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PostgreSQL sharding : citus 系列5 - worker节点网络优化

原创 PostgreSQL 作者:digoal 时间:2018-10-09 14:39:38 0 删除 编辑

背景

citus 节点间的网络需求:

1、cn节点访问所有worker节点。oltp业务的访问较频繁。

2、重分布数据时,worker节点间相互访问。访问频度不大,OLAP业务常见,一旦有可能数据交换吞吐较大。

citus的cn节点连worker节点为有两种模式,

一种为事务级保持连接模式(每条SQL发起时建立连接,SQL结束后释放连接(除非在事务中,否则SQL结束立即释放连接)。),

另一种为会话级保持连接模式(会话发起时建立连接,会话结束后释放连接。)。

1、跑OLAP类的SQL时,使用的是第一种即时连接模式(OLAP场景并发不高,建立连接带来的额外开销不明显)

可以在worker节点打开参数进行跟踪

postgres=# show log_connections ;  
 log_connections   
-----------------  
 on  
(1 row)  
  
postgres=# show log_disconnections ;  
 log_disconnections   
--------------------  
 on  
(1 row)

例子,

以下两条SQL均为即时短连接模式( Custom Scan (Citus Task-Tracker) Custom Scan (Citus Real-Time) )。

postgres=# set citus.task_executor_type =task;  
ERROR:  invalid value for parameter "citus.task_executor_type": "task"  
HINT:  Available values: real-time, task-tracker.  
  
  
postgres=# set citus.task_executor_type ='task-tracker';  
SET  
postgres=# explain select count(*) from pgbench_accounts ;  
                                                     QUERY PLAN                                                        
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
 Aggregate  (cost=0.00..0.00 rows=0 width=0)  
   ->  Custom Scan (Citus Task-Tracker)  (cost=0.00..0.00 rows=0 width=0)  
         Task Count: 128  
         Tasks Shown: One of 128  
         ->  Task  
               Node: host=172.24.211.224 port=1921 dbname=postgres  
               ->  Aggregate  (cost=231.85..231.86 rows=1 width=8)  
                     ->  Seq Scan on pgbench_accounts_106812 pgbench_accounts  (cost=0.00..212.48 rows=7748 width=0)  
(8 rows)  
  
  
postgres=# set citus.task_executor_type ='real-time';  
  
postgres=# explain select count(*) from pgbench_accounts ;  
                                                     QUERY PLAN                                                        
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
 Aggregate  (cost=0.00..0.00 rows=0 width=0)  
   ->  Custom Scan (Citus Real-Time)  (cost=0.00..0.00 rows=0 width=0)  
         Task Count: 128  
         Tasks Shown: One of 128  
         ->  Task  
               Node: host=172.24.211.224 port=1921 dbname=postgres  
               ->  Aggregate  (cost=231.85..231.86 rows=1 width=8)  
                     ->  Seq Scan on pgbench_accounts_106812 pgbench_accounts  (cost=0.00..212.48 rows=7748 width=0)  
(8 rows)

2、跑OLTP查询时(通常并发很高,前端有连接池(保持会话)),为会话级保持连接模式( Custom Scan (Citus Router) )。

以下SQL为长连接模式(不会立即释放,而是等会再释放,以降低高并发时连接带来的开销)

postgres=# explain select * from pgbench_accounts where aid=5;  
                                                                QUERY PLAN                                                                  
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
 Custom Scan (Citus Router)  (cost=0.00..0.00 rows=0 width=0)  
   Task Count: 1  
   Tasks Shown: All  
   ->  Task  
         Node: host=172.24.211.224 port=1921 dbname=postgres  
         ->  Index Scan using pgbench_accounts_pkey_106836 on pgbench_accounts_106836 pgbench_accounts  (cost=0.28..2.50 rows=1 width=97)  
               Index Cond: (aid = 5)  
(7 rows)

看以上两种场景,CITUS应该说设计得已经很不错了。既能满足TP也能满足AP。

但是前面也说了,连接保持是在事务或会话层面的,如果查询量大,或者用户使用了短连接,建立连接的开销就会很凸显。

newdb=> \c postgres postgres  
You are now connected to database "postgres" as user "postgres".  
  
postgres=# select * from pgbench_accounts where aid=1;  
 aid | bid | abalance |                                        filler                                          
-----+-----+----------+--------------------------------------------------------------------------------------  
   1 |   1 |     7214 |                                                                                       
(1 row)  
  
Time: 11.264 ms  -- 包括新建连接的开销  
  
postgres=# select * from pgbench_accounts where aid=1;  
 aid | bid | abalance |                                        filler                                          
-----+-----+----------+--------------------------------------------------------------------------------------  
   1 |   1 |     7214 |                                                                                       
(1 row)  
  
Time: 0.905 ms  -- 已建立连接

使用pgbouncer,解决建立连接的开销

pic

在worker节点上,部署pgbouncer,所有与worker节点建立的连接都通过pgbouncer连接池,以此来保持住连接,降低worker节点频繁新建连接的开销。

