pg- AutoVacuum(2)

标签：AutoVacuum autovacuum age freeze cost pg vacuum analyze

根据之前月报的分析，PostgreSQL数据库为了定时清理因为MVCC 引入的垃圾数据，实现了自动清理机制。其中涉及到了两种辅助进程：

autovacuum launcher
autovacuum worker

其中，autovacuum launcher 主要负责调度autovacuum worker，autovacuum worker进程进行具体的自动清理工作。本文主要是对autovacuum worker进行分析。

autovacuum worker 的启动

根据之前月报的分析，autovacuum launcher 在选取合适的database 之后会向Postmaster 守护进程发送PMSIGNAL_START_AUTOVAC_WORKER信号。Postmaster 接受信号会调用StartAutovacuumWorker函数：

调用StartAutoVacWorker 启动worker
调用成功，则释放后台进程slot进行善后处理，否则向autovacuum launcher发送信息，标记其为失败的autovacuum worker

StartAutoVacWorker 函数调用AutoVacWorkerMain 函数启动worker 进程：

注册信号处理函数
更新GUC参数配置：
- zero_damaged_pages 参数强制设置为off，这个参数会忽略掉坏页，在自动清理的过程中，这样设置太危险
- statement_timeout，lock_timeout，idle_in_transaction_session_timeout 为0，防止这些配置阻碍清理任务
- default_transaction_isolation 设置为read committed，相对于设置为serializable，没增加死锁的风险，同时也不会阻塞其他的事务
- synchronous_commit 设置为local，这样就允许我们不受备库的影响能够进行正常的清理任务
读取共享内存中的AutoVacuumShmem 结构中的av_startingWorker 并更新需要清理的databaseoid 和wi_proc，放在运行中的autovacuum worker进程列表里面，并更新av_startingWorker 为NULL唤醒autovacuum launcher
更新统计信息中autovacuum 的开始时间
连接数据库，并读取最新的xid 和multixactid
调用do_autovacuum 函数清理数据

do_autovacuum 函数的具体流程

do_autovacuum 函数会去遍历选中数据库的所有relation对象，进行自动清理工作，具体过程如下：

初始化内存上下文
更新统计信息
获取effective_multixact_freeze_max_age
设置default_freeze_min_age，default_freeze_table_age，default_multixact_freeze_min_age，default_multixact_freeze_table_age
遍历pg_class所有的对象，并相应的进行处理：
- 孤儿临时表（创建的session已经退出）打标并等待删除
- 判断relation是否需要vacuum，analyze，wraparound，判断方法如下：
  - 该表统计信息中标记为dead的元组数大于autovacuum_vacuum_threshold+ autovacuum_vacuum_scale_factor* reltuples时，需要vacuum
  - 该表统计信息中从上次analyze之后改变的元组数大约autovacuum_analyze_threshold+ autovacuum_analyze_scale_factor* reltuples时，需要analyze
  - vacuum_freeze_table_age < recentXid - autovacuum_freeze_max_age 或者 relminmxid < recentMulti - multixact_freeze_max_age，为了防止XID 的回卷带来的问题，详见文档，标记为wraparound，这时必须强制vacuum
根据上个步骤得到所有需要进行vacuum or analyze的对象，遍历所有对象，进行如下操作：
- 重载最新的GUC 参数
- 检查是否有其他的worker 进程正在对该relation进行清理，如果有，则跳过
- 再次检查该relation是否需要清理，并生成用于追踪的autovac_table 结构
- 根据上文所说的参数，对所有的worker 做资源平衡
- 调用函数autovacuum_do_vac_analyze，进行vacuum or analyze
- 释放缓存，更新之前月报分析的MyWorkerInfo结构
更新该database的datfrozenxid

可以看出，do_autovacuum中利用共享内存AutoVacuumShmem 获取当前其他worker 的运行情况，避免并行worker 造成冲突。在此过程中调用函数autovacuum_do_vac_analyze 时会传递autovac_table 为参数，其定义如下：

/* struct to keep track of tables to vacuum and/or analyze, after rechecking */
typedef struct autovac_table
{
	Oid			at_relid;
	int			at_vacoptions;	/* bitmask of VacuumOption */
	VacuumParams at_params;
	int			at_vacuum_cost_delay;
	int			at_vacuum_cost_limit;
	bool		at_dobalance;
	bool		at_sharedrel;
	char	   *at_relname;
	char	   *at_nspname;
	char	   *at_datname;
} autovac_table;

