调优排故可以使用的等待事件、资料等内容大概介绍了一下。从本章开始，将分门别类地对这些资料、等待事件，以及它们所涉及的原理进行详细剖析。首先要分析的是Buffer Cache，因为它是Oracle中最重要的内存池之一。
阅读本章，需要对Oracle体系结构中的内存结构、SGA、Buffer Cache有基本的了解。如果还不知道Buffer Cache的作用、SGA各个部分的基础知识，需要先行阅读相关基础资料。
在开始介绍Buffer Cache内容前，先介绍两个名词，按照IT界的惯常叫法，对于一个块，在磁盘中叫Block（块）;在内存中通常称为Buffer。后面将沿用这个习惯叫法。
在Buffer Cache中最重要、最难理解的部分就是它的各种链表，包括HASH链表、LRU链表、检查点队列链表等。因此本章将以链表为主线，挖掘Buffer Cache的工作原理。
3.1 哈希链表
作为磁盘数据块的缓存，Buffer Cache在Oracle的所有内存池中是最大的，几十GB的Buffer Cache比比皆是，偶尔也能遇到上百GB的Buffer Cache。这么大的空间Oracle是如何管理的呢？要准确回答这个问题，得首先从基本问题开始：假设进程要访问5号数据文件中的第1234号块，Oracle如何知道这个块是否在Buffer Cache中呢？如果在的话，它的具体地址是多少呢？
答案是：使用HASH算法。
3.1.1 HASH链表与逻辑读
如果使用得当，HASH算法是所有搜索算法中最快的。在Oracle中，几乎所有在内存中搜索数据的算法都采用HASH算法。如果对HASH算法不了解，可以先阅读一下本书的附录。
HASH算法中有一个重要的概念：Bucket。Buffer Cache中的HASH Bucket数量，由_db_block_hash_buckets参数设置。一般情况下，不需要修改此参数（后文会有一个关于此参数调节的案例）。
如果用图来表示，所有的HASH Bucket结构如图3-1所示。
图3-1 HASH表结构
当进程要读取某一个数据块时，比如，要读取5号文件中的第1234号块，它将根据文件号、块号来计算HASH值。假设此处计算出的HASH值为X，那么进程将根据此值，直接定位到Bucket X，如图3-2所示。
图3-2 HASH表定位
定位到这个Bucket后，就可以读取它里面的内容。它里面的内容如图3-3所示。
简单地说，在每个Bucket中，都只保存一个指向Cache Buffers Cache链表（简称CBC链表）的链表头。
先要简单说一下什么是链表。比如有3个人，张三、李四和王五，他们分别住在不同的地方。假设张三的住址是"中山路123号"，李四的住址是"延安路456号"，王五的住址是"长安街789号"。
图3-3 HASH表和Cache Buffers Cache链表
找一张纸，写上李四的住址"延安路456号"，放在张三家中。这张纸，就是指针，它指向李四。这张纸放在张三家中，可以说张三指向李四。同理，将王五的地址放在李四家中，即"李四指向王五"。
这样一来，张三指向李四、李四指向王五。这就是单向链表。在数据结构中，张三、李四、王五被统一称为链表的Node（节点），本章后面也会使用这个统一的称呼：Node。
除单向链表外，当然还有双向链表。张三指向李四，李四指向张三；李四指向王五，王五指向李四，这就是双向链表。Oracle中所有的链表都是双向链表。
张三、李四、王五一旦形成链表，以后再找这3个人就方便了，不需要记住他们3个人的地址，只需记住一个人的地址就可以了。
将张三的地址"中山路123号"，写到一张纸上，由于张三是链表中开头第一个人，因此这张纸就叫"指向链表头的指针"。
Oracle HASH表的Bucket中存放的是什么呢，就是“指向链表头的指针”。
假设张三、李四、王五他们几个都是记录Buffer Cache中Buffer的位置、状态等信息的，他们被称为Buffer Header（简称为BH）。
Buffer Cache中每一个Buffer都有一个Buffer Header，但是碰巧张三、李四、王五他们的HASH值一样，因此，他们几个人被组织成了链表，这个链表称为CBC链表。Buffer Cache的HASH表的Bucket中，存放的就是CBC链表的链表头。
如果已经学过HASH算法，可以知道这种情况就叫“HASH冲突”。所有的HASH算法，都无可避免HASH冲突的问题。解决HASH冲突问题的办法，就是在每个HASH Bucket后面建立一个链表。
现在既然已经找到Bucket X了，下一步当然就是读取它里面存放的CBC链表头，再接下来则是搜索链表了。进程将逐个比较每个BH中记录的文件号、块号，直到找到需要的为止。在图3-3中，Bucket X中第二个BH就是目标了。
接下来，再看一张图，如图3-4所示。
图3-4 逻辑读过程
图3-4中所画BH大小不同，这是因为后面要进一步扩展此图。实际上Oracle中每个BH的大小是固定的。
可以看到，在BH中有一项信息很重要，即BA（Buffer Address）。它是5号文件第1234号块在Buffer Cache中的地址。进程根据这个地址，直接访问Buffer就可以了。
通过这几张图，将进程在Buffer Cache中搜索Buffer的过程描述了一下。下面总结一下，搜索Buffer有以下几个步骤：
1）进程根据要访问块的文件号、块号，计算HASH值。
2）根据HASH值找到HASH Bucket。
3）搜索Bucket后的链表，查找哪个BH是目标BH。
4）找到目标BH，从中取出Buffer的BA。
5）按BA访问Buffer。
这个过程就是Oracle逻辑读的过程。如果搜索Bucket后的BH链表，没有找到包含目标文件号、块号的BH，那就证明Buffer Cache中不包含目标块，就只能物理读了。
3.1.2 Cache Buffers Chain Latch与Buffer Pin锁
SGA中是公共内存，哪怕要访问公共内存中的一个字节，都需要有某种锁机制保护。Oracle采用的锁机制就是Latch和Mutex。
在以上逻辑读的过程中，搜索Bucket后的链表，还有访问BH中的BA，都需要Latch的保护。这个Latch就是Cache Buffers Chain Latch（简称CBC Latch）。
基础较好的读者对前面的内容已经有所了解，下面更进一步来了解CBC Latch。为了让大家对CBC Latch有更形象的理解，这里用一幅图来表示，如图3-5所示。
图3-5 CBC Latch示意图
在图3-5中，Oracle在链表前加了一把锁，如果想访问链表，必须先申请获得这把锁。这个锁就是CBC Latch。
它不单保护对链表的访问，当在链表中找到目标BH时，有时还要对BH进行修改，修改的目的是为了加锁，此处的锁可以称为Buffer Pin锁。在修改完BH中Buffer Pin锁的状态后，CBC Latch就可以释放了。
之后，进程将在Buffer Pin锁的保护下访问Buffer。
总结一下，获得CBC Latch后，进程要完成两个工作：
1）搜索链表，查找目标BH。
2）修改BH中Buffer Pin锁的状态。
Buffer Pin锁有多种模式，最常见的有共享（用字母S表示）、独占（用字母X表示）两种模式。在没有加锁的时候，Buffer Pin锁的值将是0。
