postgresql-shared_buffers参数详解

shared_buffers 是 PostgreSQL 中一个非常关键的参数，用于配置服务器使用的共享内存缓冲区的大小。这些缓冲区用于存储数据页，以便数据库可以更快地访问磁盘上的数据。

这个参数在 PostgreSQL 的性能方面有着重要的影响。增加 shared_buffers 可以提高数据库的性能，尤其是对于频繁的读取操作。但是，设置得太大可能会导致内存不足，影响其他系统进程的性能，需要谨慎平衡。

以下是关于 shared_buffers 的一些重要信息：

作用： 控制 PostgreSQL 服务器用于缓存数据页的共享内存大小。这些数据页是数据库从磁盘读取的数据的副本，在内存中存储以提高后续读取操作的速度。
默认值： 默认情况下，shared_buffers 的值是相对于系统总内存的一部分。默认设置通常比较保守，以兼顾系统的其他资源需求。
调整建议： 适当设置 shared_buffers 的值取决于多个因素，包括系统的可用内存、数据库负载、运行中的查询类型等。增加 shared_buffers 可以提高性能，但并不是所有情况下都能带来线性的性能提升。
内存计算： 通常建议将 shared_buffers 设置为物理内存的 25% 到 40% 之间。这只是一个起点，最佳值需要根据实际情况和性能测试来确定。
影响： 将 shared_buffers 设置得过小可能导致频繁的磁盘 I/O 操作，影响性能；而设置得过大可能占用大量内存，影响系统的稳定性和其他进程的性能。

修改 shared_buffers 后通常需要重启 PostgreSQL 服务器才能使更改生效。

1. 计算机缓存机制

计算机缓存是指用于临时存储数据的一种高速存储器，其目的是提高数据访问速度并加速计算机系统的性能。缓存系统通过在数据的访问路径中引入更快的存储介质，减少了对慢速存储（如硬盘）的访问次数，从而加快数据的读取和写入。

1.1. 类型和工作原理：

CPU 缓存（Cache Memory）： 在现代计算机系统中，CPU 缓存是其中最重要的缓存之一。它通常分为三级：一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）和三级缓存（L3 Cache）。这些缓存以层级结构的方式嵌入在 CPU 内部，并用于存储CPU经常需要访问的数据和指令。这些缓存级别按速度和容量递减排列，L1 最快但容量最小，L3 最慢但容量最大。
硬盘缓存（Disk Cache）： 操作系统和文件系统会使用部分内存作为硬盘缓存，用于存储磁盘上最近访问的数据块的副本。这样的缓存减少了从慢速的机械硬盘读取数据的需求，提高了文件访问速度。
数据库缓存： 数据库系统通常有自己的缓存机制，如之前提到的 PostgreSQL 的 Shared Buffers。这些缓存用于存储数据库中经常被访问的数据，以减少对存储介质（如磁盘）的访问，提高数据库查询的性能。

1.2. 缓存优势和局限性：

优势：
- 提高数据读取速度：通过存储最近使用的数据副本，可以快速响应对相同数据的再次访问。
- 减少延迟：由于缓存通常位于 CPU 或内存之类的更快速介质中，因此访问这些缓存的延迟更低。
- 改善性能：优化内存和磁盘之间的数据传输，降低系统响应时间，提高整体性能。
局限性：
- 有限容量：缓存的容量有限，因此可能无法容纳所有的数据。
- 数据一致性问题：缓存数据更新不及时可能导致一致性问题。
- 成本：更大容量、更快速的缓存通常成本更高。

1.3. 管理和优化缓存：

合理配置大小： 根据应用需求和硬件条件，合理配置缓存的大小以平衡性能和成本。
监控和优化： 定期监控缓存使用情况，优化缓存命中率，避免缓存污染（淘汰频繁使用的数据）等问题。
使用合适的缓存策略： 包括先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）、最不经常使用（LFU）等策略以及写回、写通过等写入策略。