部署方法

1、所有worker节点

pgbouncer

yum install -y pgbouncer

配置

vi /etc/pgbouncer/pgb.ini  
  
[databases]  
newdb = host=/tmp dbname=newdb port=1921 user=digoal pool_size=128 reserve_pool=10  
[pgbouncer]  
logfile = /var/log/pgbouncer/pgbouncer.log  
pidfile = /var/run/pgbouncer/pgbouncer.pid  
listen_addr = 0.0.0.0  
listen_port = 8001  
auth_type = any  
auth_file = /etc/pgbouncer/userlist.txt  
pool_mode = session  
server_reset_query = DISCARD ALL  
max_client_conn = 5000  
default_pool_size = 128  
; 最大不要超过4倍CPU数

启动

pgbouncer -d -u pgbouncer /etc/pgbouncer/pgb.ini

在一个citus集群中,可以同时存在直连worker或者通过pgbouncer连接worker。

不同的database可以有不同的配置。

以下例子,新建一个database,使用pgbouncer连接worker.

2、所有节点(包括cn, worker)

新建数据库,插件

su - postgres  
psql -c "create role digoal login;"  
psql -c "create database newdb;"  
psql -c "grant all on database newdb to digoal;"  
psql -U postgres newdb -c "create extension citus;"

cn节点

将worker添加到集群配置,使用pgbouncer的连接端口

su - postgres -c "psql -U postgres newdb -c \"SELECT * from master_add_node('xxx.xxx.xxx.224', 8001);\""      
su - postgres -c "psql -U postgres newdb -c \"SELECT * from master_add_node('xxx.xxx.xxx.230', 8001);\""      
su - postgres -c "psql -U postgres newdb -c \"SELECT * from master_add_node('xxx.xxx.xxx.231', 8001);\""      
su - postgres -c "psql -U postgres newdb -c \"SELECT * from master_add_node('xxx.xxx.xxx.225', 8001);\""      
su - postgres -c "psql -U postgres newdb -c \"SELECT * from master_add_node('xxx.xxx.xxx.227', 8001);\""      
su - postgres -c "psql -U postgres newdb -c \"SELECT * from master_add_node('xxx.xxx.xxx.232', 8001);\""      
su - postgres -c "psql -U postgres newdb -c \"SELECT * from master_add_node('xxx.xxx.xxx.226', 8001);\""      
su - postgres -c "psql -U postgres newdb -c \"SELECT * from master_add_node('xxx.xxx.xxx.229', 8001);\""

MX配置,同样,将worker节点添加到元数据同步中。

psql newdb postgres
select * from master_add_node('xxx.xxx.xxx.224',8001);    
select * from master_add_node('xxx.xxx.xxx.230',8001);

开启同步到元数据。

select start_metadata_sync_to_node('xxx.xxx.xxx.224',8001);    
select start_metadata_sync_to_node('xxx.xxx.xxx.230',8001);

测试

1、tpc-b 长连接测试

pgbench -i -s -U digoal newdb
psql -U digoal newdb  
  
select create_distributed_table('pgbench_accounts','aid');  
select create_distributed_table('pgbench_branches','bid');    
select create_distributed_table('pgbench_tellers','tid');    
select create_distributed_table('pgbench_history','aid');
pgbench -M prepared -v -r -P 1 -c 64 -j 64 -T 120 -U digoal newdb -S

性能与不使用pgbouncer差不多,因为使用了长连接测试简单SQL(本身citus就使用了会话级连接保持,没有短连接问题)。

citus第一次QUERY的隐藏耗时

在一个新建的会话中,第一次查询总是需要需要耗费更多的时间(如果没有建立连接,那么包括建立连接的时间。即使已建立连接,也需要耗费额外的一些时间)(具体原因可以跟踪分析一下code)。

以下使用的是pgbouncer连接worker,因此第一次QUERY不包含建立连接的时间。

newdb=> \q  
postgres@digoal-citus-gpdb-test001-> psql newdb digoal  
psql (10.5)  
Type "help" for help.  
  
\timing  
  
newdb=> select * from pgbench_accounts where aid=5;  
 aid | bid | abalance |                                        filler                                          
-----+-----+----------+--------------------------------------------------------------------------------------  
   5 |   1 |        0 |                                                                                       
(1 row)  
  
Time: 6.016 ms  -- 不包括新建连接(已使用pgbouncer建立),但是也多了几毫秒  
-- 但是相比未使用pgbouncer,已经降低了5毫秒左右的延迟。
  
newdb=> select * from pgbench_accounts where aid=5;  
 aid | bid | abalance |                                        filler                                          
-----+-----+----------+--------------------------------------------------------------------------------------  
   5 |   1 |        0 |                                                                                       
(1 row)  
  
Time: 0.989 ms

多出的几毫秒,我们社区的小伙伴邓彪、王健给出了原因如下,很多地方需要检查安装的citus版本与citus.control控制文件的版本是否兼容(比如加载分布式TABLE的RELCACHE时,第一次访问就是这个问题),不兼容报错:

详见代码

https://github.com/citusdata/citus/blob/3fa04d8f2c8f27b1377fe4c1468ee47358117e3c/src/backend/distributed/utils/metadata_cache.c

/*
 * CheckAvailableVersion compares CITUS_EXTENSIONVERSION and the currently
 * available version from the citus.control file. If they are not compatible,
 * this function logs an error with the specified elevel and returns false,
 * otherwise it returns true.
 */
bool
CheckAvailableVersion(int elevel)
{
	char *availableVersion = NULL;
	if (!EnableVersionChecks)
	{
		return true;
	}
	availableVersion = AvailableExtensionVersion();
	if (!MajorVersionsCompatible(availableVersion, CITUS_EXTENSIONVERSION))
	{
		ereport(elevel, (errmsg("loaded Citus library version differs from latest "
								"available extension version"),
						 errdetail("Loaded library requires %s, but the latest control "
								   "file specifies %s.", CITUS_MAJORVERSION,
								   availableVersion),
						 errhint("Restart the database to load the latest Citus "
								 "library.")));
		return false;
	}
	return true;
}
 
/*
 * AvailableExtensionVersion returns the Citus version from citus.control file. It also
 * saves the result, thus consecutive calls to CitusExtensionAvailableVersion will
 * not read the citus.control file again.
 */
static char *
AvailableExtensionVersion(void)
{
	ReturnSetInfo *extensionsResultSet = NULL;
	TupleTableSlot *tupleTableSlot = NULL;
	FunctionCallInfoData *fcinfo = NULL;
	FmgrInfo *flinfo = NULL;
	int argumentCount = 0;
	EState *estate = NULL;
	bool hasTuple = false;
	bool goForward = true;
	bool doCopy = false;
	char *availableExtensionVersion;
	InitializeCaches();
	estate = CreateExecutorState();
	extensionsResultSet = makeNode(ReturnSetInfo);
	extensionsResultSet->econtext = GetPerTupleExprContext(estate);
	extensionsResultSet->allowedModes = SFRM_Materialize;
	fcinfo = palloc0(sizeof(FunctionCallInfoData));
	flinfo = palloc0(sizeof(FmgrInfo));
	fmgr_info(F_PG_AVAILABLE_EXTENSIONS, flinfo);
	InitFunctionCallInfoData(*fcinfo, flinfo, argumentCount, InvalidOid, NULL,
							 (Node *) extensionsResultSet);
	/* pg_available_extensions returns result set containing all available extensions */
	(*pg_available_extensions)(fcinfo);
	tupleTableSlot = MakeSingleTupleTableSlot(extensionsResultSet->setDesc);
	hasTuple = tuplestore_gettupleslot(extensionsResultSet->setResult, goForward, doCopy,
									   tupleTableSlot);
	while (hasTuple)
	{
		Datum extensionNameDatum = 0;
		char *extensionName = NULL;
		bool isNull = false;
		extensionNameDatum = slot_getattr(tupleTableSlot, 1, &isNull);
		extensionName = NameStr(*DatumGetName(extensionNameDatum));
		if (strcmp(extensionName, "citus") == 0)
		{
			MemoryContext oldMemoryContext = NULL;
			Datum availableVersion = slot_getattr(tupleTableSlot, 2, &isNull);
			/* we will cache the result of citus version to prevent catalog access */
			oldMemoryContext = MemoryContextSwitchTo(CacheMemoryContext);
			availableExtensionVersion = text_to_cstring(DatumGetTextPP(availableVersion));
			MemoryContextSwitchTo(oldMemoryContext);
			ExecClearTuple(tupleTableSlot);
			ExecDropSingleTupleTableSlot(tupleTableSlot);
			return availableExtensionVersion;
		}
		ExecClearTuple(tupleTableSlot);
		hasTuple = tuplestore_gettupleslot(extensionsResultSet->setResult, goForward,
										   doCopy, tupleTableSlot);
	}
	ExecDropSingleTupleTableSlot(tupleTableSlot);
	ereport(ERROR, (errcode(ERRCODE_OBJECT_NOT_IN_PREREQUISITE_STATE),
					errmsg("citus extension is not found")));
	return NULL;
}

pgbouncer连接池连接worker的好处

1、对于业务层短连接会有比较好的效果。可以降低至少5毫秒左右的延迟。

2、对于大量复杂查询(需要motion的查询),可以减少节点间的连接数。

同时也需要注意pgbouncer瓶颈:带宽,QPS(单核,单个pgbouncer进程峰值QPS约5万)

参考

man 1 pgbouncer

man 5 pgbouncer

《PostgreSQL 连接池 pgbouncer 使用》

原文地址:https://github.com/digoal/blog/blob/master/201809/20180905_02.md

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周正中 阿里云高级技术专家, 网名: 德哥 ( digoal );PostgreSQL 中国社区 发起人之一;PostgreSQL 象牙塔 发起人之一;DBA+社群 联合发起人之一;10余项数据库相关专利;完成了对数据库HA、容灾、备份、恢复、分布式、数据仓库架构设计和建设;数据库管理和开发的标准化体系建立。

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