PolarDB:Cache de tamanho de tabela (RSC)

CREATE EXTENSION IF NOT EXISTS polar_monitor;
SELECT * FROM polar_rsc_stat_counters();
-[ RECORD 1 ]-------------+------
nblocks_pointer_hit       | 45278
nblocks_mapping_hit       | 19561
nblocks_mapping_miss      | 196
mapping_update_hit        | 2523
mapping_update_evict      | 138
mapping_update_invalidate | 57

Arquitetura do RSC

O Relation Size Cache (RSC) é integrado ao gerenciador de armazenamento (smgr) e reside na memória compartilhada. Ele consiste em duas estruturas:

• Array unidimensional: Cada entrada armazena a contagem de blocos de uma relação (tabela ou índice).

• Tabela hash: Mapeia o identificador de cada relação (RelFileNode) para sua entrada no array. Um RelFileNode identifica exclusivamente uma relação na camada de armazenamento.

Fluxo de consulta

Todos os processos consultam o RSC usando dois níveis de índices antes de recorrer ao sistema de arquivos:

1. Índice de nível 1: Cada processo armazena em cache ponteiros para entradas RSC acessadas recentemente, juntamente com seus números de geração. Durante uma busca, o processo verifica se o ponteiro corresponde à relação solicitada e se o número de geração permanece inalterado. Se ambas as condições forem verdadeiras, o processo lê a contagem de blocos diretamente do ponteiro. Esse nível oferece alta taxa de acerto para cargas de trabalho com muitas leituras. Quando a tabela hash do RSC é atualizada, os números de geração das entradas afetadas são incrementados automaticamente, invalidando quaisquer ponteiros de nível 1 obsoletos.

2. Índice de nível 2: Em caso de falha de cache de nível 1, o processo consulta a tabela hash na memória compartilhada para localizar a entrada RSC. Após encontrá-la, ele lê a contagem de blocos e atualiza o índice de nível 1 para buscas futuras.

Se nenhum dos níveis encontrar a relação, a substituição de cache é acionada. O RSC usa o algoritmo Segmented Least Recently Used (SLRU) para evictar uma entrada raramente usada, chama lseek no sistema de arquivos para obter a contagem real de blocos, grava o resultado no slot evictado e atualiza ambos os índices.

Atualizações do RSC no nó primário

Qualquer função smgr que altere o tamanho de uma tabela também atualiza a entrada RSC correspondente na memória compartilhada de forma síncrona, mantendo a contagem de blocos em cache consistente com o tamanho real do arquivo:

• Extensão de uma tabela: A nova contagem de blocos é gravada no RSC imediatamente.

• Truncamento de uma tabela: A contagem de blocos atualizada é gravada no RSC imediatamente.

Atualizações do RSC em nós standby

Os nós standby usam replicação física para permanecer sincronizados com o nó primário. Durante a reprodução do WAL (Write Ahead Log), os nós standby invocam as mesmas funções smgr usadas no nó primário; portanto, as atualizações do RSC nos nós standby são tratadas de forma idêntica às do nó primário.

Atualizações do RSC em nós réplica

Os nós réplica compartilham armazenamento físico com o nó primário e sincronizam por meio de índices de log. Como são somente leitura, não podem chamar funções smgr para atualizar o RSC diretamente.

Em vez disso, os nós réplica analisam registros WAL para detectar alterações de armazenamento:

• Aumento da contagem de blocos: Se um registro WAL referenciar um número de sequência de bloco superior à contagem em cache, a entrada RSC será atualizada para a contagem real de blocos.

• Invalidação de cache: Se um registro WAL indicar truncamento de tabela, a contagem de blocos em cache será invalidada. A próxima chamada ao sistema de arquivos para essa tabela repovoará o RSC com a contagem real.

SHOW polar_enable_rel_size_cache;
 polar_enable_rel_size_cache
-----------------------------
 off
(1 row)

SELECT polar_smgrperf_nblocks(32, true, false);
NOTICE:  testing logical file length with 32 GB
INFO:  iops=18341.1/s, lat=54.52us
INFO:  iops=17504.0/s, lat=57.13us
INFO:  iops=17960.8/s, lat=55.68us
INFO:  iops=17973.0/s, lat=55.64us
INFO:  iops=17603.5/s, lat=56.81us
INFO:  iops=17403.8/s, lat=57.46us
INFO:  iops=17506.2/s, lat=57.12us
INFO:  iops=18061.7/s, lat=55.37us

SHOW polar_enable_rel_size_cache;
 polar_enable_rel_size_cache
-----------------------------
 on
(1 row)

SELECT polar_smgrperf_nblocks(32, true, false);
NOTICE:  testing logical file length with 32 GB
INFO:  iops=14155515.6/s, lat=0.07us
INFO:  iops=13897273.6/s, lat=0.07us
INFO:  iops=13869926.3/s, lat=0.07us
INFO:  iops=13779602.7/s, lat=0.07us
INFO:  iops=14159120.5/s, lat=0.07us
INFO:  iops=14147065.6/s, lat=0.07us
INFO:  iops=14124141.9/s, lat=0.07us
INFO:  iops=14162773.3/s, lat=0.07us