聊聊PostgreSQL中Snapshot

Snapshot
介绍

• 发起一个事务，这个事务最终只能看到一个版本的行数据，但是PG
  中一个数据页中的一行记录会包含一个或者多个版本数据。所有不同row
  的可见版本构成Snapshot
  .Snapshot
  仅包含创建快照时时提交的数据，从而为这一特定时刻提供了一致的数据视图。

• 每个事务都有自己的快照，这就意味着不同的事务看到不同的在不同时间点的快照数据。在RR
  隔离级别，快照创建是在第一个事务语句的开始一直到整个事务的完成；而对于RC
  隔离级别快照创建是在事务的每个语句的执行时，并且事务中语句执行期间保持活跃状态

Tuple
的可见性

• PG中的快照并不是物理意义上的数据拷贝而是通过在Tuple Header
  中定义一些字段，其Row
  可见性是由特定的规则决定。PG中每一行数据都包含Tuple Header
  ，Tuple header
  定义了xmin(数据插入的事务好)
  、xmax(删除行数据时候的事务ID)
  、相关的提示位。快照中的每行数据仅仅由一个版本的行数据表示。

• 行课件的规则相对比较复杂，我们这里可以简单的说明下。快照中一行数据可见的规则是事务开始之前Tuple Header
  中的xmin
  可变动但是xmax
  必须不能变动且事务commited
  ，这表明可见的tuple
  没有被删除。在事务内部，本事务是可以看到未提交的数据变更，如果事务aborted
  ,这行数据变更在任何快照中都不可见

• 事务2是在快照创建之前提交，因此事务2对于行数变更可见；事务1的活跃时间持续到了快照创建，因此事务1对于行数变更不可见；事务3开始在快照创建之后，因此事务3对于行数据变更不可见

Snapshot
结构

• snapshot
  在PG源码中的结构是由struct SnapshotData
  表示，快照被创建时候这个结构中部分字段被初始化。新开启的xid
  (事务ID)小于SnapshotData->xmin
  (下边界)行数据可见；事务ID大于等于SnapshotData->xmax
  行数据不可见

• 在实际中事务的ID在SnapshotData->xmin<= XID <=SnapshotData->xmax
  且该事务不在SnapshotData->xip
  中，该事务是可以看到快照中的行数据的。

typedef struct SnapshotData
{
	// 快照类型
	SnapshotType snapshot_type; /* type of snapshot */

	// 事务ID小于min，tuple都可见
	TransactionId xmin;			
	// 事务ID大于xmax，tuple不可见
	TransactionId xmax;		
	// 当前所有的活跃事务的ID列表	
	TransactionId *xip;
	// 活跃事务的个数
	uint32		xcnt;			

	// 活跃的子事务列表
	TransactionId *subxip;
	// 走事务的个数
	int32		subxcnt;		/* # of xact ids in subxip[] */
	bool		suboverflowed;	/* has the subxip array overflowed? */

	bool		takenDuringRecovery;	/* recovery-shaped snapshot? */
	bool		copied;			/* false if it's a static snapshot */

	CommandId	curcid;			/* in my xact, CID < curcid are visible */

	/*
	 * An extra return value for HeapTupleSatisfiesDirty, not used in MVCC
	 * snapshots.
	 */
	uint32		speculativeToken;

	/*
	 * For SNAPSHOT_NON_VACUUMABLE (and hopefully more in the future) this is
	 * used to determine whether row could be vacuumed.
	 */
	struct GlobalVisState *vistest;

	/*
	 * Book-keeping information, used by the snapshot manager
	 */
	uint32		active_count;	/* refcount on ActiveSnapshot stack */
	uint32		regd_count;		/* refcount on RegisteredSnapshots */
	pairingheap_node ph_node;	/* link in the RegisteredSnapshots heap */

	TimestampTz whenTaken;		/* timestamp when snapshot was taken */
	XLogRecPtr	lsn;			/* position in the WAL stream when taken */

	/*
	 * The transaction completion count at the time GetSnapshotData() built
	 * this snapshot. Allows to avoid re-computing static snapshots when no
	 * transactions completed since the last GetSnapshotData().
	 */
	uint64		snapXactCompletionCount;
} SnapshotData;

• 在PG内部实现中，包含了多种不同类型的快照类型，具体含义参照如下