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PostgreSQL中BufferAlloc函数有什么作用

发布时间:2021-11-09 15:58:36 来源:亿速云 阅读:171 作者:iii 栏目:关系型数据库

这篇文章主要介绍“PostgreSQL中BufferAlloc函数有什么作用”,在日常操作中,相信很多人在PostgreSQL中BufferAlloc函数有什么作用问题上存在疑惑,小编查阅了各式资料,整理出简单好用的操作方法,希望对大家解答”PostgreSQL中BufferAlloc函数有什么作用”的疑惑有所帮助!接下来,请跟着小编一起来学习吧!

一、数据结构

BufferDesc
共享缓冲区的共享描述符(状态)数据

/*
 * Flags for buffer descriptors
 * buffer描述器标记
 *
 * Note: TAG_VALID essentially means that there is a buffer hashtable
 * entry associated with the buffer's tag.
 * 注意:TAG_VALID本质上意味着有一个与缓冲区的标记相关联的缓冲区散列表条目。
 */
//buffer header锁定
#define BM_LOCKED               (1U << 22)  /* buffer header is locked */
//数据需要写入(标记为DIRTY)
#define BM_DIRTY                (1U << 23)  /* data needs writing */
//数据是有效的
#define BM_VALID                (1U << 24)  /* data is valid */
//已分配buffer tag
#define BM_TAG_VALID            (1U << 25)  /* tag is assigned */
//正在R/W
#define BM_IO_IN_PROGRESS       (1U << 26)  /* read or write in progress */
//上一个I/O出现错误
#define BM_IO_ERROR             (1U << 27)  /* previous I/O failed */
//开始写则变DIRTY
#define BM_JUST_DIRTIED         (1U << 28)  /* dirtied since write started */
//存在等待sole pin的其他进程
#define BM_PIN_COUNT_WAITER     (1U << 29)  /* have waiter for sole pin */
//checkpoint发生,必须刷到磁盘上
#define BM_CHECKPOINT_NEEDED    (1U << 30)  /* must write for checkpoint */
//持久化buffer(不是unlogged或者初始化fork)
#define BM_PERMANENT            (1U << 31)  /* permanent buffer (not unlogged,
                                             * or init fork) */
/*
 *  BufferDesc -- shared descriptor/state data for a single shared buffer.
 *  BufferDesc -- 共享缓冲区的共享描述符(状态)数据
 *
 * Note: Buffer header lock (BM_LOCKED flag) must be held to examine or change
 * the tag, state or wait_backend_pid fields.  In general, buffer header lock
 * is a spinlock which is combined with flags, refcount and usagecount into
 * single atomic variable.  This layout allow us to do some operations in a
 * single atomic operation, without actually acquiring and releasing spinlock;
 * for instance, increase or decrease refcount.  buf_id field never changes
 * after initialization, so does not need locking.  freeNext is protected by
 * the buffer_strategy_lock not buffer header lock.  The LWLock can take care
 * of itself.  The buffer header lock is *not* used to control access to the
 * data in the buffer!
 * 注意:必须持有Buffer header锁(BM_LOCKED标记)才能检查或修改tag/state/wait_backend_pid字段.
 * 通常来说,buffer header lock是spinlock,它与标记位/参考计数/使用计数组合到单个原子变量中.
 * 这个布局设计允许我们执行原子操作,而不需要实际获得或者释放spinlock(比如,增加或者减少参考计数).
 * buf_id字段在初始化后不会出现变化,因此不需要锁定.
 * freeNext通过buffer_strategy_lock锁而不是buffer header lock保护.
 * LWLock可以很好的处理自己的状态.
 * 务请注意的是:buffer header lock不用于控制buffer中的数据访问!
 *
 * It's assumed that nobody changes the state field while buffer header lock
 * is held.  Thus buffer header lock holder can do complex updates of the
 * state variable in single write, simultaneously with lock release (cleaning
 * BM_LOCKED flag).  On the other hand, updating of state without holding
 * buffer header lock is restricted to CAS, which insure that BM_LOCKED flag
 * is not set.  Atomic increment/decrement, OR/AND etc. are not allowed.
 * 假定在持有buffer header lock的情况下,没有人改变状态字段.
 * 持有buffer header lock的进程可以执行在单个写操作中执行复杂的状态变量更新,
 *   同步的释放锁(清除BM_LOCKED标记).
 * 换句话说,如果没有持有buffer header lock的状态更新,会受限于CAS,
 *   这种情况下确保BM_LOCKED没有被设置.
 * 比如原子的增加/减少(AND/OR)等操作是不允许的.
 *
 * An exception is that if we have the buffer pinned, its tag can't change
 * underneath us, so we can examine the tag without locking the buffer header.
 * Also, in places we do one-time reads of the flags without bothering to
 * lock the buffer header; this is generally for situations where we don't
 * expect the flag bit being tested to be changing.
 * 一种例外情况是如果我们已有buffer pinned,该buffer的tag不能改变(在本进程之下),
 *   因此不需要锁定buffer header就可以检查tag了.
 * 同时,在执行一次性的flags读取时不需要锁定buffer header.
 * 这种情况通常用于我们不希望正在测试的flag bit将被改变.
 *
 * We can't physically remove items from a disk page if another backend has
 * the buffer pinned.  Hence, a backend may need to wait for all other pins
 * to go away.  This is signaled by storing its own PID into
 * wait_backend_pid and setting flag bit BM_PIN_COUNT_WAITER.  At present,
 * there can be only one such waiter per buffer.
 * 如果其他进程有buffer pinned,那么进程不能物理的从磁盘页面中删除items.
 * 因此,后台进程需要等待其他pins清除.这可以通过存储它自己的PID到wait_backend_pid中,
 *   并设置标记位BM_PIN_COUNT_WAITER.
 * 目前,每个缓冲区只能由一个等待进程.
 *
 * We use this same struct for local buffer headers, but the locks are not
 * used and not all of the flag bits are useful either. To avoid unnecessary
 * overhead, manipulations of the state field should be done without actual
 * atomic operations (i.e. only pg_atomic_read_u32() and
 * pg_atomic_unlocked_write_u32()).
 * 本地缓冲头部使用同样的结构,但并不需要使用locks,而且并不是所有的标记位都使用.
 * 为了避免不必要的负载,状态域的维护不需要实际的原子操作
 * (比如只有pg_atomic_read_u32() and pg_atomic_unlocked_write_u32())
 *
 * Be careful to avoid increasing the size of the struct when adding or
 * reordering members.  Keeping it below 64 bytes (the most common CPU
 * cache line size) is fairly important for performance.
 * 在增加或者记录成员变量时,小心避免增加结构体的大小.
 * 保持结构体大小在64字节内(通常的CPU缓存线大小)对于性能是非常重要的.
 */
typedef struct BufferDesc
{
    //buffer tag
    BufferTag   tag;            /* ID of page contained in buffer */
    //buffer索引编号(0开始)
    int         buf_id;         /* buffer's index number (from 0) */
    /* state of the tag, containing flags, refcount and usagecount */
    //tag状态,包括flags/refcount和usagecount
    pg_atomic_uint32 state;
    //pin-count等待进程ID
    int         wait_backend_pid;   /* backend PID of pin-count waiter */
    //空闲链表链中下一个空闲的buffer
    int         freeNext;       /* link in freelist chain */
    //缓冲区内容锁
    LWLock      content_lock;   /* to lock access to buffer contents */
} BufferDesc;

