PostgreSQL MVCC可见性判断

1、知识准备

1）Tuple格式头HeapTupleHeaderData

typedef struct HeapTupleFields

{

TransactionId t_xmin;   /* inserting xact ID */

TransactionId t_xmax;   /* deleting or locking xact ID */

union

{

CommandId t_cid;   /* inserting or deleting command ID, or both */

TransactionId t_xvac; /* VACUUM FULL xact ID */

}t_field3;

}HeapTupleFields;

其中:

t_xmin：存储的是产生这个元组的事务ID，可能是insert或者update语句

t_xmax：存储的是删除或者锁定这个元组的事务ID

t_cid ：包含cmin和cmax两个字段，分别存储创建这个元组的Command ID和删除这个元组的Command ID

t_xvac：存储的是VACUUM FULL 命令的事务ID

PostgreSQL主要就是通过t_xmin，t_xmax，cmin和cmax，ctid，t_infomask来唯一定义一个元组（t_xmin，t_xmax，cmin和cmax，ctid实际上也是一个表的隐藏的标记字段）。

2）Clog

PostgreSQL 在 CLOG 中维护事务的状态，持久化存储在 pg_xact 目录下，为了访问高效，会在内存中维护一块共享内存用于缓存 CLOG 的内容。

PG定义有四种事务状态：

#define TRANSACTION_STATUS_IN_PROGRESS 0x00

#define TRANSACTION_STATUS_COMMITTED 0x01

#define TRANSACTION_STATUS_ABORTED 0x02

#define TRANSACTION_STATUS_SUB_COMMITTED 0x03

Clog文件以页为单位。数组下标是事务ID，参考TransactionIdGetStatus这个函数。数组内容是事务状态，每个事务状态占用2bit即可。一个页面8K，可以存储8K*8/2=32K个事务状态。Clog buffer大小为Min(128, Max(4, NBuffers / 512))，初始化函数为CLOGShmemInit。启动时会从pg_xact读取事务状态加载到内存。系统运行过程中，vacuum会定时将不再使用的clog文件清理。

3）Hint

在进行可见性判断时，需要获取事务的状态，即元组中 t_xmin 和 t_xmax 的状态，这些事务状态保存在 CLOG 中，为加速获取事务状态的过程，PostgreSQL 引入了 Hint Bits。

所有 Hint Bits，就是把事务状态直接记录在元组头中（HeapTupleHeaderData），避免频繁访问 CLOG，元组头中对应的标识位如下:tuple->t_infomask

#define HEAP_XMIN_COMMITTED 0x0100 /* t_xmin committed */

#define HEAP_XMIN_INVALID 0x0200 /* t_xmin invalid/aborted */

#define HEAP_XMIN_FROZEN (HEAP_XMIN_COMMITTED|HEAP_XMIN_INVALID)

#define HEAP_XMAX_COMMITTED 0x0400 /* t_xmax committed */

#define HEAP_XMAX_INVALID 0x0800 /* t_xmax invalid/aborted */

#define HEAP_XMAX_IS_MULTI 0x1000 /* t_xmax is a MultiXactId */

PostgreSQL 并不会在事务提交或者回滚时主动更新元组上的 Hint Bits，而是等到访问该元组并进行可见性判断时，如果发现 Hint Bits 没有设置，则从 CLOG 中读取并设置，否则直接读取 Hint Bits 的值。判断可见性过程中设置 Hint Bits 的函数入口为 SetHintBits。这里的访问可能是 VACUUM，DML 或者 SELECT。

因此，Hint Bits 可以理解为是事务状态在元组头上的一份缓存。

4）Hint与日志

在开启 checksum 或者 GUC 参数 wal_log_hints 为 true 的情况下，如果 checkpoint 后第一次使页面 dirty 的操作是更新 Hint Bits，则会产生一条 WAL 日志，将当前页面写入 WAL 日志中(即 Full Page Image)，避免产生部分写，导致数据 checksum 异常。注意，以上写 Full Page Image 日志的行为与是否开启 full_page_writes 没有关系。因此，在开启 checksum 或者 GUC 参数 wal_log_hints 为 true 时，即便执行 SELECT，也可能更改页面的 Hint Bits，从而导致产生 WAL 日志，这会在一定程度上增加 WAL 日志占用的存储空间。

2、快照判断

判断一个事务是否在快照，即针对这个快照是否还在in progress：

1）大于等于snap->xmax：未来事务，不可见

2）小于snap->xmin：已结束事务，可见

3）[snap->xmin,snap->xmax)：查看CLOG。Commit状态：可见；in progress和abort状态：不可见

3、MVCC判断可见性

可见性判断规则可归纳为：

/* t_xmin status = ABORTED */

Rule 1: IF t_xmin status is 'ABORTED' THEN

            RETURN 'Invisible'

        END IF

/* t_xmin status = IN_PROGRESS */

        IF t_xmin status is 'IN_PROGRESS' THEN

            IF t_xmin = current_txid THEN

Rule 2:         IF t_xmax = INVALID THEN

                    RETURN 'Visible'

Rule 3:         ELSE  /* this tuple has been deleted or updated by the current transaction itself. */

                    RETURN 'Invisible'

                END IF

Rule 4:     ELSE   /* t_xmin ≠ current_txid */

                RETURN 'Invisible'

            END IF

         END IF

/* t_xmin status = COMMITTED */

         IF t_xmin status is 'COMMITTED' THEN

Rule 5:     IF t_xmin is active in the obtained transaction snapshot THEN

                RETURN 'Invisible'

Rule 6:     ELSE IF t_xmax = INVALID OR status of t_xmax is 'ABORTED' THEN

                RETURN 'Visible'

            ELSE IF t_xmax status is 'IN_PROGRESS' THEN

Rule 7:         IF t_xmax =  current_txid THEN

                    RETURN 'Invisible'

Rule 8:         ELSE  /* t_xmax ≠ current_txid */

                    RETURN 'Visible'

                END IF

            ELSE IF t_xmax status is 'COMMITTED' THEN

Rule 9:         IF t_xmax is active in the obtained transaction snapshot THEN

                    RETURN 'Visible'

Rule 10:        ELSE

                    RETURN 'Invisible'

                END IF

            END IF

        END IF

4、参考

https://yq.aliyun.com/articles/675939

http://blog.itpub.net/6906/viewspace-2562652/