Postgresql中无锁修改buffer状态
概述
Postgresql中缓冲块的状态操作是非常频繁的，尤其是pin/unpin的操作。
这类操作类似于引用计数，具体由int类型记录：
- pin：
buf_state += BUF_USAGECOUNT_ONE - unpin：
buf_state -= BUF_USAGECOUNT_ONE
这类+1的动作是concurrency unsafe的，需要使用锁或原子操作来保护。
（背景知识）
- PG的缓存页面每一个有8kB空间；对应的每一个页面都对应一个状态描述符BufferDesc。
- BufferDesc中记录缓存页面的信息，包括锁、引用计数、状态等等。
- PG对引用计数为0的buffer采用时钟算法淘汰
PinBuffer早期实现：spin lock
早期PG使用spin lock实现pin的自增操作，并发性能比较差。
PinBuffer
...
...
LockBufHdr(buf);
buf->refcount++;
...
...
if (buf->usage_count < BM_MAX_USAGE_COUNT)
buf->usage_count++;
result = (buf->flags & BM_VALID) != 0;
UnlockBufHdr(buf);PinBuffer优化实现：CAS
使用CAS函数pg_atomic_compare_exchange_u32来做check&swap，兼顾原子性与性能（高并发readonly场景有8倍的性能提升）。
old_buf_state = pg_atomic_read_u32(&buf->state);
for (;;)
{
if (old_buf_state & BM_LOCKED)
old_buf_state = WaitBufHdrUnlocked(buf);
buf_state = old_buf_state;
/* increase refcount */
buf_state += BUF_REFCOUNT_ONE;
/* increase usagecount unless already max */
if (BUF_STATE_GET_USAGECOUNT(buf_state) != BM_MAX_USAGE_COUNT)
buf_state += BUF_USAGECOUNT_ONE;
if (pg_atomic_compare_exchange_u32(&buf->state, &old_buf_state,
buf_state))
{
result = (buf_state & BM_VALID) != 0;
break;
}
}- 整体流程是：
- 拿到state（包含引用计数）
- 增加引用计数、
- CAS检查拿到的state是否被并发修改
- 修改了：old_buf_state更新为最新的state，在最新的state基础上，再去增加引用计数。
- 没修改：old_buf_state更新为最新的state，buf->state更新为 ++后的state。
- 可以直观总结CAS的用法：
- 参数2总会更新为参数一的值，也就是拿到共享变量最新的状态。
- 参数1会将 检查和更新 合并为原子动作，如果检查参1==参2，则更新，更新后函数返回true。
- 参数1会将 检查和更新 合并为原子动作，如果检查参1!=参2，说明参1被并发修改，函数返回false。
PG的CAS函数惯用法：
原子函数拿到OLD
while(1)
用拿到的OLD做一些更新，记录到NEW，但不能修改OLD
if (pg_atomic_compare_exchange_u32(共享变量，OLD，NEW))
break;本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。
原始发表：2023-02-28，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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