BufferTag
Buffer tag标记了buffer存储的是磁盘中哪个block

/*
 * Buffer tag identifies which disk block the buffer contains.
 * Buffer tag标记了buffer存储的是磁盘中哪个block
 *
 * Note: the BufferTag data must be sufficient to determine where to write the
 * block, without reference to pg_class or pg_tablespace entries.  It's
 * possible that the backend flushing the buffer doesn't even believe the
 * relation is visible yet (its xact may have started before the xact that
 * created the rel).  The storage manager must be able to cope anyway.
 * 注意:BufferTag必须足以确定如何写block而不需要参照pg_class或者pg_tablespace数据字典信息.
 * 有可能后台进程在刷新缓冲区的时候深圳不相信关系是可见的(事务可能在创建rel的事务之前).
 * 存储管理器必须可以处理这些事情.
 *
 * Note: if there's any pad bytes in the struct, INIT_BUFFERTAG will have
 * to be fixed to zero them, since this struct is used as a hash key.
 * 注意:如果在结构体中有填充的字节,INIT_BUFFERTAG必须将它们固定为零,因为这个结构体用作散列键.
 */
typedef struct buftag
{
    //物理relation标识符
    RelFileNode rnode;          /* physical relation identifier */
    ForkNumber  forkNum;
    //相对于relation起始的块号
    BlockNumber blockNum;       /* blknum relative to begin of reln */
} BufferTag;

SMgrRelation
smgr.c维护一个包含SMgrRelation对象的hash表,SMgrRelation对象本质上是缓存的文件句柄.

