VACUUM常见问题及优化

VACUUM是PolarDB PostgreSQL版中一个非常重要的维护命令，主要用于清理和优化数据库。其主要功能可概括为：回收存储空间、防止事务ID回卷、更新统计信息以及提高并发性能。通过合理使用VACUUM，可以确保数据库的高效运行和长期稳定性。 然而，在使用VACUUM命令时需保持谨慎，对数据库性能的影响显著，不当操作可能导致负面效果。本文分析VACUUM使用场景中常见问题，并介绍了PolarDB PostgreSQL版相应的优化措施。

VACUUM大表清理

问题描述与分析

数据库大表通常占用多个磁盘块，进行扫描和清理操作时会产生大量的I/O操作，VACUUM的性能可能受到多种因素的限制，从而导致清理速度减缓。如果由于清理速度的原因无法及时清除垃圾数据，膨胀的大表将导致需要扫描的数据页增多，进一步延长清理时间。

在面对大表的VACUUM操作缓慢时，常规的处理方法包括数据分布调整和参数优化。然而，这些手段对清理效率的提升效果较为有限。

优化

• PolarDB PostgreSQL版的VACUUM采用异步预读的方法，在对大表进行清理时，通过并发I/O方式显著提高最耗时的I/O部分的处理速度。具体而言，它将清理过程中顺序读取的块以分组方式提前发送给并发I/O工作进程进行块读取，从而实现了超过两倍的清理加速。

• VACUUM流程通过优化死元组（Deadtuple）缓存结构，实现快速查询从而加快清理速度。

数据库年龄回卷

问题描述及分析

PostgreSQL数据库采用32位事务ID（XID）实现多版本并发控制（MVCC）。由于XID的数值空间有限（最大值为4,294,967,295），系统通过事务年龄回卷机制来防止因XID耗尽而导致的数据不可用风险。当数据库中最旧活跃事务与最新事务的年龄差超过21亿（约占32位空间的一半）时，系统将进入事务回卷保护状态。回卷发生后，数据库将宕机且不再接受新事务的写入，此时通常需要以单用户模式执行VACUUM以进行修复。

优化

为了有效应对事务ID回卷问题，PolarDB PostgreSQL版引入了自定义控制参数，包括回卷预触发、回卷预警以及superuser规避参数。通过预留部分事务ID，以最大限度降低因事务ID耗尽导致的宕机风险。

• 回卷预触发：默认预留一定数量的事务ID，即当事务ID数量即将耗尽时，提前触发事务ID回卷。当事务ID达到预留限制，数据库将停止分配事务ID。

• 回卷预警：事务ID回卷报警阈值，当事务ID使用量超过该阈值时，继续执行任何使用事务ID的SQL将会触发WARNING级别告警，提示即将触发事务ID回卷。

• superuser规避参数：当触发事务ID回卷后，superuser可以额外使用的事务ID数量。此时，superuser可以继续使用事务ID，但会提示superuser需要在对应的数据库中执行VACUUM FREEZE进行事务ID回收。

VACUUM TRUNCATE锁竞争

问题描述与分析

VACUUM TRUNCATE是一种用于在VACUUM操作中释放表末尾的空闲页面（即不再使用的数据页）并将这些页面归还给操作系统的机制。尽管该机制能够有效减少表占用的磁盘空间，但在实际应用中，常常引发一些显著问题：锁竞争和阻塞。

竞争是由于在截断表末尾空白页时，系统需要为表加最高级别的排他锁，这将导致以下问题：

• 读写操作被阻塞：在加锁期间，所有对表的读写操作（包括SELECT语句）都会被阻塞，无法正常执行。

• DDL操作无法执行：与表结构相关的DDL操作（如添加索引、修改表结构等）在此期间也无法执行。

特别是在对高频写入的大表执行操作时，可能导致业务中断，严重影响系统性能和可用性。常规优化手段主要为调整Truncate触发参数。

优化

为避免VACUUM TRUNCATE带来的锁竞争问题，PolarDB PostgreSQL版采取了以下优化措施：

• 优化I/O读取效率：采用异步并行I/O技术，显著减少TRUNCATE操作中I/O读取阶段的耗时，提升整体操作效率。

• TRUNCATE耗时控制：支持自定义TRUNCATE阶段处理时长。通过调节锁表时间，可手动控制VACUUM TRUNCATE操作，避免与业务处理和VACUUM操作发生冲突，保障业务连续性。

• 可维护窗口配置：支持设置可维护窗口。可根据业务需求将可维护窗口设置在业务低峰期，系统自动在窗口期对表执行VACUUM操作。能够有效减少对业务高峰期的影响，提升系统稳定性与可靠性。