PostgreSQL 商用版本EPAS(阿里云ppas(Oracle 兼容版)) HTAP功能之资源隔离管理 - CPU与刷脏资源组管理
背景
随着硬件发展，单机的能力越来越强，单个数据库可能服务于多个业务，或者服务于混合场景。例如即有分析型也有在线事务型处理（HTAP）。
资源隔离管理成为非常重要的需求。
对于Linux的用户，使用cgroup可以用来隔离进程的网络、CPU、IO、内存等。PostgreSQL为进程模型，使用cgroup可以实现资源隔离。
《Linux cgroup - cpu与cpuset子系统讲解》
《cgroup告诉你如何计算 PostgreSQL 数据库实例用了多少内存》
在内核层面实现资源隔离也是一个不错的选择，可以实现库级、会话级、用户级的资源限制和隔离。例如Greenplum的resource queue。
《Greenplum 内存与负载管理(resource queue)最佳实践》
在PostgreSQL商用发行版本Enterprisedb中，提供了内核层面的resource queue功能，可以控制用户的IO和CPU使用。
控制包括：
1、可以用多少个CPU CORE
2、每秒可以产生多少KB 的 dirty IO（实际上是shared buffer dirty page的产生速度，非dirty page都不算。通过pg_stat_statements.shared_blks_dirtied统计）
参数：
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.26.html#pID0E0DOF0HA
1、整个PG集群允许多少个活跃资源组(默认16)，重启生效。
vi postgresql.conf
edb_max_resource_groups = 16
务必设置足够大，大于你需要创建的资源组个数。
2、设置当前会话使用哪个资源组，优先级如下：会话级 > 用户级 > 库级 > 集群级。
edb_resource_group = ''
如何限制CPU和IO (DDL语法)：
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.55.html#pID0E0MOC0HA
1、创建资源组
Command: CREATE RESOURCE GROUP
Description: define a new resource group
Syntax:
CREATE RESOURCE GROUP name
postgres=# create resource group abc;
2、配置资源组的限制，可以设置CPU和IO两种限制。
Command: ALTER RESOURCE GROUP
Description: change the definition of a resource group
Syntax:
ALTER RESOURCE GROUP name RENAME TO new_name
ALTER RESOURCE GROUP name SET parameter { TO | = } { value | DEFAULT }
ALTER RESOURCE GROUP name RESET parameter
cpu_rate_limit
dirty_rate_limit
-- ABC这个组可以使用32个CPU核。
alter resource group abc set cpu_rate_limit = 32;
-- abc这个组，每秒最多产生 400MB dirty shared buffer.
alter resource group abc set dirty_rate_limit =409600;
-- 0表示不限制。
3、查看系统中创建了多少资源组，以及资源组的限制。
postgres=# select * from edb_resource_group ;
rgrpname | rgrpcpuratelimit | rgrpdirtyratelimit
----------+------------------+--------------------
b | 0 | 0
abc | 32 | 409600
(2 rows)
4、设置当前会话资源组，当前会话生效。
postgres=# set edb_resource_group ='b';
SET
4.1、设置用户级资源组，使用这个用户连接时生效。
postgres=# alter role enterprisedb set edb_resource_group ='b';
ALTER ROLE
4.2、设置库级资源组，连接到这个库时生效。
postgres=# alter database postgres set edb_resource_group ='abc';
ALTER DATABASE
4.3、设置集群级资源组，集群级默认资源组。
vi $PGDATA/postgresql.conf
edb_resource_group = 'abc'
5、查看集群中的用户、数据库级资源控制配置参数。
postgres=#
select
coalesce(datname,'ALL'),
coalesce(rolname,'ALL'),
setconfig
from pg_db_role_setting t1
left join pg_database t2
on (t1.setdatabase=t2.oid)
left join pg_roles t3
on (t1.setrole=t3.oid);
coalesce | coalesce | setconfig
----------+--------------+------------------------
ALL | enterprisedb | {edb_resource_group=b}
(1 row)
6、查看当前会话属于哪个资源组。
postgres=# show edb_resource_group ;
edb_resource_group
--------------------
b
(1 row)
7、查看当前资源组的资源使用情况。
per_process_cpu_rate_limit表示这个组内，当前平均每个进程的CPU核数使用限制。
per_process_dirty_rate_limit表示这个组内，当前瓶颈每个进程限制的产生dirty page的速度(KB/s)
随着进程数的加减，平均值会有变化。每个进程的限制并不是平均数，组内的进程可以相互抢资源，如果只有一个活跃进程在组内，则这个活跃进程可以使用这个组的所有资源。
postgres=# select * from edb_all_resource_groups ;
group_name | active_processes | cpu_rate_limit | per_process_cpu_rate_limit | dirty_rate_limit | per_process_dirty_rate_limit
------------+------------------+----------------+----------------------------+------------------+------------------------------
b | 1 | 0 | 16777216 | 0 | 16777216
abc | 0 | 32 | | 409600 |
(2 rows)
组与组之间没有牵制，所以多个组可以配置超过机器的总资源限制（类似云计算的超卖），但是繁忙时，可能相互抢占。
CPU 限制，原理：
周期性的统计组内进程的资源使用情况，并限制资源(sleep)的使用。
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.56.html#pID0E0JJC0HA
PostgreSQL 代码中，getrusage是来获得CPU资源的使用情况的。
IO 限制，原理：
（仅限制shared buffer中的dirty page产生速度）
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.57.html#pID0E0CCC0HA
动态视图与参数：
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.88.html#
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.92.html#
查看集群中的用户、数据库级资源控制配置参数。
postgres=#
select
coalesce(datname,'ALL'),
coalesce(rolname,'ALL'),
setconfig
from pg_db_role_setting t1
left join pg_database t2
on (t1.setdatabase=t2.oid)
left join pg_roles t3
on (t1.setrole=t3.oid);
coalesce | coalesce | setconfig
----------+--------------+------------------------
ALL | enterprisedb | {edb_resource_group=b}
(1 row)
查看当前资源组的资源使用情况。
per_process_cpu_rate_limit表示这个组内，当前平均每个进程的CPU核数使用限制。
per_process_dirty_rate_limit表示这个组内，当前瓶颈每个进程限制的产生dirty page的速度(KB/s)
随着进程数的加减，平均值会有变化。每个进程的限制并不是平均数，组内的进程可以相互抢资源，如果只有一个活跃进程在组内，则这个活跃进程可以使用这个组的所有资源。
postgres=# select * from edb_all_resource_groups ;
group_name | active_processes | cpu_rate_limit | per_process_cpu_rate_limit | dirty_rate_limit | per_process_dirty_rate_limit
------------+------------------+----------------+----------------------------+------------------+------------------------------
b | 1 | 0 | 16777216 | 0 | 16777216
abc | 0 | 32 | | 409600 |
(2 rows)
查看当前会话属于哪个资源组。
postgres=# show edb_resource_group ;
edb_resource_group
--------------------
b
(1 row)
参考
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/toc.html
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.56.html#pID0E0JJC0HA
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.57.html#pID0E0CCC0HA
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.55.html#pID0E0MOC0HA
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.26.html#pID0E0DOF0HA
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.88.html#
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.92.html#
https://www.enterprisedb.com/docs/en/10.0/EPAS_Guide_v10/EDB_Postgres_Advanced_Server_Guide.1.54.html#