/*
 * smgr.c maintains a table of SMgrRelation objects, which are essentially
 * cached file handles.  An SMgrRelation is created (if not already present)
 * by smgropen(), and destroyed by smgrclose().  Note that neither of these
 * operations imply I/O, they just create or destroy a hashtable entry.
 * (But smgrclose() may release associated resources, such as OS-level file
 * descriptors.)
 * smgr.c维护一个包含SMgrRelation对象的hash表,SMgrRelation对象本质上是缓存的文件句柄.
 * SMgrRelation对象(如非现成)通过smgropen()方法创建,通过smgrclose()方法销毁.
 * 注意:这些操作都不会执行I/O操作,只会创建或者销毁哈希表条目.
 * (但是smgrclose()方法可能会释放相关的资源,比如OS基本的文件描述符)
 *
 * An SMgrRelation may have an "owner", which is just a pointer to it from
 * somewhere else; smgr.c will clear this pointer if the SMgrRelation is
 * closed.  We use this to avoid dangling pointers from relcache to smgr
 * without having to make the smgr explicitly aware of relcache.  There
 * can't be more than one "owner" pointer per SMgrRelation, but that's
 * all we need.
 * SMgrRelation可能会有"宿主",这个宿主可能只是从某个地方指向它的指针而已;
 * 如SMgrRelationsmgr.c会清除该指针.这样做可以避免从relcache到smgr的悬空指针,
 *   而不必要让smgr显式的感知relcache(也就是隔离了smgr了relcache).
 * 每个SMgrRelation不能跟多个"owner"指针关联,但这就是我们所需要的.
 *
 * SMgrRelations that do not have an "owner" are considered to be transient,
 * and are deleted at end of transaction.
 * SMgrRelations如无owner指针,则被视为临时对象,在事务的最后被删除. 
 */
typedef struct SMgrRelationData
{
    /* rnode is the hashtable lookup key, so it must be first! */
    //-------- rnode是哈希表的搜索键,因此在结构体的首位
    //关系物理定义ID
    RelFileNodeBackend smgr_rnode;  /* relation physical identifier */
    /* pointer to owning pointer, or NULL if none */
    //--------- 指向拥有的指针,如无则为NULL
    struct SMgrRelationData **smgr_owner;
    /*
     * These next three fields are not actually used or manipulated by smgr,
     * except that they are reset to InvalidBlockNumber upon a cache flush
     * event (in particular, upon truncation of the relation).  Higher levels
     * store cached state here so that it will be reset when truncation
     * happens.  In all three cases, InvalidBlockNumber means "unknown".
     * 接下来的3个字段实际上并不用于或者由smgr管理,
     *   除非这些表里在cache flush event发生时被重置为InvalidBlockNumber
     *   (特别是在关系被截断时).
     * 在这里,更高层的存储缓存了状态因此在截断发生时会被重置.
     * 在这3种情况下,InvalidBlockNumber都意味着"unknown".
     */
    //当前插入的目标bloc
    BlockNumber smgr_targblock; /* current insertion target block */
    //最后已知的fsm fork大小
    BlockNumber smgr_fsm_nblocks;   /* last known size of fsm fork */
    //最后已知的vm fork大小
    BlockNumber smgr_vm_nblocks;    /* last known size of vm fork */
    /* additional public fields may someday exist here */
    //------- 未来可能新增的公共域
    /*
     * Fields below here are intended to be private to smgr.c and its
     * submodules.  Do not touch them from elsewhere.
     * 下面的字段是smgr.c及其子模块私有的,不要从其他模块接触这些字段.
     */
    //存储管理器选择器
    int         smgr_which;     /* storage manager selector */
    /*
     * for md.c; per-fork arrays of the number of open segments
     * (md_num_open_segs) and the segments themselves (md_seg_fds).
     * 用于md.c,打开段(md_num_open_segs)和段自身(md_seg_fds)的数组(每个fork一个)
     */
    int         md_num_open_segs[MAX_FORKNUM + 1];
    struct _MdfdVec *md_seg_fds[MAX_FORKNUM + 1];
    /* if unowned, list link in list of all unowned SMgrRelations */
    //如没有宿主,未宿主的SMgrRelations链表的链表链接.
    struct SMgrRelationData *next_unowned_reln;
} SMgrRelationData;
typedef SMgrRelationData *SMgrRelation;

RelFileNodeBackend
组合relfilenode和后台进程ID,用于提供需要定位物理存储的所有信息.

/*
 * Augmenting a relfilenode with the backend ID provides all the information
 * we need to locate the physical storage.  The backend ID is InvalidBackendId
 * for regular relations (those accessible to more than one backend), or the
 * owning backend's ID for backend-local relations.  Backend-local relations
 * are always transient and removed in case of a database crash; they are
 * never WAL-logged or fsync'd.
 * 组合relfilenode和后台进程ID,用于提供需要定位物理存储的所有信息.
 * 对于普通的关系(可通过多个后台进程访问),后台进程ID是InvalidBackendId;
 * 如为临时表,则为自己的后台进程ID.
 * 临时表(backend-local relations)通常是临时存在的,在数据库崩溃时删除,无需WAL-logged或者fsync.
 */
typedef struct RelFileNodeBackend
{
    RelFileNode node;//节点
    BackendId   backend;//后台进程
} RelFileNodeBackend;

二、源码解读

BufferAlloc是ReadBuffer的子过程.处理共享缓存的搜索.如果已无buffer可用,则选择一个可替换的buffer并删除旧页面,但注意不要读入新页面.
该函数的主要处理逻辑如下:
1.初始化,根据Tag确定hash值和分区锁定ID
2.检查block是否已在buffer pool中
3.在缓冲区中找到该buffer(buf_id >= 0)
3.1获取buffer描述符并Pin buffer
3.2如PinBuffer返回F,则执行StartBufferIO,如该函数返回F,则设置标记*foundPtr为F
3.3返回buf
4.在缓冲区中找不到该buffer(buf_id < 0)
4.1释放newPartitionLock
4.2执行循环,寻找合适的buffer
4.2.1确保在自旋锁尚未持有时,有一个空闲的refcount入口(条目)
4.2.2选择一个待淘汰的buffer
4.2.3拷贝buffer flags到oldFlags中
4.2.4Pin buffer,然后释放buffer自旋锁
4.2.5如buffer标记位BM_DIRTY,FlushBuffer
4.2.6如buffer标记为BM_TAG_VALID,计算原tag的hashcode和partition lock ID,并锁定新旧分区锁
否则需要新的分区,锁定新分区锁,重置原分区锁和原hash值
4.2.7尝试使用buffer新的tag构造hash表入口
4.2.8存在冲突(buf_id >= 0),在这里只需要像一开始处理的那样,视为已在缓冲池发现该buffer
4.2.9不存在冲突(buf_id < 0),锁定buffer header,如缓冲区没有变脏或者被pinned,则已找到buf,跳出循环
否则,解锁buffer header,删除hash表入口,释放锁,重新寻找buffer
4.3可以重新设置buffer tag,完成后解锁buffer header,删除原有的hash表入口,释放分区锁
4.4执行StartBufferIO,设置*foundPtr标记
4.5返回buf

