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Autovacuum Tuning Basics [译]

原文：https://blog.2ndquadrant.com/autovacuum-tuning-basics/#PostgreSQL%20Performance%20Tuning

几个星期前，我介绍了调优检查点的基础知识，在那篇文章中，我还提到了性能问题的第二个常见原因是autovacuum（根据我们在邮件列表和我们的客户支持下看到的）。所以让我跟随这个帖子关于自动调谐的基础知识。我将非常简要地解释必要的理论（死元组，膨胀和autovacuum如何处理它），但是这篇博文的主要重点是调优 - 那里有什么配置选项，经验法则等等。

死元组

首先，让我们简单地解释一下“死亡元组”和“膨胀”（如果你想得到更详细的解释，可以阅读Joe Nelson的文章，详细讨论这个）。

当您在PostgreSQL中执行DELETE时，行（又名元组）不会立即从数据文件中删除。相反，它只能通过在行首部中设置xmax字段来标记为已删除。对于UPDATE，也可以看作PostgreSQL中的DELETE + INSERT。

这是PostgreSQL MVCC背后的基本思想之一，因为它允许更大的并发性，只需在不同的进程之间进行最小程度的锁定。这个MVCC实现的缺点当然是它留下了被删除的元组，甚至在所有可能看到这些版本的事务完成之后。

如果不清理，这些“死元组”（对于任何事务实际上是不可见的）将永远停留在数据文件中，浪费磁盘空间，而对于有许多DELETE和UPDATE的表，死元组可能会占用绝大部分磁盘空间。当然，这些死元组也会被索引引用，进一步增加了浪费的磁盘空间。这就是我们在PostgreSQL中所谓的“膨胀”。当然，查询必须处理的数据越多（即使99％的数据立即被“抛弃”），查询就越慢。

Vacuum和AutoVacuum

回收死元组占用的空间的最直接的方法是（通过手动运行VACUUM命令）。这个维护命令将扫描表并从表和索引中删除死元组 - 它通常不会将磁盘空间返回给操作系统，但会使其可用于新行。

注意：VACUUM FULL会回收空间并将其返回给操作系统，但是有一些缺点。首先它获得对表的独占锁(Access Exclusive)，阻止所有操作（包括SELECT）。其次，它本质上创建了表的副本，使所需的磁盘空间增加了一倍，所以当磁盘空间已经不足时不太实际。

VACUUM的麻烦在于它完全是手动操作 - 只有在您决定运行时才会发生，而不是在需要时才会发生。你可以把它放到cron中，每5分钟在所有的表上运行一次，但是大部分运行的机会并不会真正清理任何东西，唯一的影响是CPU和I / O在系统上的使用率会更高。或者你可能每天晚上只运行一次，在这种情况下，你可能会累积更多你想要的死元组。

这是我们使用**自动清理（AutoVacuum）**的主要目的;根据需要进行清理，以控制浪费空间的数量。数据库确实知道随着时间的推移生成了多少个死元组（每个事务都报告它删除和更新的元组的数量），当表累积了一定数量的死元组时，可以触发清理工作（默认情况下是20％表，我们将会看到）。所以在繁忙的时候会更频繁地执行，而当数据库大部分空闲的时候则更少。

autoanalyze

清理死元组不是自动清理的唯一任务。它还负责更新优化程序在规划查询时使用的数据分布统计信息。您可以通过运行ANALYZE来手动收集这些数据，但是会遇到与VACUUM类似的问题 - 您可能会经常运行或不经常运行。

解决方案也是类似的 - 数据库可以观察表中有多少行更改，并自动运行ANALYZE。

注意：ANALYZE的开销要大一点，因为虽然VACUUM的成本与死元组的数量成正比（开销很小，当死元组数量很少时/没有），ANALYZE必须在每次执行时从头开始重建统计数据。另一方面，如果你不是经常运行它，那么不好的计划选择的代价可能同样严重。

为了简洁起见，我会在后面的文章中大部分忽略这个自动清理任务 - 配置与清理非常相似，并且遵循大致相同的推理。

监控

在进行任何调整之前，您需要能够收集相关数据，否则您怎么能说您需要进行任何调整，或评估配置更改的影响？

换句话说，你应该有一些基本的监控，从数据库中收集指标。为了清理，你至少要看这些值：

• pg_stat_all_tables.n_dead_tup ：每个表中的死元组数（用户表和系统目录）
• (n_dead_tup / n_live_tup) ： 每个表中死/活元组的比率
• (pg_class.relpages / pg_class.reltuples)： 每行空格

如果您已经部署了监控系统（应该的），那么您很有可能已经收集了这些指标。总体目标是获得稳定的行为，这些指标没有突然或显着的变化。

还有一个方便的pgstattuple扩展，允许您对表和索引执行分析，包括计算可用空间量，死元组等。

调整目标

在查看实际配置参数之前，让我们简要讨论一下高级调优目标，即更改参数时要实现的目标：

清理死元组 - 保持合理低的磁盘空间量，而不是浪费不合理的磁盘空间量，防止索引膨胀并保持查询速度。 最大限度地减少清理的影响 - 不要经常执行清理工作，因为这会浪费资源（CPU，I / O和RAM），并可能会严重影响性能。

