PostgreSQL的表膨胀及对策

PostgreSQL的MVCC机制在数据更新时会产生dead元组，这些dead元组通过后台的autovacuum进程清理。一般情况下autovacuum可以工作的不错，但以下情况下，dead元组可能会不断堆积，形成表膨胀(包括索引膨胀)。

1. autovacuum清理速度赶不上dead元组产生速度
2. 由于以下因素导致dead元组无法被回收
   • 主库或备库存在长事务
   • 主库或备库存在未处理的未决事务
   • 主库或备库存在断开的复制槽

检查表膨胀

方法1：查询pg_stat_all_tables系统表

SELECT
    schemaname||'.'||relname,
    n_dead_tup,
    n_live_tup,
    round(n_dead_tup * 100 / (n_live_tup + n_dead_tup),2) AS dead_tup_ratio
FROM
    pg_stat_all_tables
WHERE
    n_dead_tup >= 10000
ORDER BY dead_tup_ratio DESC
LIMIT 10; 

方法2:使用pg_bloat_check工具

`pg_bloat_check`会进行全表扫描，比`pg_stat_all_tables`准确，但比较慢对系统性能冲击也较大，不建议作为常规工具使用。 

以上方法包含了对索引膨胀的检查。但需要注意的是，表中不能被回收的dead tuple在索引页里是作为正常tuple而不是dead tuple记录的。考虑到这一点，索引的实际膨胀要乘以对应表的膨胀率。

预防表膨胀

1. 调整autovacuum相关参数，加快垃圾回收速度

   对于写入频繁的系统，默认的autovacuum_vacuum_cost_limit参数值可能过小，尤其在SSD机器上，可以适当调大。

   autovacuum_vacuum_cost_limit = 4000 

2. 监视并处理以下可能导致dead元组无法被回收的状况

   • 长事务
   • 未决事务
   • 断开的复制槽

3. 强制回收

   设置old_snapshot_threshold参数，强制删除为过老的事务快照保留的dead元组。这会导致长事务读取已被删除tuple时出错。

   old_snapshot_threshold = 12h 

   old_snapshot_threshold不会影响更新事务和隔离级别为RR只读事务。old_snapshot_threshold参数也不能在线修改，如果已经设置了old_snapshot_threshold但又需要运行更长的RR只读事务或单个大的只读SQL，可以临时在备机上设置max_standby_streaming_delay = -1，然后在备机执行长事务(会带来主备延迟)。

4. 杀死长事务

   设置可以部分避免长事务的参数

   idle_in_transaction_session_timeout = 60s
   lock_timeout = 70s 

相关代码

vacuum()
  ->vacuum_rel()
      ->vacuum_set_xid_limits()
          ->GetOldestXmin()
              找出以下最小的事务ID，大于该事务ID的事务删除的tuple将不回收
              - backend_xid，所有后端进程的当前事务ID的最小值
              - backend_xmin，所有后端进程的事务启动时的事务快照中最小事务的最小值
              - replication_slot_xmin，所有复制槽中最小的xmin（备库的backend_xid和backend_xmin会在这里反映）
              - replication_slot_catalog_xmin，所有复制槽中最小的catalog_xmin
          ->TransactionIdLimitedForOldSnapshots()
                如果设置了old_snapshot_threshold，则比backend_xid和old_snapshot_threshold->xmin都老的dead元组也可以被回收 

参考

-PostgreSQL 9.6 快照过旧 - 源码浅析