/*
 * BufferAlloc -- subroutine for ReadBuffer.  Handles lookup of a shared
 *      buffer.  If no buffer exists already, selects a replacement
 *      victim and evicts the old page, but does NOT read in new page.
 * BufferAlloc -- ReadBuffer的子过程.处理共享缓存的搜索.
 *      如果已无buffer可用,则选择一个可替换的buffer并删除旧页面,但注意不要读入新页面.
 *
 * "strategy" can be a buffer replacement strategy object, or NULL for
 * the default strategy.  The selected buffer's usage_count is advanced when
 * using the default strategy, but otherwise possibly not (see PinBuffer).
 * "strategy"可以是缓存替换策略对象,如为默认策略,则为NULL.
 * 如使用默认读取策略,则选中的缓冲buffer的usage_count会加一,但也可能不会增加(详细参见PinBuffer).
 *
 * The returned buffer is pinned and is already marked as holding the
 * desired page.  If it already did have the desired page, *foundPtr is
 * set true.  Otherwise, *foundPtr is set false and the buffer is marked
 * as IO_IN_PROGRESS; ReadBuffer will now need to do I/O to fill it.
 * 返回的buffer已pinned并已标记为持有指定的页面.
 * 如果确实已持有指定的页面,*foundPtr设置为T.
 * 否则的话,*foundPtr设置为F,buffer标记为IO_IN_PROGRESS,ReadBuffer将会执行I/O操作.
 *
 * *foundPtr is actually redundant with the buffer's BM_VALID flag, but
 * we keep it for simplicity in ReadBuffer.
 * *foundPtr跟buffer的BM_VALID标记是重复的,但为了ReadBuffer中的简化,仍然保持这个参数.
 *
 * No locks are held either at entry or exit.
 * 在进入或者退出的时候,不需要持有任何的Locks.
 */
static BufferDesc *
BufferAlloc(SMgrRelation smgr, char relpersistence, ForkNumber forkNum,
            BlockNumber blockNum,
            BufferAccessStrategy strategy,
            bool *foundPtr)
{
    //请求block的ID
    BufferTag   newTag;         /* identity of requested block */
    //newTag的Hash值
    uint32      newHash;        /* hash value for newTag */
    //缓冲区分区锁
    LWLock     *newPartitionLock;   /* buffer partition lock for it */
    //选中缓冲区对应的上一个ID
    BufferTag   oldTag;         /* previous identity of selected buffer */
    //oldTag的hash值
    uint32      oldHash;        /* hash value for oldTag */
    //原缓冲区分区锁
    LWLock     *oldPartitionLock;   /* buffer partition lock for it */
    //原标记位
    uint32      oldFlags;
    //buffer ID编号
    int         buf_id;
    //buffer描述符
    BufferDesc *buf;
    //是否有效
    bool        valid;
    //buffer状态
    uint32      buf_state;
    /* create a tag so we can lookup the buffer */
    //创建一个tag,用于检索buffer
    INIT_BUFFERTAG(newTag, smgr->smgr_rnode.node, forkNum, blockNum);
    /* determine its hash code and partition lock ID */
    //根据Tag确定hash值和分区锁定ID
    newHash = BufTableHashCode(&newTag);
    newPartitionLock = BufMappingPartitionLock(newHash);
    /* see if the block is in the buffer pool already */
    //检查block是否已在buffer pool中
    LWLockAcquire(newPartitionLock, LW_SHARED);
    buf_id = BufTableLookup(&newTag, newHash);
    if (buf_id >= 0)
    {
        //---- 在缓冲区中找到该buffer
        /*
         * Found it.  Now, pin the buffer so no one can steal it from the
         * buffer pool, and check to see if the correct data has been loaded
         * into the buffer.
         * 找到了!现在pin缓冲区,确保没有进程可以从缓冲区中删除
         *   检查正确的数据是否已装载到缓冲区中.
         */
        buf = GetBufferDescriptor(buf_id);
        //Pin缓冲区
        valid = PinBuffer(buf, strategy);
        /* Can release the mapping lock as soon as we've pinned it */
        //一旦pinned,立即释放newPartitionLock
        LWLockRelease(newPartitionLock);
        //设置返回参数
        *foundPtr = true;
        if (!valid)
        {
            //如无效
            /*
             * We can only get here if (a) someone else is still reading in
             * the page, or (b) a previous read attempt failed.  We have to
             * wait for any active read attempt to finish, and then set up our
             * own read attempt if the page is still not BM_VALID.
             * StartBufferIO does it all.
             * 程序执行到这里原因是(a)有其他进程仍然读入了该page,或者(b)上一次读取尝试失败.
             * 在这里必须等到其他活动的读取完成,然后在page状态仍然不是BM_VALID时设置读取尝试.
             * StartBufferIO过程执行这些工作.
             */
            if (StartBufferIO(buf, true))
            {
                /*
                 * If we get here, previous attempts to read the buffer must
                 * have failed ... but we shall bravely try again.
                 */
                //上一次尝试读取已然失败,这里还是需要勇敢的再试一次!
                *foundPtr = false;//设置为F
            }
        }
        //返回buf
        return buf;
    }
    /*
     * Didn't find it in the buffer pool.  We'll have to initialize a new
     * buffer.  Remember to unlock the mapping lock while doing the work.
     * 没有在缓冲池中发现该buffer.
     * 这时候不得不初始化一个buffer.
     * 记住:在执行工作的时候,记得首先解锁mapping lock.
     */
    LWLockRelease(newPartitionLock);
    /* Loop here in case we have to try another victim buffer */
    //循环,寻找合适的buffer
    for (;;)
    {
        /*
         * Ensure, while the spinlock's not yet held, that there's a free
         * refcount entry.
         * 确保在自旋锁尚未持有时,有一个空闲的refcount入口(条目).
         */
        ReservePrivateRefCountEntry();
        /*
         * Select a victim buffer.  The buffer is returned with its header
         * spinlock still held!
         * 选择一个待淘汰的buffer.
         * 返回的buffer,仍然持有其header的自旋锁.
         */
        buf = StrategyGetBuffer(strategy, &buf_state);
        Assert(BUF_STATE_GET_REFCOUNT(buf_state) == 0);
        /* Must copy buffer flags while we still hold the spinlock */
        //在仍持有自旋锁的情况下必须拷贝buffer flags
        oldFlags = buf_state & BUF_FLAG_MASK;
        /* Pin the buffer and then release the buffer spinlock */
        //Pin buffer,然后释放buffer自旋锁
        PinBuffer_Locked(buf);
        /*
         * If the buffer was dirty, try to write it out.  There is a race
         * condition here, in that someone might dirty it after we released it
         * above, or even while we are writing it out (since our share-lock
         * won't prevent hint-bit updates).  We will recheck the dirty bit
         * after re-locking the buffer header.
         * 如果buffer已脏,尝试刷新到磁盘上.
         * 这里有一个竞争条件,那就是某些进程可能在我们在上面释放它(或者甚至在我们正在刷新时)之后使该缓冲区变脏.
         * 在再次锁定buffer header后,我们会重新检查相应的dirty标记位.  
         */
        if (oldFlags & BM_DIRTY)
        {
            /*
