17.4. Управление ресурсами ядра

17.4.1. Разделяемая память и семафоры

Разделяемая память и семафоры в совокупности называются средствами межпроцессного взаимодействия (IPC) в стиле System V (к этим средствам также относятся очереди сообщений, но они не имеют отношения к PostgreSQL). За исключением Windows, где PostgreSQL использует собственную замену этих средств, эти средства необходимы для работы PostgreSQL.

Если эти механизмы полностью отсутствуют в системе, при запуске сервера обычно выдаётся ошибка Illegal system call (Неверный системный вызов). В этом случае единственный способ решить проблему — переконфигурировать ядро системы. Без них PostgreSQL просто не будет работать. Это довольно редкая ситуация, особенно с современными операционными системами.

Когда PostgreSQL превышает один из различных жёстких пределов IPC, сервер отказывается запускаться, но выдаёт полезное сообщение, говорящее об ошибке и о том, что с ней делать. (См. также Подраздел 17.3.1.) Соответствующие параметры ядра в разных системах называются аналогично (они перечислены в Таблице 17-1), но устанавливаются они по-разному. Ниже предлагаются способы их изменения для некоторых систем.

PostgreSQL запрашивает небольшой блок разделяемой памяти System V (обычно 48 байт на 64-битной платформе) для каждой копии сервера. В большинстве современных операционных систем такой объём выделяется без проблем. Однако, если запускать много копий сервера, или разделяемую память System V занимают и другие приложения, может понадобиться увеличить значение SHMMAX, максимальный размер сегмента разделяемой памяти (в байтах), либо SHMALL, общий объём разделяемой памяти System V, доступный для всей системы. Заметьте, что SHMALL во многих системах задаётся в страницах, а не в байтах.

Менее вероятны проблемы с минимальным размером сегментов разделяемой памяти (SHMMIN), который для PostgreSQL не должен превышать примерно 32 байт (обычно это всего 1 байт). Максимальное число сегментов для всей системы (SHMMNI) или для одного процесса (SHMSEG) тоже обычно не влияет на работоспособность сервера, если только это число не равно нулю.

PostgreSQL использует по одному семафору на одно разрешённое подключение (max_connections) и на рабочий процесс автоочистки (autovacuum_max_workers), в наборах по 16. В каждом таком наборе есть также 17-ый семафор, содержащий "магическое число", позволяющий обнаруживать коллизии с наборами семафоров других приложений. Максимальное число семафоров в системе задаётся параметром SEMMNS, который, следовательно, должен быть равен как минимум сумме max_connections и autovacuum_max_workers, плюс один дополнительный на каждые 16 семафоров подключений и рабочих процессов (см. формулу в Таблице 17-1). Параметр SEMMNI определяет максимальное число наборов семафоров, которые могут существовать в системе в один момент времени. Таким образом, этот параметр должен быть не меньше ceil((max_connections + autovacuum_max_workers + 4) / 16). В качестве временного решения проблем, которые вызваны этими ограничениями, но обычно сопровождаются некорректными сообщениями, например, "No space left on device" (На устройстве не осталось места) от функции semget, можно уменьшить число разрешённых соединений.

В некоторых случаях может потребоваться увеличить SEMMAP как минимум до уровня SEMMNS. Этот параметр определяет размер карты ресурсов семафоров, в которой выделяется запись для каждого непрерывного блока семафоров. Когда набор семафоров освобождается, эта запись либо добавляется к существующей соседней записи, либо регистрируется как новая запись в карте. Если карта переполняется, освобождаемые семафоры теряются (до перезагрузки). Таким образом, фрагментация пространства семафоров может со времени привести к уменьшению числа доступных семафоров.

Параметр SEMMSL, определяющий, сколько семафоров может быть в одном наборе, для PostgreSQL должен равняться как минимум 17.

Другие параметры, связанные с "аннулированием операций" с семафорами, например, SEMMNU и SEMUME, на работу PostgreSQL не влияют.

