PgConf.Russia 2016

Основная задача для приложения, работающего с СУБД, кроме реализации требуемого функционала - это обеспечения минимального времени отклика либо максимальной пропускной способности. К сожалению, многие разработчики зачастую весьма смутно представляют себе, на что и как СУБД расходует ресурсы при выполнении запроса, и неспособны предугадать узкие места. Рассказу о том, какими способами может быть выполнен запрос, какие из них оптимальны, какие при этом могут быть проблемы и как их можно попробовать обойти и посвящен этот мастер-класс.

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.

Знание внутреннего устройства СУБД на уровне хранения данных позволяет ускорить её работу и уложить данные более компактно. На данном мастер-классе будет представлен инструмент pageinspect, одним из разработчиков которого недавно стал московский программист Николай Шаплов. На практике этот инструмент будет использован для изучения того, как в БД лежат данные и как их можно разложить оптимально. Будут и задачи для самостоятельного исследования.

Механизм секционирования в Postgres имеет ряд ограничений, которые не позволяют использовать концепцию секционирования в полной мере. Среди таких ограничений можно выделить неэффективность планирования запросов для секционированных таблиц (линейный рост времени планирования при увеличении количества секций), отсутствие HASH-секционирования, необходимость ручного управления секциями. Однако, средства расширяемости Postgres предоставляют разработчику широкие возможности, позволяющие обойти некоторые ограничения. В докладе будет рассказано, как внедрившись в код планировщика удалось оптимизировать время планирования запросов. Так метод бинарного поиска позволяет добиться логарифмического роста времени планирования для RANGE-секционированных таблиц. Поэтому использование даже тысяч секций не будет приводить к существенным накладным расходам. Также удалось реализовать HASH-секционирование с близким к константному времени планирования.