             * We need a share-lock on the buffer contents to write it out
             * (else we might write invalid data, eg because someone else is
             * compacting the page contents while we write).  We must use a
             * conditional lock acquisition here to avoid deadlock.  Even
             * though the buffer was not pinned (and therefore surely not
             * locked) when StrategyGetBuffer returned it, someone else could
             * have pinned and exclusive-locked it by the time we get here. If
             * we try to get the lock unconditionally, we'd block waiting for
             * them; if they later block waiting for us, deadlock ensues.
             * (This has been observed to happen when two backends are both
             * trying to split btree index pages, and the second one just
             * happens to be trying to split the page the first one got from
             * StrategyGetBuffer.)
             * 需要持有buffer内容的共享锁来刷出该缓冲区.
             * (否则的话,我们可能会写入无效的数据,原因比如是其他进程在我们写入时压缩page).
             * 在这里,必须使用条件锁来避免死锁.
             * 在StrategyGetBuffer返回时虽然buffer尚未pinned,
             *   其他进程可能已经pinned该buffer并且同时已持有独占锁.
             * 如果我们尝试无条件的锁定,那么因为等待而阻塞.其他进程稍后又会等待本进程,那么死锁就会发生.
             * (在实际中,两个后台进程在尝试分裂B树索引pages,
             *  而第二个正好尝试分裂第一个进程通过StrategyGetBuffer获取的page时,会发生这种情况).
             */
            if (LWLockConditionalAcquire(BufferDescriptorGetContentLock(buf),
                                         LW_SHARED))
            {
                //---- 执行有条件锁定请求(buffer内容共享锁)
                /*
                 * If using a nondefault strategy, and writing the buffer
                 * would require a WAL flush, let the strategy decide whether
                 * to go ahead and write/reuse the buffer or to choose another
                 * victim.  We need lock to inspect the page LSN, so this
                 * can't be done inside StrategyGetBuffer.
                 * 如使用非默认的策略,则写缓冲会请求WAL flush,让策略确定如何继续以及写入/重用
                 *   缓冲或者选择另外一个待淘汰的buffer.
                 * 我们需要锁定,检查page的LSN,因此不能在StrategyGetBuffer中完成.
                 */
                if (strategy != NULL)
                {
                    //非默认策略
                    XLogRecPtr  lsn;
                    /* Read the LSN while holding buffer header lock */
                    //在持有buffer header lock时读取LSN
                    buf_state = LockBufHdr(buf);
                    lsn = BufferGetLSN(buf);
                    UnlockBufHdr(buf, buf_state);
                    if (XLogNeedsFlush(lsn) &&
                        StrategyRejectBuffer(strategy, buf))
                    {
                        //需要flush WAL并且StrategyRejectBuffer
                        /* Drop lock/pin and loop around for another buffer */
                        //清除lock/pin并循环到另外一个buffer
                        LWLockRelease(BufferDescriptorGetContentLock(buf));
                        UnpinBuffer(buf, true);
                        continue;
                    }
                }
                /* OK, do the I/O */
                //现在可以执行I/O了
                TRACE_POSTGRESQL_BUFFER_WRITE_DIRTY_START(forkNum, blockNum,
                                                          smgr->smgr_rnode.node.spcNode,
                                                          smgr->smgr_rnode.node.dbNode,
                                                          smgr->smgr_rnode.node.relNode);
                FlushBuffer(buf, NULL);
                LWLockRelease(BufferDescriptorGetContentLock(buf));
                ScheduleBufferTagForWriteback(&BackendWritebackContext,
                                              &buf->tag);
                TRACE_POSTGRESQL_BUFFER_WRITE_DIRTY_DONE(forkNum, blockNum,
                                                         smgr->smgr_rnode.node.spcNode,
                                                         smgr->smgr_rnode.node.dbNode,
                                                         smgr->smgr_rnode.node.relNode);
            }
            else
            {
                /*
                 * Someone else has locked the buffer, so give it up and loop
                 * back to get another one.
                 * 其他进程已经锁定了buffer,放弃,获取另外一个
                 */
                UnpinBuffer(buf, true);
                continue;
            }
        }
        /*
         * To change the association of a valid buffer, we'll need to have
         * exclusive lock on both the old and new mapping partitions.
         * 修改有效缓冲区的相关性,需要在原有和新的映射分区上持有独占锁
         */
        if (oldFlags & BM_TAG_VALID)
        {
            //----------- buffer标记为BM_TAG_VALID
            /*
             * Need to compute the old tag's hashcode and partition lock ID.
             * XXX is it worth storing the hashcode in BufferDesc so we need
             * not recompute it here?  Probably not.
             * 需要计算原tag的hashcode和partition lock ID.
             * 这里是否值得存储hashcode在BufferDesc中而无需再次计算?可能不值得.
             */
            oldTag = buf->tag;
            oldHash = BufTableHashCode(&oldTag);
            oldPartitionLock = BufMappingPartitionLock(oldHash);
            /*
             * Must lock the lower-numbered partition first to avoid
             * deadlocks.
             * 必须首先锁定更低一级编号的分区以避免死锁
             */
            if (oldPartitionLock < newPartitionLock)
            {
                //按顺序锁定
                LWLockAcquire(oldPartitionLock, LW_EXCLUSIVE);
                LWLockAcquire(newPartitionLock, LW_EXCLUSIVE);
            }
            else if (oldPartitionLock > newPartitionLock)
            {
                //按顺序锁定
                LWLockAcquire(newPartitionLock, LW_EXCLUSIVE);
                LWLockAcquire(oldPartitionLock, LW_EXCLUSIVE);
            }
            else
            {
                /* only one partition, only one lock */
                //只有一个分区,只需要一个锁
                LWLockAcquire(newPartitionLock, LW_EXCLUSIVE);
            }
        }
        else
        {
            //----------- buffer未标记为BM_TAG_VALID
