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多版本并发控制:PostgreSQL vs InnoDB

  【IT168 文档】多版本并发控制技术被很多数据库或存储引擎采用,如Oracle,MS SQL Server 2005+,PostgreSQL, Firebird, InnoDB, Falcon, PBXT, Maria等等。新的数据库存储引擎,几乎毫无例外的。使用多版本而不是单版本加锁的方法实现并发控制,可以说多版本已经成为未来的发展趋势。

  虽然都是多版本,但不同的系统的实现却有很大不同。在开源数据库领域最负盛名的两个系统PostgreSQL和InnoDB的多版本实现就可谓有天壤之别。

  一、PostgreSQL的多版本实现(基于8.4.1版本)

  PostgreSQL采用堆+B+树索引(忽视R树、哈希、GiST等不常用的索引)的存储结构,堆与索引的存储模式不同。

  堆中记录包含版本化信息,PostgreSQL不区分记录的最新版本或老版本,都存储在堆中。简单的说,堆中每条记录头上记录t_xmin和t_xmax两 个属性,分别表示创建与删除这一版本的事务ID,另外记录t_ctid属性,表示该记录下一个更新的版本的RID,即记录的多个版本构成从最老到最新的单 向链表(见HeapTupleHeaderData结构)。DELETE一条记录时,设置t_xmax,并不将记录真正删除;UPDATE一条记录时,也 不直接更新,而是插入一个新版本,对原来被更新的版本,将其t_xmax设为当前事务ID,设置其t_ctid指向新版本。

  有了这些信息 还不够,为了判断版本的可见性,还需要两个东西,一是事务提交日志,二是事务快照。事务提交日志对每个事务使用两个bit,记录事务是活跃、已提交还是已 回滚。事务快照在事务开始时分配,其中最重要的信息是当时活跃事务的列表(见SnapshotData结构)。

  有了这些东西,系统可以判 断一个版本是否可见。判断过程比较复杂,不过从简单的原理上说,系统先通过判断t_xmin是否在全局活跃事务列表中、是否在事务快照活跃事务列表中、根 据事务提交日志判断事务是提交还是回滚了等来判断t_xmin事务是否在事务开始时已经提交;然后用类似的方法判断t_xmax是否在事务开始时已经提 交。如果t_xmin在事务开始时没有提交则不可见;如果t_xmin在事务开始时已经提交而t_xmax没有,则可见;如果t_xmin和t_xmax 在事务开始时都已经提交了则不可见。(详细过程见HeapTupleSatisfiesMVCC、TransactionIdDidCommit、XidInMVCCSnapshot等函数)。

  索引中则不包含版本信息。一般情况下,记录的所有版本都在索引中存在对应的索引项。举个例子,如果一个表有三个索引,更新一条记录时,不但在堆中会插入一个新版本,新版本对应的索引项也要插入到三个索引中,即使这次更新可能没有更新某些索引的 属性(见ExecUpdate函数)。

  在PostgreSQL 8.3中引入了HOT(Heap-Only-Tuple)技术,如果新老版本在同一页面,并且UPDATE没有更新任何索引属性,则不插入新版本对应的索引项。由于索引没有版本信息,进行索引扫描时,即使查询所需所有属性在索引中都存在,也需要从堆中取出对应的记录判断是否可见(见index_getnext函数)。事务提交或回滚时操作简单,除事务提交时要写出事务外,只需要更新事务提交日志中对应的事务状态。也就是说回滚时并不需要将事务所作的操作从物理上清理掉,只要将事务状态设为已经回滚,则该事务产生的版本对其它事务自然就不可见了。

  老旧的不再需要的版本,即不会被将来的任何事务见到的版本的清理是通过VACUUM实现的。由于新老版本混杂在一起,进行VACUUM时本质上是需要扫描所 有数据。8.4版中引入了VisibilityMap技术,用来在VACUUM时跳过那些肯定不包含老旧版本的页面,但如果系统更新频繁且离散,这一技术就派不上大用场。在线的VACUUM只能清理页 面中的老旧版本,但不能缩减表占用的空间,其实是产生碎片。要缩减表空间时的VACUUM会锁住表导致期间表不能被更新。

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