也就是说，你需要找到适当的平衡 - 经常运行可能会不够经常运行。天平在很大程度上取决于您所管理的数据量，您正在处理的工作负载类型（DELETE / UPDATE数量）。

postgresql.conf中的大多数默认值是相当保守的，原因有二。首先，根据当时常见的资源（CPU，RAM，...），默认值是几年前决定的。其次，我们希望默认配置可以在任何地方工作，包括树莓派（Raspberry Pi）或小型VPS服务器等小型机器。对于许多部署（特别是较小的部署和/或处理大部分读取工作负载），默认的配置参数将工作得很好。

随着数据库大小和/或写入数量的增加，问题开始出现。典型的问题是清理不经常发生，当发生这种情况时会大大地干扰性能，因为它必须处理大量的垃圾。如果这些情况你应该遵循这个简单的规则：

• 如果它造成了损失，你不会经常这样做。

• 也就是说，调整参数，使得清理更频繁，每次处理更少量的死元组。

注意：人们有时遵循不同的规则 - 如果伤害了，不要这样做。 - 完全禁用自动清理。除非你真的（真的）知道你在做什么，并且有定期的清理脚本，否则请不要这样做。否则，你正在画一个角落，而不是性能有些下降，你将不得不面对严重退化的表现，甚至可能是停机。

所以，现在我们知道我们想要通过调谐实现什么，让我们看看配置参数...

阈值和比例因子

当然，你可能会调整的第一件事情是当清理被触发，这是受两个参数的影响：

autovacuum_vacuum_threshold = 50 autovacuum_vacuum_scale_factor = 0.2 并且每当无用元组的数目（你可以看到pg_stat_all_tables.n_dead_tup）超过

阈值+ pg_class.reltuples * scale_factor

该表将被视为需要清理。该公式基本上说，高达20％的表可能是清理前的死元组（50行的阈值是为了防止对小表进行非常频繁的清理）。

默认比例因子适用于中小型的表格，但对于非常大型的表格来说效果并不理想 - 在10GB的表格上，这大概是2GB的死元组，而在1TB的表格上则是200GB。

这是一个积累了大量死元组的例子，并且一次处理所有的元组，这将会受到伤害。根据之前提到的规则，解决方案是通过显着降低比例因子来更频繁地执行此操作，甚至可能是这样：

autovacuum_vacuum_scale_factor = 0.01

这将限制仅减少到表格的1％。另一种解决方法是完全放弃比例因子，仅使用阈值

autovacuum_vacuum_scale_factor = 0 autovacuum_vacuum_threshold = 10000

这应该在产生10000个死元组之后触发清理。

一个麻烦的问题是postgresql.conf中的这些变化会影响到所有表（实际上是整个集群），并且可能会对小型表（包括系统目录）的清理产生不利影响。

当小桌子被更频繁地清理时，最简单的解决办法就是完全忽略这个问题。小桌子的清理将是相当便宜的，并改善工人数量

还没有提到的一个配置选项是autovacuum_max_workers，那是什么意思？那么，清理不会发生在一个自动清理过程中，但是数据库可以启动到实际清理不同数据库/表的autovacuum_max_workers进程。

这很有用，因为例如你不想停止清理小表，直到完成一个大表的清理（这可能需要相当多的时间，因为节流）。

麻烦的是用户假定工作人员的数量与可能发生的清理量成正比。如果将自动清扫工人的数量增加到6人，那么与默认的3人相比，工作量肯定会增加一倍，对吧？

那么，不。几段前面描述的成本上限是全球性的，所有的汽车真空工人都是共同的。每个工作进程只获得总成本限制的1 / autovacuum_max_workers，所以增加工作者数量只会使他们变慢。

这有点像高速公路 - 车辆数量增加一倍，但速度减半，只能让你每小时到达目的地的人数相同。

所以如果你的数据库的清理跟不上用户的活动，那么增加工作者的数量并不是一个解决方案，除非你也调整了其他的参数。

按表限流

实际上，当我说成本限制是全局的，所有的自动清理Worker共同分担的时候，我一直在说谎。与缩放因子和阈值类似，可以设置每个表的成本限制和延迟：

ALTER TABLE t SET (autovacuum_vacuum_cost_limit = 1000);
ALTER TABLE t SET (autovacuum_vacuum_cost_delay = 10);

全球成本计算中不包括处理这些表的工人，而是独立地进行限制。

这给了你相当多的灵活性和权力，但不要忘记 - 拥有巨大的权力是很大的责任！

在实践中，我们几乎从不使用这个功能，有两个基本的原因。首先，您通常希望在后台清理上使用单个全局限制。其次，多个工人有时被扼杀在一起，有时独立地使监督和分析系统的行为变得更加困难。

概要

所以这就是你调整自动清理的方法。如果我必须把它归纳成几条基本规则，那就是这五条：

• 说真的，不要禁用autovacuum，除非你真的知道你在做什么。
• 在繁忙的数据库上（做大量更新和删除），特别是大数据库，你可能应该减小比例因子，这样更频繁地进行清理。
• 在合理的硬件（良好的存储，多核心）上，你应该增加节流参数，以便清理能够跟上。
• 单独增加autovacuum_max_workers在大多数情况下并不会真的有帮助。你会得到更多的进程变慢。
• 你可以使用ALTER TABLE来设置每个表的参数，但是如果你真的需要的话，可以考虑一下。这使得系统更复杂，更难以检查。

我原本包括几个部分，解释什么时候autovacuum没有真正的工作，以及如何检测它们（以及什么是最好的解决方案），但博客文章已经太长了，所以我会在几天后分开发布。