            /* if it wasn't valid, we need only the new partition */
            //buffer无效,需要新的分区
            LWLockAcquire(newPartitionLock, LW_EXCLUSIVE);
            /* remember we have no old-partition lock or tag */
            //不需要原有分区的锁&tag
            oldPartitionLock = NULL;
            /* this just keeps the compiler quiet about uninit variables */
            //这行代码的目的是让编译器"闭嘴"
            oldHash = 0;
        }
        /*
         * Try to make a hashtable entry for the buffer under its new tag.
         * This could fail because while we were writing someone else
         * allocated another buffer for the same block we want to read in.
         * Note that we have not yet removed the hashtable entry for the old
         * tag.
         * 尝试使用buffer新的tag构造hash表入口.
         * 这可能会失败,因为在我们写入时其他进程可能已为我们希望读入的同一个block分配了另外一个buffer.
         * 注意我们还没有删除原有tag的hash表入口.
         */
        buf_id = BufTableInsert(&newTag, newHash, buf->buf_id);
        if (buf_id >= 0)
        {
            /*
             * Got a collision. Someone has already done what we were about to
             * do. We'll just handle this as if it were found in the buffer
             * pool in the first place.  First, give up the buffer we were
             * planning to use.
             * 存在冲突.某个进程已完成了我们准备做的事情.
             * 在这里只需要像一开始处理的那样,视为已在缓冲池发现该buffer.
             * 首先,放弃计划使用的buffer.
             */
            UnpinBuffer(buf, true);
            /* Can give up that buffer's mapping partition lock now */
            //放弃原有的partition lock
            if (oldPartitionLock != NULL &&
                oldPartitionLock != newPartitionLock)
                LWLockRelease(oldPartitionLock);
            /* remaining code should match code at top of routine */
            //剩余的代码应匹配上面的处理过程
            //详细参见以上代码注释
            buf = GetBufferDescriptor(buf_id);
            valid = PinBuffer(buf, strategy);
            /* Can release the mapping lock as soon as we've pinned it */
            //是否新partition lock
            LWLockRelease(newPartitionLock);
            //设置标记
            *foundPtr = true;
            if (!valid)
            {
                /*
                 * We can only get here if (a) someone else is still reading
                 * in the page, or (b) a previous read attempt failed.  We
                 * have to wait for any active read attempt to finish, and
                 * then set up our own read attempt if the page is still not
                 * BM_VALID.  StartBufferIO does it all.
                 */
                if (StartBufferIO(buf, true))
                {
                    /*
                     * If we get here, previous attempts to read the buffer
                     * must have failed ... but we shall bravely try again.
                     */
                    *foundPtr = false;
                }
            }
            return buf;
        }
        /*
         * Need to lock the buffer header too in order to change its tag.
         * 需要锁定缓冲头部,目的是修改tag
         */
        buf_state = LockBufHdr(buf);
        /*
         * Somebody could have pinned or re-dirtied the buffer while we were
         * doing the I/O and making the new hashtable entry.  If so, we can't
         * recycle this buffer; we must undo everything we've done and start
         * over with a new victim buffer.
         * 在我们执行I/O和标记新的hash表入口时,某些进程可能已经pinned或者重新弄脏了buffer.
         * 如出现这样的情况,不能回收该缓冲区;必须回滚我们所做的所有事情,并重新寻找新的待淘汰的缓冲区.
         */
        oldFlags = buf_state & BUF_FLAG_MASK;
        if (BUF_STATE_GET_REFCOUNT(buf_state) == 1 && !(oldFlags & BM_DIRTY))
            //已经OK了
            break;
        //解锁buffer header
        UnlockBufHdr(buf, buf_state);
        //删除hash表入口
        BufTableDelete(&newTag, newHash);
        //释放锁
        if (oldPartitionLock != NULL &&
            oldPartitionLock != newPartitionLock)
            LWLockRelease(oldPartitionLock);
        LWLockRelease(newPartitionLock);
        UnpinBuffer(buf, true);
        //重新寻找buffer
    }
    /*
     * Okay, it's finally safe to rename the buffer.
     * 现在终于可以安全的给buffer重命名了
     *
     * Clearing BM_VALID here is necessary, clearing the dirtybits is just
     * paranoia.  We also reset the usage_count since any recency of use of
     * the old content is no longer relevant.  (The usage_count starts out at
     * 1 so that the buffer can survive one clock-sweep pass.)
     * 如需要,清除BM_VALID标记,清除脏标记位.
     * 我们还需要重置usage_count,因为使用旧内容的recency不再相关.
     * (usage_count从1开始,因此buffer可以在一个时钟周期经过后仍能存活)
     *
     * Make sure BM_PERMANENT is set for buffers that must be written at every
     * checkpoint.  Unlogged buffers only need to be written at shutdown
     * checkpoints, except for their "init" forks, which need to be treated
     * just like permanent relations.
     * 确保标记为BM_PERMANENT的buffer必须在每次checkpoint时刷到磁盘上.
     * Unlogged缓冲只需要在shutdown checkpoint时才需要写入,除非它们"init" forks,
     *   这些操作需要类似持久化关系一样处理.
     */
    buf->tag = newTag;
    buf_state &= ~(BM_VALID | BM_DIRTY | BM_JUST_DIRTIED |
                   BM_CHECKPOINT_NEEDED | BM_IO_ERROR | BM_PERMANENT |
                   BUF_USAGECOUNT_MASK);
    if (relpersistence == RELPERSISTENCE_PERMANENT || forkNum == INIT_FORKNUM)
        buf_state |= BM_TAG_VALID | BM_PERMANENT | BUF_USAGECOUNT_ONE;
    else
        buf_state |= BM_TAG_VALID | BUF_USAGECOUNT_ONE;
    UnlockBufHdr(buf, buf_state);
    if (oldPartitionLock != NULL)
    {
        BufTableDelete(&oldTag, oldHash);
        if (oldPartitionLock != newPartitionLock)
            LWLockRelease(oldPartitionLock);
    }
    LWLockRelease(newPartitionLock);
    /*
     * Buffer contents are currently invalid.  Try to get the io_in_progress
     * lock.  If StartBufferIO returns false, then someone else managed to
     * read it before we did, so there's nothing left for BufferAlloc() to do.
     * 缓冲区内存已无效.
     * 尝试获取io_in_progress lock.如StartBufferIO返回F,意味着其他进程已在我们完成前读取该缓冲区,
     *   因此对于BufferAlloc()来说,已无事可做.
     */
    if (StartBufferIO(buf, true))
        *foundPtr = false;
    else
        *foundPtr = true;
    return buf;
}