17.4.2. Ограничения ресурсов

В Unix-подобных операционных системах существуют различные типы ограничений ресурсов, которые могут влиять на работу сервера PostgreSQL. Особенно важны ограничения на число процессов для пользователя, число открытых файлов и объём памяти для каждого процесса. Каждое из этих ограничений имеет "жёсткий" и "мягкий" предел. Мягкий предел действительно ограничивает использование ресурса, но пользователь может увеличить его значение до жёсткого предела. Изменить жёсткий предел может только пользователь root. За изменение этих параметров отвечает системный вызов setrlimit. Управлять этими ресурсами в командной строке позволяет встроенная команда ulimit (в оболочках Bourne) и limit (csh). В системах семейства BSD различными ограничениями ресурсов, устанавливаемыми при входе пользователя, управляет файл /etc/login.conf. За подробностями обратитесь к документации операционной системы. Для PostgreSQL интерес представляют параметры maxproc, openfiles и datasize. Они могут задаваться, например так:

default:\
...
        :datasize-cur=256M:\
        :maxproc-cur=256:\
        :openfiles-cur=256:\
...

(Здесь -cur обозначает мягкий предел. Чтобы задать жёсткий предел, нужно заменить это окончание на -max.)

Ядро также может устанавливать общесистемные ограничения на использование некоторых ресурсов.

• В Linux максимальное число открытых файлов, которое поддерживает ядро, определяется в спецфайле /proc/sys/fs/file-max. Изменить этот предел можно, записав другое число в этот файл, либо добавив присваивание в файл /etc/sysctl.conf. Максимальное число файлов для одного процесса задаётся при компиляции ядра; за дополнительными сведения обратитесь к /usr/src/linux/Documentation/proc.txt.

Сервер PostgreSQL использует для обслуживания каждого подключения отдельный процесс, так что возможное число процессов должно быть не меньше числа разрешённых соединений плюс число процессов, требуемых для остальной системы. Это обычно не проблема, но когда в одной системе работает множество серверов, предел может быть достигнут.

В качестве максимального числа открытых файлов по умолчанию обычно выбираются "социально-ориентированные" значения, позволяющие использовать одну систему нескольким пользователям так, чтобы ни один из них не потреблял слишком много системных ресурсов. Если вы запускаете в системе несколько серверов, это должно вполне устраивать, но на выделенных машинах может возникнуть желание увеличить этот предел.

С другой стороны, некоторые системы позволяют отдельным процессам открывать очень много файлов и если это делают сразу несколько процессов, они могут легко исчерпать общесистемный предел. Если вы столкнётесь с такой ситуацией, но не захотите менять общесистемное ограничение, вы можете ограничить использование открытых файлов сервером PostgreSQL, установив параметр конфигурации max_files_per_process.

17.4.3. Чрезмерное выделение памяти в Linux

В Linux 2.4 и новее механизм виртуальной памяти по умолчанию работает не оптимально для PostgreSQL. Вследствие того, что ядро выделяет память в чрезмерном объёме, оно может уничтожить главный управляющий процесс PostgreSQL (postmaster), если при выделении памяти процессу PostgreSQL или другому процессу виртуальная память будет исчерпана.

Когда это происходит, вы можете получить примерно такое сообщение ядра (где именно искать это сообщение, можно узнать в документации вашей системы):

Out of Memory: Killed process 12345 (postgres).

Это сообщение говорит о том, что процесс postgres был уничтожен из-за нехватки памяти. Хотя существующие подключения к базе данных будут работать по-прежнему, новые подключения приниматься не будут. Чтобы восстановить работу сервера, PostgreSQL придётся перезапустить.

Один из способов обойти эту проблему — запускать PostgreSQL на компьютере, где никакие другие процессы не займут всю память. Если физической памяти недостаточно, решить проблему также можно, увеличив объём пространства подкачки, так как уничтожение процессов при нехватке памяти происходит только когда заканчивается и физическая память, и место в пространстве подкачки.

