirty,
       COUNT(*) OVER (PARTITION BY bh.file#, bh.block#) AS touch_count
FROM v$bh bh
JOIN dba_objects obj ON (bh.objd = obj.data_object_id)
WHERE obj.owner NOT IN ('SYS','SYSTEM') -- 排除系统对象
ORDER BY touch_count DESC;

2. 查看特定表（如’EMPLOYEES’）在缓存中有多少个块：

SELECT COUNT(*) cached_blocks,
       SUM(CASE WHEN dirty = 'Y' THEN 1 ELSE 0 END) dirty_blocks
FROM v$bh
WHERE objd = (SELECT data_object_id 
              FROM dba_objects 
              WHERE owner = 'HR' 
              AND object_name = 'EMPLOYEES'
              AND object_type = 'TABLE');

3. 诊断 cache buffers chains latch争用，找到被争用的具体对象：

SELECT hladdr, objd, file#, block#,
       COUNT(*) num_buffers,
       COUNT(CASE WHEN dirty = 'Y' THEN 1 END) dirty_buffers
FROM v$bh
GROUP BY hladdr, objd, file#, block#
HAVING COUNT(*) > 10 -- 一个链上有很多缓冲区，可能意味着热点链
ORDER BY num_buffers DESC;

然后可以用 HLADDR 去 V$LATCH_CHILDREN 中找到具体的latch。

4. 查看缓存中CR块的数量（高并发读写的指标）：

SELECT status, COUNT(*) buffers, ROUND(COUNT(*) * 8 / 1024, 2) size_mb
FROM v$bh
GROUP BY status
ORDER BY buffers DESC;

5. 查看整个Buffer Cache的按对象分类的使用情况：

SELECT o.owner, o.object_name, o.object_type,
       COUNT(*) num_blocks,
       ROUND(COUNT(*) * 8 / 1024, 2) size_mb -- 假设块大小是8K
FROM v$bh b
JOIN dba_objects o ON b.objd = o.data_object_id
WHERE o.owner NOT IN ('SYS','SYSTEM')
GROUP BY o.owner, o.object_name, o.object_type
ORDER BY num_blocks DESC;