三、跟踪分析

测试脚本,查询数据表:

10:01:54 (xdb@[local]:5432)testdb=# select * from t1 limit 10;

启动gdb,设置断点

(gdb) b BufferAlloc
Breakpoint 1 at 0x8778ad: file bufmgr.c, line 1005.
(gdb) c
Continuing.
Breakpoint 1, BufferAlloc (smgr=0x2267430, relpersistence=112 'p', forkNum=MAIN_FORKNUM, blockNum=0, strategy=0x0, 
    foundPtr=0x7ffcc97fb4f3) at bufmgr.c:1005
1005        INIT_BUFFERTAG(newTag, smgr->smgr_rnode.node, forkNum, blockNum);
(gdb)

输入参数
smgr-SMgrRelationData结构体指针
relpersistence-关系是否持久化
forkNum-fork类型,MAIN_FORKNUM对应数据文件,还有fsm/vm文件
blockNum-块号
strategy-buffer访问策略,为NULL
*foundPtr-输出参数

(gdb) p *smgr
$1 = {smgr_rnode = {node = {spcNode = 1663, dbNode = 16402, relNode = 51439}, backend = -1}, smgr_owner = 0x7f86133f3778, 
  smgr_targblock = 4294967295, smgr_fsm_nblocks = 4294967295, smgr_vm_nblocks = 4294967295, smgr_which = 0, 
  md_num_open_segs = {0, 0, 0, 0}, md_seg_fds = {0x0, 0x0, 0x0, 0x0}, next_unowned_reln = 0x0}
(gdb) p *smgr->smgr_owner
$2 = (struct SMgrRelationData *) 0x2267430
(gdb) p **smgr->smgr_owner
$3 = {smgr_rnode = {node = {spcNode = 1663, dbNode = 16402, relNode = 51439}, backend = -1}, smgr_owner = 0x7f86133f3778, 
  smgr_targblock = 4294967295, smgr_fsm_nblocks = 4294967295, smgr_vm_nblocks = 4294967295, smgr_which = 0, 
  md_num_open_segs = {0, 0, 0, 0}, md_seg_fds = {0x0, 0x0, 0x0, 0x0}, next_unowned_reln = 0x0}
(gdb)

1.初始化,根据Tag确定hash值和分区锁定ID

(gdb) n
1008        newHash = BufTableHashCode(&newTag);
(gdb) p newTag
$4 = {rnode = {spcNode = 1663, dbNode = 16402, relNode = 51439}, forkNum = MAIN_FORKNUM, blockNum = 0}
(gdb) n
1009        newPartitionLock = BufMappingPartitionLock(newHash);
(gdb) 
1012        LWLockAcquire(newPartitionLock, LW_SHARED);
(gdb) 
1013        buf_id = BufTableLookup(&newTag, newHash);
(gdb) p newHash
$5 = 1398580903
(gdb) p newPartitionLock
$6 = (LWLock *) 0x7f85e5db9600
(gdb) p *newPartitionLock
$7 = {tranche = 59, state = {value = 536870913}, waiters = {head = 2147483647, tail = 2147483647}}
(gdb)