Если памяти не хватает по вине самого PostgreSQL, эту проблему можно решить, изменив конфигурацию сервера. В некоторых случаях может помочь уменьшение конфигурационных параметров, связанных с памятью, а именно shared_buffers и work_mem. В других случаях проблема может возникать, потому что разрешено слишком много подключений к самому серверу баз данных. Чаще всего в такой ситуации стоит уменьшить число подключений max_connections и организовать внешний пул соединений.

В Linux 2.6 и новее "чрезмерное выделение" памяти можно предотвратить, изменив поведение ядра. Хотя при этом OOM killer (уничтожение процессов при нехватке памяти) всё равно может вызываться, вероятность такого уничтожения значительно уменьшается, а значит поведение системы становится более стабильным. Для этого нужно включить режим строгого выделения памяти, воспользовавшись sysctl:

sysctl -w vm.overcommit_memory=2

либо поместив соответствующую запись в /etc/sysctl.conf. Возможно, вы также захотите изменить связанный параметр vm.overcommit_ratio. За подробностями обратитесь к документации ядра Documentation/vm/overcommit-accounting.

Другой подход, который можно применить (возможно, вместе с изменением vm.overcommit_memory), заключается в исключении процесса postmaster из числа возможных жертв при нехватке памяти. Для этого нужно задать для переменной oom_score_adj этого процесса значение -1000. Проще всего это можно сделать, выполнив

echo -1000 > /proc/self/oom_score_adj

в скрипте запуска управляющего процесса непосредственно перед тем, как запускать postmaster. Заметьте, что делать это надо под именем root, иначе ничего не изменится; поэтому проще всего вставить эту команду в скрипт, принадлежащий пользователю root. Применяя такой подход, также имеет смысл собрать PostgreSQL с ключом -DLINUX_OOM_SCORE_ADJ=0 в параметрах CPPFLAGS. При этом дочерние процессы postgres будут работать с обычным значением oom_score_adj, равным нулю, так что при необходимости система сможет уничтожать их.

В старых ядрах Linux /proc/self/oom_score_adj отсутствует, но та же функциональность может быть доступна через /proc/self/oom_adj. Эта переменная процесса работает так же, только значение, исключающее уничтожение процесса, равно -17, а не -1000. Соответствующий флаг сборки PostgreSQL устанавливается так: -DLINUX_OOM_ADJ=0.

17.4.4. Огромные страницы в Linux

Использование огромных страниц снижает накладные расходы при работе с большими непрерывными блоками памяти, что характерно для PostgreSQL. Чтобы использовать эту возможность в PostgreSQL, ядро должно быть собрано с параметрами CONFIG_HUGETLBFS=y и CONFIG_HUGETLB_PAGE=y. Также вам нужно будет настроить системный параметр vm.nr_hugepages. Чтобы оценить, сколько огромных страниц потребуется для PostgreSQL, нужно запустить сервер без поддержки огромных страниц и посмотреть на значение VmPeak в файловой системе proc:

$ head -1 /path/to/data/directory/postmaster.pid
4170
$ grep ^VmPeak /proc/4170/status
VmPeak:  6490428 kB

6490428 / 2048 (размер страницы (PAGE_SIZE) в данном случае равен 2 МБ) — это приблизительно 3169.154 огромных страниц, так что потребуется не меньше 3170 огромных страниц:

$ sysctl -w vm.nr_hugepages=3170

Иногда ядро не может выделить запрошенное количество огромных страниц сразу, поэтому может потребоваться повторить эту команду или перезагрузить систему. Чтобы изменённый параметр сохранился после перезагрузки, не забудьте записать его в /etc/sysctl.conf.

По умолчанию PostgreSQL использует огромные страницы, когда считает это возможным, а в противном случае, переходит к обычным страницам. Чтобы задействовать огромные страницы принудительно, можно установить для huge_pages значение on. Заметьте, что в этом случае PostgreSQL не сможет запуститься, если не получит достаточного количества огромных страниц.

Более подробно о механизме огромных страниц в Linux можно узнать в документации ядра: https://www.kernel.org/doc/Documentation/vm/hugetlbpage.txt.