Postgres间隔大量写IO的解决办法

概述

为了保证数据可靠性，同时还要保证好的读写性能，以及读写的一致性，经过多年的积累，REDO日志，shared buffer等基本成为关系型数据库的标配。postgres也不例外。

为了保证数据的可靠性，通常在将脏页面写入硬盘前，先将wal日志先写入硬盘，然后将修改的数据异步分批写入。

为了保证好的读写性能，修改的数据先写到shared buffer中，而不是直接写入硬盘，因为数据页很离散（修改的数据分布在不同的表中）。数据库会把wal日志顺序写入硬盘中。

postgres提供两种方式写：write和fsync。区别是：

write：数据库会将buffer中的脏页根据写入策略将老化的脏页面写到OS，OS再根据自己的调度算法将脏页写入硬盘。
fsync：数据库直接调用OS的fsync函数，直接写入硬盘。

OS层面

涉及到几个内核参数，同时还涉及到文件系统。

dirty_background_ratio

设置方法

1、修改systctl：vm.dirty_background_ratio
2、修改文件/proc/sys/vm/dirty_background_ratio

含义

在尝试执行writeback操作（即OS触发background flush线程刷脏页）之前内存脏页面比例。
控制文件系统的pdflush进程，在何时刷新磁盘。
单位是百分比，当写缓冲使用到系统内存多少时，pdflush开始向磁盘写出数据。
增大之会使用更多系统内存用于磁盘写缓冲，也可以极大提高系统的写性能。
但当需要持续、恒定的写入场合时，应该降低其数值。缺省值5。

dirty_expire_centisecs

设置方法

1、修改systctl：vm.dirty_writeback_centisecs
2、修改文件/proc/sys/vm/dirty_expire_centisecs

含义

background flush线程将存活时间超过该值的脏页刷盘（类似LRU）。
数据可以保持为dirty状态的最大时间，超过该值pdflush进程就开始考虑写到磁盘中去。
单位是1/100s。缺省30000，也就是30s。
对于特别重载的写操作来说，这个值适当缩小也是好的，但也不能缩小太多，因为缩小太多也会导致IO提高太快。
建议设置为1500，也就是15秒算旧。

dirty_ratio

设置方法

1、修改systctl：vm.dirty_ratio
2、修改文件/proc/sys/vm/dirty_ratio

含义

控制文件系统的文件系统写缓冲区的大小，单位是百分比。
当脏页比例达到该值，用户进程在调用write时，会触发flush磁盘的操作。表示当写缓冲使用到系统内存多少时，开始向磁盘写出数据。
当一个任务(或者进程)在脏页面过多的环境中执行文件写操作时，如果脏页面占用总内存的百分比高于dirty_ratio值，那么系统就执行脏页面写入硬盘操作。
增大会使用更多系统内存用于磁盘写缓冲，也可以极大提高系统的写性能。
但当需要持续、恒定的写入场合时，应该降低其数值，缺省值10。

dirty_writeback_centisecs

设置方法

1、修改systctl：vm.dirty_writeback_centisecs
2、修改文件/proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs

含义

控制内核的脏数据刷新进程pdflush的运行间隔，执行background flush线程的唤醒间隔。
单位是1/100s。缺省值是500，也就是5s。
适当减少该值有写操作削峰作用，如果系统是持续地写入动作，那么降低该值比较好，可以把尖峰写操作削平成多次写操作。
该参数值应小于dirty_expire_centisecs，但太小I/O太频繁，反而使系统性能下降。
据说1：6 (dirty_expire_centisecs： dirty_writeback_centisecs )的比例比较好。

dirty_background_bytes

如果内存非常大，当触发后台线程刷脏页时，可能需要刷很多脏页，导致尖锐的IO需求。

可以通过修改内核参数vm.dirtybackgroundbytes达到削尖的目的。

vm.dirtybackgroundbytes = 102400000　当脏页数达到了100MB，系统触发background flush线程刷脏页

数据库层面

wal日志写入方式fsync

fsync = on   
开启后强制把wal日志同步更新到磁盘，可以保证数据库将在OS或者硬件崩溃的后恢复到一个一致的状态。
虽然关闭，可以提升数据库性能，但无法保证数据库崩溃后数据一致性。
通常情况下需要打开这个参数，除非能经受掉电或硬件故障带来的数据丢失，否则不要关闭。

backend_flush_after

单位：BLCKSZ
当某backend process脏数据超过配置阈值时，触发调用OS sync_file_range，告诉os backend flush线程异步刷盘。  
从而削减os dirty page堆积。  

bgwriter_flush_after

单位：BLCKSZ
当bgwriter process脏数据超过配置阈值时，触发调用OS sync_file_range，告诉os backend flush线程异步刷盘。  
从而削减os dirty page堆积。  

checkpoint_flush_after

单位：BLCKSZ
当checkpointer process脏数据超过配置阈值时，触发调用OS sync_file_range，告诉os backend flush线程异步刷盘。  
从而削减os dirty page堆积。  

wal_writer_flush_after

单位：BLCKSZ
当wal writer process脏数据超过配置阈值时，触发调用OS sync_file_range，告诉os backend flush线程异步刷盘。  
从而削减os dirty page堆积。