Глава 47. Фоновые рабочие процессы

Postgres Pro поддерживает расширенную возможность запускать пользовательский код в отдельных процессах. Такие процессы запускаются, останавливаются и контролируются главным процессом postgres, который позволяет тесно связать их жизненный цикл с состоянием сервера. Эти процессы могут получать доступ к области разделяемой памяти Postgres Pro и устанавливать внутренние подключения к базам данных; они также могут последовательно запускать транзакции, как и обычные серверные процессы, обслуживающие клиентов. Кроме того, используя libpq, они могут подключаться к серверу и работать как обычные клиентские приложения.

Предупреждение

С использованием фоновых рабочих процессов сопряжены угрозы стабильности и безопасности, так как они реализуются на языке C, и значит имеют неограниченный доступ к данным. Администраторы, желающие использовать модули, в которых задействованы фоновые рабочие процессы, должны быть крайне осторожными. Запускать рабочие процессы можно разрешать только модулям, прошедшим всесторонний аудит.

Рабочие процессы могут инициализироваться во время запуска Postgres Pro, если имя соответствующего модуля добавлено в shared_preload_libraries. Модуль, желающий запустить фоновый процесс, может зарегистрировать его, вызвав RegisterBackgroundWorker(BackgroundWorker *worker) из своей функции _PG_init(). Рабочие процессы также могут быть запущены после запуска системы с помощью функции RegisterDynamicBackgroundWorker(BackgroundWorker *worker, BackgroundWorkerHandle **handle). В отличие от функции RegisterBackgroundWorker, которую можно вызывать только из управляющего процесса, RegisterDynamicBackgroundWorker должна вызываться из обычного обслуживающего процесса.

Структура BackgroundWorker определяется так:

typedef void (*bgworker_main_type)(Datum main_arg);
typedef struct BackgroundWorker
{
    char        bgw_name[BGW_MAXLEN];
    int         bgw_flags;
    BgWorkerStartTime bgw_start_time;
    int         bgw_restart_time;   /* время в секундах либо BGW_NEVER_RESTART */
    bgworker_main_type bgw_main;
    char        bgw_library_name[BGW_MAXLEN];   /* только если bgw_main — NULL */
    char        bgw_function_name[BGW_MAXLEN];  /* только если bgw_main — NULL */
    Datum       bgw_main_arg;
    char        bgw_extra[BGW_EXTRALEN];
    int         bgw_notify_pid;
} BackgroundWorker;

Поле bgw_name содержит строку, выводимую в отладочных сообщениях, списках процессов и подобных контекстах.

Поле bgw_flags представляет битовую маску, обозначающую запрашиваемые модулем возможности. Допустимые в нём флаги:

BGWORKER_SHMEM_ACCESS

Запрашивается доступ к общей памяти. Рабочие процессы без доступа к общей памяти не могут обращаться к общим структурам данных Postgres Pro, в частности, к обычным и лёгким блокировкам, общим буферам, или каким-либо структурам данным, которые рабочий процесс может создавать для собственного пользования.

BGWORKER_BACKEND_DATABASE_CONNECTION

Запрашивается возможность устанавливать подключение к базе данных, через которое можно запускать транзакции и запросы. Рабочий процесс, использующий BGWORKER_BACKEND_DATABASE_CONNECTION для подключения к базе данных, должен также запросить доступ к разделяемой памяти, установив BGWORKER_SHMEM_ACCESS; в противном случае процесс не запустится.

