ApsaraDB RDS：透明頁壓縮TPC

前提條件

RDS PostgreSQL執行個體版本需要滿足以下條件：

• 執行個體大版本：14或以上版本。

• 核心小版本：大於等於20240530，如需升級核心小版本，請參見升級核心小版本。

什麼是透明頁壓縮

透明頁壓縮 TPC（Transparent Page Compression）中，頁壓縮指對Buffer Pool中的頁執行即時的IO壓縮和解壓縮，透明是指使用過程中無感知，資料在寫入磁碟時自動壓縮，資料在從磁碟讀取時自動解壓縮。

透明頁壓縮的主要目標是減少儲存空間的使用，並提高資料庫的讀效能。通過壓縮資料，可以降低磁碟IO，減少儲存，提高緩衝效率，並加快資料轉送速度。

應用情境

CPU使用率在50%以下，IOPS或IO吞吐容易達到瓶頸的情境下，推薦使用透明頁壓縮功能。

透明頁壓縮的優勢

• 儲存成本平均可節約50%。

• IO使用平均可節約50%。

• TPS在讀情境會有所提高，部分IO打滿的讀情境最高可提升100%。

影響

• 該功能會使CPU利用率上漲，壓縮的CPU利用率上漲約260%，解壓的CPU利用率上漲約40%。

• 在寫情境TPS會有下降。

• 對TOAST資料的壓縮效果不佳。

操作步驟

1. 透明頁壓縮功能依賴資料表空間，需要建立壓縮資料表空間。

   CREATE TABLESPACE rds_compress LOCATION '/data/postgresql/rds_compress' WITH(COMPRESSION='zstd');

   重要

   本步驟建立的資料表空間名稱、資料表空間路徑以及壓縮演算法請勿修改。

2. 建立壓縮表或索引。

   • 在建立或修改表、索引時指定壓縮資料表空間，使用透明頁壓縮功能。

     • 表壓縮

       -- 建立表時，指定壓縮資料表空間，即可使用透明頁壓縮功能
       CREATE TABLE <tablename> ... TABLESPACE rds_compress;
       
       -- 將現有表的資料表空間修改為壓縮資料表空間
       ALTER TABLE <tablename> SET TABLESPACE rds_compress;

     • 索引壓縮

       -- 建立索引時，指定壓縮資料表空間，即可使用透明頁壓縮功能
       CREATE INDEX <indexname> ... TABLESPACE rds_compress;
       
       -- 將現有索引的資料表空間修改為壓縮資料表空間
       ALTER INDEX <indexname> SET TABLESPACE rds_compress;

   • 修改預設資料表空間為壓縮資料表空間，後續建立的表和索引，將預設使用透明頁壓縮功能。

     -- 設定預設資料表空間為壓縮資料表空間
     SET default_tablespace TO 'rds_compress';
     
     -- 建立表、索引時無需指定資料表空間，預設使用透明頁壓縮功能。
     CREATE TABLE <tablename> ...;
     CREATE INDEX <indexname> ...;

相關查詢

• 查詢表、索引是否建立在壓縮資料表空間下：

  1. 在psql命令列中輸入\d+ <表名>查詢指定表的詳細資料。

     如果表和索引都建立在壓縮資料表空間下，則表示可以使用透明頁壓縮功能。以下為sysbench表的結構查詢結果。

                                                                Table "public.sbtest1"
      Column |      Type      | Collation | Nullable |               Default               | Storage  | Compression | Stats target | Description 
     --------+----------------+-----------+----------+-------------------------------------+----------+-------------+--------------+-------------
      id     | integer        |           | not null | nextval('sbtest1_id_seq'::regclass) | plain    |             |              | 
      k      | integer        |           | not null | 0                                   | plain    |             |              | 
      c      | character(120) |           | not null | ''::bpchar                          | extended |             |              | 
      pad    | character(60)  |           | not null | ''::bpchar                          | extended |             |              | 
     Indexes:
         "sbtest1_pkey" PRIMARY KEY, btree (id), tablespace "rds_compress"
         "k_1" btree (k), tablespace "rds_compress"
     Tablespace: "rds_compress"
     Access method: heap

• 驗證資料是否壓縮：

  您可以使用pg_database_size、pg_tablespace_size、pg_relation_size、pg_table_size、pg_index_size、pg_total_relation_size等函數查看資料的即時大小。

  說明

  您可以利用sysbench測試載入器分別向壓縮表和非壓縮表中插入相同資料量的測試資料，觀察壓縮表的磁碟佔用情況，壓縮表的大小約為非壓縮表大小的50%。

• 計算指定表的壓縮比：

  SELECT pg_relation_size('<tablename>')::float / (relpages * 8192) from pg_class WHERE relname = '<tablename>';

  說明

  上述語句中查詢pg_class系統目錄，使用pg_relation_size('<tablename>') 函數擷取指定表的實際磁碟佔用空間大小（以位元組為單位）並轉換為浮點數，通過除以 (relpages * 8192)計算得出每個頁面的平均大小（以位元組為單位）。其中relpages是表的總頁面數，8192是PostgreSQL預設的頁面大小（通常為8KB），最終，查詢的結果表示指定表的平均壓縮比率。值越小，表示壓縮比越高。

將壓縮的表、索引轉為非壓縮的表、索引

當您不再使用透明頁壓縮功能時，執行如下命令可以將壓縮的表、索引轉為非壓縮的表、索引。

ALTER TABLE <tablename> SET TABLESPACE pg_default;
ALTER INDEX <indexname> SET TABLESPACE pg_default;

效能測試

使用RDS PostgreSQL執行個體，使用sysbench工具進行壓力測試，以評估啟用和禁用TPC所帶來的效能表現。

本文以如下配置的RDS PostgreSQL執行個體為例：

--tables=100 --table-size=<分別為400000/4000000/32000000> --report-interval=1 --time=100 --threads=64

--tables=100 --table-size=32000000 --report-interval=1 --time=100 --threads=4

常見問題

Q：啟用透明頁壓縮TPC後，資料庫工具（pg_dump，pg_basebackup）還能正常使用嗎？

A：pg_dump和pg_basebackup工具可以正常使用，其中如果要將pg_basebackup產生的備份恢複到另一個資料庫時，目標資料庫也需要開啟透明頁壓縮。