其中at_vacoptions指示vacuum的类型，具体如下：

typedef enum VacuumOption
{
	VACOPT_VACUUM = 1 << 0,		/* do VACUUM */
	VACOPT_ANALYZE = 1 << 1,	/* do ANALYZE */
	VACOPT_VERBOSE = 1 << 2,	/* print progress info */
	VACOPT_FREEZE = 1 << 3,		/* FREEZE option */
	VACOPT_FULL = 1 << 4,		/* FULL (non-concurrent) vacuum */
	VACOPT_NOWAIT = 1 << 5,		/* don't wait to get lock (autovacuum only) */
	VACOPT_SKIPTOAST = 1 << 6,	/* don't process the TOAST table, if any */
	VACOPT_DISABLE_PAGE_SKIPPING = 1 << 7	/* don't skip any pages */
} VacuumOption;

在autovacuum中，只涉及到VACOPT_SKIPTOAST，VACOPT_VACUUM，VACOPT_ANALYZE，VACOPT_NOWAIT。其中默认有VACOPT_SKIPTOAST选项，即会自动跳过TOAST表，关于TOAST表的autovacuum，我们在之后的月报详细分析。而VACOPT_VACUUM，VACOPT_ANALYZE，VACOPT_NOWAIT对应上文的vacuum，analyze，wraparound。

at_params存储vacuum的相关参数，其结构VacuumParams定义如下：

/*
 * Parameters customizing behavior of VACUUM and ANALYZE.
 */
typedef struct VacuumParams
{
	int			freeze_min_age; /* min freeze age, -1 to use default */
	int			freeze_table_age;	/* age at which to scan whole table */
	int			multixact_freeze_min_age;	/* min multixact freeze age, -1 to
											 * use default */
	int			multixact_freeze_table_age; /* multixact age at which to scan
											 * whole table */
	bool		is_wraparound;	/* force a for-wraparound vacuum */
	int			log_min_duration;	/* minimum execution threshold in ms at
									 * which  verbose logs are activated, -1
									 * to use default */
} VacuumParams;

vacuum函数的具体流程

vacuum 函数会根据传递的at_vacoptions 参数和at_params 参数对对应的对象进行VACUUM，既可以被autovacuum调用，又被用户手动执行VACUUM命令调用。所以这里的对象可以是relation，也可以是一个database，如果是database则会默认去vacuum该数据库所有relation 对象。autovacuum 调用vacuum函数时，这里的对象是具体的某个relation，其过程如下：

检查at_vacoptions 参数正确性
更新统计信息（autovacuum 在之前已经做过了，所以跳过）
设置上下文
如果需要VACUUM，则调用vacuum_rel 函数
如果需要ANALYZE，则调用analyze_rel函数
释放上下文，更新该database的datfrozenxid（autovacuum在do_autovacuum中已经做了，无需再做）

vacuum_rel函数具体去做VACUUM，这里根据at_vacoptions 参数的不同可以分为：

LAZY vacuum：只是找到dead的元组，把它们的状态标记为可用状态。但是它不进行空间合并。
FULL vacuum：除了 LAZY vacuum，还进行空间合并，因此它需要锁表。

autovacuum 是调用的LAZY vacuum。对于不断增长的表来说，LAZY vacuum显然是更合适的，LAZY vacuum主要完成：

遍历该relation所有的页面，标记dead 元组为可用
清理无用的index
更新visibility map
更新数据统计信息

LAZY vacuum该过程的调用函数关系为vacuum_rel—>lazy_scan_heap—>lazy_vacuum_heap—>lazy_vacuum_page，整个过程我们可以简单概括为：

清理无用的index
遍历所有的relation（table级数据库对象）：
- 遍历relation所有的page：
  - 把page 放在缓存中
  - 更新页面的组织形式（详见之前的月报），将无效元组对应的iterm设置为UNUSED，并将页面所有的tuples重新布局，使页尾保存空闲的空间，并将本页面打标为含有未使用的空间PD_HAS_FREE_LINES
  - 更新页面的free space 信息
  - 设置页面为脏页，等待后台进程将该页面刷新到磁盘
- 更新该relation的统计信息
更新visibility map
freeze tuple操作

总结

至此，我们得到的database 就是已经经过自动清理后的database。不过本文中还有很多问题没有涉及到：

为了避免XID 回卷，freeze tuple等操作是如何实现的
FULL vacuum的具体操作是如何实现的
TOAST 表的vacuum 是如何实现的

我们会在之后的月报中一一进行分析，敬请期待。

转载：http://mysql.taobao.org/monthly/2018/02/04/

标签：AutoVacuum,autovacuum,age,freeze,cost,pg,vacuum,analyze
From： https://www.cnblogs.com/lovezhr/p/17298185.html

相关参数

autovacuum worker 的启动

do_autovacuum 函数的具体流程

vacuum函数的具体流程

总结

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