PgConf.Russia 2016

В докладе будет рассказано о том, как Linux работает с виртуальной памятью. Будут освещены следующие вопросы:

• устройство таблицы страниц в x86-64, переключение контекста, page fault;
• устройство системы управления виртуальной памятью (VMM) в Linux;
• методы вытеснение странц в Linux, page cache и анонимные страницы;
• huge и gigantic pages, transparent huge pages;
• как работает mmap(2) и что дают madvise(2), msync(2) и пр.;
• почему большие СУБД не используют mmap(2), а реализуют свой пул страниц;
• и, конечно, как потюнить VMM в Linux с помощью sysctl.

PostgreSQL поддерживает несколько типов индексов: GiST, SP-GiST, GIN и, конечно, обычное B-дерево. Администраторы БД знают, когда применять каждый из них: GIN для полнотекстового поиска, GiST для геометрических данных и т. д., но как они устроены внутри? Благодаря чему они хорошо работают в сценариях использования, для которых предназначены? В этой презентации я познакомлю вас с внутренней структурой каждого из этих типов индексов и расскажу, каковы их сильные и слабые стороны.

В настоящее время в PostgreSQL для исполнения SQL-запросов используется интерпретатор. Это приводит к накладным расходам, связанным с неявными вызовами функций-обработчиков и проверок, которых можно было бы избежать при создании исполняемого кода "на лету" (JIT-компиляции) под конкретный SQL-запрос: в этом случае во время выполнения уже известна структура используемых таблиц и типы данных. Особенно это актуально для сложных запросов, где производительность процессора является основным ограничением. В настоящий момент существует два известных проекта, реализующих JIT-компиляцию в PostgreSQL: коммерческое решение Vitesse DB и open-source проект PGStorm. В первом проекте за счет использования LLVM JIT авторам удается получить ускорение до 8 раз на тестах из набора TPC-H. Второй проект реализует JIT-компиляцию запроса с использованием CUDA для исполнения его на GPU, что позволяет ускорить выполнение некоторых типов запросов на порядок.

Наша работа посвящена добавлению поддержки JIT-компиляции SQL-запросов в PostgreSQL с использованием компиляторной инфраструктуры LLVM. В докладе будет подробно рассмотрено, как JIT-компиляция может быть использована для ускорения различных этапов исполнения SQL-запросов, а также особенности трансляции SQL-запросов в LLVM-биткод для получения эффективного исполняемого кода. Также будут представлены предварительные результаты тестирования JIT-компилятора на наборе тестов TPC-H.

Когда множество пользователей, процессов или потоков выполнения одновременно модифицируют их общие данные, это может вызывать проблемы, если каким-то образом не урегулировать условия гонки. Эти проблемы особенно остро проявляются в базах данных, реализующих семантику ACID. Набор изменений, объединённых в транзакцию базы данных, должен проявляться атомарно, и для параллельных транзакций, и для процесса восстановления после сбоя. Каждая транзакция должна переводить базу данных из одного согласованного состояния (с точки зрения бизнес-правил) в другое. Для эффективной разработки необходимо иметь возможность запрограммировать каждую транзакцию независимо от других транзакций, которые по стечению обстоятельств могут выполняться в то же самое время. В случае сбоя все изменения, внесённые транзакциями, об успешном завершении которых были уведомлены приложения, а также все изменения, ставшие видимыми для других транзакций, должны оставаться в базе после восстановления. За многие годы были выработаны различные стратегии обеспечения этих гарантий, а иногда гарантии корректировались тем или иным способом. В данном докладе будет рассказано, каким образом обеспечиваются эти гарантии или их компромиссные варианты, с упором на методику сериализуемой изоляции снимков (SSI, Serializable Snapshot Isolation), применяемую в PostgreSQL (и ни в какой другой производственной СУБД на данный момент). Хотя SSI уже работает быстрее и с большей степенью параллельности, чем любая другая методика управления условиями гонки с наиболее типичной нагрузкой, есть много путей для дальнейшего увеличения производительности, некоторые из которых требуют помощи эксперта по различным методам доступа индексов; эти вопросы и будут обсуждены в данном докладе. Кроме того, на докладе будут представлены некоторые общие идеи о том, как можно использовать методики SSI с XTM в распределённой системе. В конце мы оставили время для группового обсуждения оптимизации и возможных применений в распределённой среде.