综合来说，缓存在计算机系统中扮演着至关重要的角色，对于提高系统的整体性能至关重要。因此，合理利用和管理缓存是优化系统性能的关键一环。

1.4. OS Cache

Linux： 在 Linux 上，可以通过修改内核参数（如 vm.dirty_* 和 vm.swappiness）来影响磁盘缓存的行为。这些参数控制着内核对于脏页（未写入磁盘的数据页）的处理方式以及内存交换（swapping）行为。但是，修改这些参数需要谨慎，最好了解其影响和风险。
Windows： Windows 操作系统也有一些控制文件系统缓存的参数，但通常情况下，Windows 会自动管理这些参数。

2. BGWriter在PostgreSQL中的作用是什么？

`BGWriter`（Background Writer）是 PostgreSQL 中的一个重要后台进程，负责管理缓冲区（Buffer Cache）并尽可能将脏页（已被修改但尚未写入磁盘）异步地写入到磁盘，以确保数据的持久性和系统性能的最优化。

以下是 `BGWriter` 后台进程的主要功能和作用：

1. **脏页管理**：`BGWriter` 负责管理共享缓冲区中的脏页，这些脏页包含了已经被修改但尚未写入磁盘的数据。

2. **异步写入脏页**：它定期检查缓冲区中的脏页，并尝试将这些脏页异步地写入到磁盘。这样做有助于降低对磁盘的频繁访问，提高数据库系统的性能。

3. **减少后续写入操作的影响**：通过将脏页定期写入磁盘，`BGWriter` 可以减少后续写入操作对系统性能的影响。这有助于确保写入操作不会阻塞太多，并且减少了系统性能突然下降的风险。

4. **优化磁盘写入**：`BGWriter` 通过尝试合并或共享磁盘写入操作，以提高写入磁盘的效率，减少对磁盘的访问次数，进而优化系统性能。

需要注意的是，`BGWriter` 进程的行为相对被动，其工作是在后台周期性地进行。默认情况下，它会根据配置中的参数自动执行，通常不需要额外的手动调整。然而，在某些高负载或特定场景下，对 `BGWriter` 参数的微调可能有助于进一步优化数据库的性能。

3. 修改参数的优点和缺点

在 PostgreSQL 中，修改 shared_buffers 参数后，重启数据库服务器并重新启动之后，对于 UPDATE 操作的速度可能会有一定影响，但影响的具体程度取决于多种因素。

shared_buffers 参数控制着数据库系统用于缓存数据的共享内存区域大小。增大 shared_buffers 的值通常会增加数据库系统在内存中缓存数据的能力，从而提高查询性能，尤其是能够更快地访问和操作缓存中的数据。

然而，增大 shared_buffers 参数值可能会导致数据库系统在启动时需要更多的内存，并且在运行过程中可能占用更多的系统资源。因此，如果您在修改 shared_buffers 参数后重启 PostgreSQL，可能会出现以下情况：

启动时间增加 ：如果您将 shared_buffers 值增大到一个较大的数值，可能会导致 PostgreSQL 在启动时需要更长的时间来分配和管理这部分较大的内存空间。
内存占用增加 ：增大 shared_buffers 参数会占用更多的内存。如果系统可用内存不足，可能会导致其他进程的内存竞争，甚至可能出现交换（swap）。
影响 UPDATE 操作速度 ：在某些情况下，增大 shared_buffers 可能会提高 UPDATE 操作的速度，尤其是对于频繁读取的数据，因为缓存命中率可能会提高。但并不是所有的 UPDATE 操作都会直接受益于这种变化。

总体来说，修改 shared_buffers 后对 UPDATE 操作速度的影响因多种因素而异，包括系统的硬件资源、数据库的使用模式、查询访问模式等。为了评估对性能的影响，建议在生产环境之前在测试环境中进行测试和评估，以便更好地了解参数调整对系统的影响。