2.检查block是否已在buffer pool中

(gdb) n
1014        if (buf_id >= 0)
(gdb) p buf_id
$8 = -1

4.在缓冲区中找不到该buffer(buf_id < 0)
4.1释放newPartitionLock
4.2执行循环,寻找合适的buffer
4.2.1确保在自旋锁尚未持有时,有一个空闲的refcount入口(条目) —-> ReservePrivateRefCountEntry

(gdb) n
1056        LWLockRelease(newPartitionLock);
(gdb) 
1065            ReservePrivateRefCountEntry();
(gdb)

4.2.2选择一个待淘汰的buffer

(gdb) n
1071            buf = StrategyGetBuffer(strategy, &buf_state);
(gdb) n
1073            Assert(BUF_STATE_GET_REFCOUNT(buf_state) == 0);
(gdb) p buf
$9 = (BufferDesc *) 0x7f85e705fd80
(gdb) p *buf
$10 = {tag = {rnode = {spcNode = 0, dbNode = 0, relNode = 0}, forkNum = InvalidForkNumber, blockNum = 4294967295}, 
  buf_id = 104, state = {value = 4194304}, wait_backend_pid = 0, freeNext = -2, content_lock = {tranche = 54, state = {
      value = 536870912}, waiters = {head = 2147483647, tail = 2147483647}}}
(gdb)

4.2.3拷贝buffer flags到oldFlags中

(gdb) n
1076            oldFlags = buf_state & BUF_FLAG_MASK;
(gdb)

4.2.4Pin buffer,然后释放buffer自旋锁

(gdb) 
1079            PinBuffer_Locked(buf);
(gdb)

4.2.5如buffer标记位BM_DIRTY,FlushBuffer

1088            if (oldFlags & BM_DIRTY)
(gdb)

4.2.6如buffer标记为BM_TAG_VALID,计算原tag的hashcode和partition lock ID,并锁定新旧分区锁
否则需要新的分区,锁定新分区锁,重置原分区锁和原hash值

(gdb) 
1166            if (oldFlags & BM_TAG_VALID)
(gdb) 
1200                LWLockAcquire(newPartitionLock, LW_EXCLUSIVE);
(gdb) 
1202                oldPartitionLock = NULL;
(gdb) 
1204                oldHash = 0;
(gdb) p oldFlags
$11 = 4194304
(gdb)

4.2.7尝试使用buffer新的tag构造hash表入口

(gdb) 
1214            buf_id = BufTableInsert(&newTag, newHash, buf->buf_id);
(gdb) n
1216            if (buf_id >= 0)
(gdb) p buf_id
$12 = -1
(gdb)

4.2.9不存在冲突(buf_id < 0),锁定buffer header,如缓冲区没有变脏或者被pinned,则已找到buf,跳出循环
否则,解锁buffer header,删除hash表入口,释放锁,重新寻找buffer

(gdb) n
1267            buf_state = LockBufHdr(buf);
(gdb) 
1275            oldFlags = buf_state & BUF_FLAG_MASK;
(gdb) 
1276            if (BUF_STATE_GET_REFCOUNT(buf_state) == 1 && !(oldFlags & BM_DIRTY))
(gdb) 
1277                break;
(gdb)

4.3可以重新设置buffer tag,完成后解锁buffer header,删除原有的hash表入口,释放分区锁

1301        buf->tag = newTag;
(gdb) 
1302        buf_state &= ~(BM_VALID | BM_DIRTY | BM_JUST_DIRTIED |
(gdb) 
1305        if (relpersistence == RELPERSISTENCE_PERMANENT || forkNum == INIT_FORKNUM)
(gdb) 
1306            buf_state |= BM_TAG_VALID | BM_PERMANENT | BUF_USAGECOUNT_ONE;
(gdb) 
1310        UnlockBufHdr(buf, buf_state);
(gdb) 
1312        if (oldPartitionLock != NULL)
(gdb) 
1319        LWLockRelease(newPartitionLock);
(gdb) p *buf
$13 = {tag = {rnode = {spcNode = 1663, dbNode = 16402, relNode = 51439}, forkNum = MAIN_FORKNUM, blockNum = 0}, 
  buf_id = 104, state = {value = 2181300225}, wait_backend_pid = 0, freeNext = -2, content_lock = {tranche = 54, state = {
      value = 536870912}, waiters = {head = 2147483647, tail = 2147483647}}}
(gdb)

4.4执行StartBufferIO,设置*foundPtr标记

(gdb) 
1326        if (StartBufferIO(buf, true))
(gdb) n
1327            *foundPtr = false;
(gdb)

4.5返回buf

(gdb) 
1331        return buf;
(gdb) 
1332    }
(gdb)

执行完成

(gdb) 
ReadBuffer_common (smgr=0x2267430, relpersistence=112 'p', forkNum=MAIN_FORKNUM, blockNum=0, mode=RBM_NORMAL, strategy=0x0, 
    hit=0x7ffcc97fb5eb) at bufmgr.c:747
747         if (found)
(gdb) 
750             pgBufferUsage.shared_blks_read++;
(gdb)

到此,关于“PostgreSQL中BufferAlloc函数有什么作用”的学习就结束了,希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习,快去试试吧!若想继续学习更多相关知识,请继续关注亿速云网站,小编会继续努力为大家带来更多实用的文章!

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