В bgw_start_time определяется состояние сервера, в котором postgres должен запустить этот процесс; возможные варианты: BgWorkerStart_PostmasterStart (выполнить запуск сразу после того, как postgres завершит инициализацию; процессы, выбирающие такой режим, не могут подключаться к базам данных), BgWorkerStart_ConsistentState (выполнить запуск, когда будет достигнуто согласованное состояние горячего резерва, и когда процессы могут подключаться к базам данных и выполнять запросы на чтение), и BgWorkerStart_RecoveryFinished (выполнить запуск, как только система перейдёт в обычный режим чтения-записи). Заметьте, что два последних варианта различаются только для серверов горячего резерва. Заметьте также, что этот параметр указывает только, когда должны запускаться процессы; при переходе в другое состояние они не будут останавливаться.

bgw_restart_time задаёт паузу (в секундах), которую должен сделать postgres, прежде чем перезапускать процесс в случае его отказа. Это может быть любое положительное значение, либо BGW_NEVER_RESTART, указывающее, что процесс не нужно перезапускать в случае сбоя.

В bgw_main записывается указатель на функцию, вызываемую при запуске процесса. Этот указатель может безопасно использоваться для вызова функций только из ядра сервера, так как разделяемые библиотеки могут загружаться в разные рабочие процессы по разным адресам. Это происходит на всех платформах, если для загрузки библиотек применяется не механизм shared_preload_libraries. И даже когда применяется этот механизм, в системе Windows в карте адресного пространства возможны различия и при использовании EXEC_BACKEND. Поэтому пользователи этого API обычно должны записывать в это поле NULL. Если его значение отлично от NULL, оно имеет приоритет над bgw_library_name и bgw_function_name.

bgw_library_name определяет имя библиотеки, в которой следует искать точку входа для запуска рабочего процесса. Указанная библиотека будет динамически загружена рабочим процессом, а вызываемая функция будет выбрана по имени bgw_function_name. Для функции, загружаемой из кода ядра, вместо него следует задать bgw_main.

bgw_function_name определяет имя функции в динамически загружаемой библиотеке, которая будет точкой входа в новый рабочий процесс.

В bgw_main_arg задаётся аргумент Datum, передаваемый основной функции фонового процесса. Независимо от того, задаётся ли эта функция значением поля bgw_main или сочетанием полей bgw_library_name и bgw_function_name, она должна принимать один аргумент типа Datum и возвращать void. В качестве этого аргумента ей и передаётся bgw_main_arg. Кроме того, глобальная переменная MyBgworkerEntry указывает на копию структуры BackgroundWorker, переданной при регистрации; содержимое этой структуры может быть полезно рабочему процессу.

В Windows (и везде, где определяется EXEC_BACKEND) или в динамических рабочих процессах передавать Datum по ссылке небезопасно, возможна только передача по значению. Поэтому если функции требуется аргумент, наиболее безопасно будет передать int32 или другое небольшое значение, содержащее индекс в массиве, размещённом в разделяемой памяти. Если же попытаться передать значение cstring или text, этот указатель нельзя будет использовать в новом рабочем процессе.

Поле bgw_extra может содержать дополнительные данные, передаваемые фоновому рабочему процессу. В отличие от bgw_main_arg, эти данные не передаются в качестве аргумента основной функции рабочего процесса, но могут быть получены через MyBgworkerEntry, как описывалось выше.

В bgw_notify_pid задаётся PID обслуживающего процесса Postgres Pro, которому главный процесс должен посылать сигнал SIGUSR1 при запуске и завершении нового рабочего процесса. Это поле должно содержать 0 для рабочих процессов, регистрируемых при запуске главного процесса, либо когда обслуживающий процесс не желает ждать окончания запуска рабочего процесса. Во всех остальных случаях в нём должно быть значение MyProcPid.

Запущенный процесс может подключиться к базе данных, вызвав BackgroundWorkerInitializeConnection(char *dbname, char *username) или BackgroundWorkerInitializeConnectionByOid(Oid dboid, Oid useroid). Через это подключение процесс сможет выполнять транзакции и запросы, используя функции SPI. Если в dbname передаётся NULL или dboid равен InvalidOid, сеанс не подключается ни к какой конкретной базе данных, но может обращаться к общим каталогам. Если в username передаётся NULL или useroid равен InvalidOid, процесс будет действовать от имени суперпользователя, созданного во время initdb. Рабочий процесс может вызывать только одну из двух этих функций и только один раз. Переключаться между базами данных он не может.

Сигналы изначально блокируются при вызове функции bgw_main и при необходимости должны быть разблокированы ей; это позволяет процессу настроить собственные обработчики событий. Новый процесс может разблокировать сигналы, вызвав BackgroundWorkerUnblockSignals, и заблокировать их, вызвав BackgroundWorkerBlockSignals.

Если bgw_restart_time для рабочего процесса имеет значение BGW_NEVER_RESTART, либо он завершается с кодом выхода 0, либо если его работа заканчивается вызовом TerminateBackgroundWorker, он автоматически перестаёт контролироваться управляющим процессом при выходе. В противном случае он будет перезапущен через время, заданное в bgw_restart_time, либо немедленно, если управляющему серверу пришлось переинициализировать кластер из-за сбоя обслуживающего процесса. Обслуживающие процессы, которым нужно только приостановить своё выполнение на время, должны переходить в состояние прерываемого ожидания, а не завершаться; для этого используется функция WaitLatch(). При вызове этой функции обязательно установите флаг WL_POSTMASTER_DEATH и проверьте код возврата, чтобы корректно выйти в экстренном случае, когда был завершён сам postgres.

Когда рабочий процесс регистрируется функцией RegisterDynamicBackgroundWorker, обслуживающий процесс, производящий эту регистрацию, может получить информацию о состоянии порождённого процесса. Обслуживающие процессы, желающие сделать это, должны передать адрес BackgroundWorkerHandle * во втором аргументе RegisterDynamicBackgroundWorker. Если рабочий процесс успешно зарегистрирован, по этому адресу будет записан указатель на скрытую структуру, который можно затем передать функции GetBackgroundWorkerPid(BackgroundWorkerHandle *, pid_t *) или TerminateBackgroundWorker(BackgroundWorkerHandle *). Вызывая GetBackgroundWorkerPid, можно опрашивать состояние рабочего процесса: значение результата BGWH_NOT_YET_STARTED показывает, что рабочий процесс ещё не запущен управляющим; BGWH_STOPPED показывает, что он был запущен, но сейчас не работает; и BGWH_STARTED показывает, что он работает в данный момент. В последнем случае через второй аргумент также возвращается PID этого процесса. Обрабатывая вызов TerminateBackgroundWorker, управляющий процесс посылает SIGTERM рабочему процессу, если он работает, и перестаёт его контролировать сразу по его завершении.

В некоторых случаях процессу, регистрирующему рабочий процесс, может потребоваться дождаться завершения запуска этого процесса. Это можно реализовать, записав в bgw_notify_pid значение MyProcPid, а затем передав указатель BackgroundWorkerHandle *, полученный во время регистрации, функции WaitForBackgroundWorkerStartup(BackgroundWorkerHandle *handle, pid_t *). Эта функция заблокирует выполнение, пока управляющий процесс не попытается запустить рабочий процесс, либо пока сам управляющий процесс не завершится. Если рабочий процесс запущен, возвращается значение BGWH_STARTED, и по переданному адресу записывается его PID. В противном случае возвращается значение BGWH_STOPPED или BGWH_POSTMASTER_DIED.

Если фоновый рабочий процесс передаёт асинхронные уведомления, вызывая команду NOTIFY через SPI (Server Programming Interface, Интерфейс программирования сервера), он должен явно вызвать ProcessCompletedNotifies после фиксации окружающей транзакции, чтобы все эти уведомления были доставлены. Если рабочий процесс зарегистрируется для получения асинхронных уведомлений, вызвав LISTEN через SPI, уведомления будут выводиться, но перехватить и обработать эти уведомления программным образом нет возможности.

Рабочий пример, демонстрирующий некоторые полезные приёмы, можно найти в модуле src/test/modules/worker_spi.

Максимальное число рабочих процессов, которые можно зарегистрировать, ограничивается значением max_worker_processes.