PosgreSQL快速参数调优和sysbench压测

关于PostgreSQL的性能调优可以参考《PostgreSQL 9.0 High Performance》，以及朱贤文在2014 PostgreSQL中国用户大会上分享的《高性能Postgres 最佳实践》。当然，首先还是应该看看PostgreSQL手册的相关章节。我们在调优时不必每个细节都做到最优，抓住主要矛盾即可。因为有些东西不在你的控制之下，或者那样优化之后维护起来麻烦。下面尝试在虚机下进行快速的PostgreSQL参数调优。

1. 虚机环境

CPU: 4 core
Mem: 8G
OS: CentOS 6.3(64 Bit)

PostgreSQL:9.4.5

sysbench:0.4.12

文件系统:ext4

2.参数设置

基本的性能参数设置可以利用下面这个在线小工具评估。

填入系统信息，并固定最大连接数为300后，选择不同DB Type，这个工具会给出不同的参数。

Web applications

max_connections = 300
shared_buffers = 2GB
effective_cache_size = 6GB
work_mem = 6990kB
maintenance_work_mem = 512MB
checkpoint_segments = 32
checkpoint_completion_target = 0.7
wal_buffers = 16MB
default_statistics_target = 100

Online transaction processing systems

max_connections = 300
shared_buffers = 2GB
effective_cache_size = 6GB
work_mem = 6990kB
maintenance_work_mem = 512MB
checkpoint_segments = 64
checkpoint_completion_target = 0.9
wal_buffers = 16MB
default_statistics_target = 100

Data warehouses

max_connections = 300
shared_buffers = 2GB
effective_cache_size = 6GB
work_mem = 3495kB
maintenance_work_mem = 1GB
checkpoint_segments = 128
checkpoint_completion_target = 0.9
wal_buffers = 16MB
default_statistics_target = 500

上面3种DB Type，越往后写越重，checkpoint的频率也调得越低。由于后面要做OLTP的性能评估，所以选用Online transaction processing systems的设置。

综合考虑log等需求，初步在postgresql.conf中设置参数如下

listen_addresses = '*'
port = 5432
max_connections = 300
shared_buffers = 2GB
effective_cache_size = 6GB
work_mem = 6990kB
maintenance_work_mem = 512MB
checkpoint_segments = 64
checkpoint_completion_target = 0.9
wal_buffers = 16MB
default_statistics_target = 100
logging_collector = on
log_directory = 'pg_log'
log_filename = 'postgresql-%Y-%m-%d_%H%M%S.log'
log_truncate_on_rotation = on
log_rotation_age = 1440
log_rotation_size = 100000
log_line_prefix='%m %p %x'
wal_level = hot_standby

流复制时需要设置wal_level = hot_standby，单机场景下可以设置其它值以输出更少的WAL日志。

下面这几个参数有些需要在性能和持久性之间平衡，先全部采用默认值。

wal_sync_method = fsync
commit_delay = 0
synchronous_commit = on
full_page_writes = on
fsync = on

3.测试方法

用sysbench 做oltp的性能测试，不管使用simple还是complex测试模式，sysbench prepare时创建单个相同的测试表（那就不可能测到join了）。

建表语句如下

CREATE TABLE sbtest (id SERIAL  NOT NULL , k integer  DEFAULT '0' NOT NULL, c char(120) DEFAULT '' NOT NULL, pad char(60) DEFAULT '' NOT NULL, PRIMARY KEY  (id) )

CREATE INDEX k on sbtest(k)

然后插入数据，插入数据量由oltp-table-size决定。

INSERT INTO sbtest(k, c, pad) VALUES (0,' ','qqqqqqqqqqwwwwwwwwwweeeeeeeeeerrrrrrrrrrtttttttttt')

当插入数据量很大时，由于每个插入语句都是一次提交，因此速度很慢。我们可以用下面的方法手动准备数据，而不是使用sysbench的prepare。

DROP TABLE sbtest;

CREATE TABLE sbtest (id SERIAL  NOT NULL , k integer  DEFAULT '0' NOT NULL, c char(120) DEFAULT '' NOT NULL, pad char(60) DEFAULT '' NOT NULL, PRIMARY KEY  (id) );

CREATE INDEX k on sbtest(k);

INSERT INTO sbtest(k, c, pad) select 0,' ','qqqqqqqqqqwwwwwwwwwweeeeeeeeeerrrrrrrrrrtttttttttt' from generate_series(1,5000000);

插入500万记录后，数据表大小大约为1GB。

postgres=# \d+

                             List of relations

 Schema |       Name       |   Type   |  Owner   |    Size    | Description

--------+------------------+----------+----------+------------+-------------

 public | sbtest           | table    | postgres | 1056 MB    |

 public | sbtest_id_seq    | sequence | postgres | 8192 bytes |

(2 rows)

simple模式的测试语句如下

SELECT c from sbtest where id=$1

$1是个取值在oltp-table-size范围内的随机数，随机数的生成算法由oltp-dist-type决定，包括uniform,gaussian,special三种，默认是special，生成的随机数有75%(由oltp-dist-pct控制)集中在一个1%(由oltp-dist-pct控制)的热点区域。

complex模式且oltp-read-only=on时的测试语句如下

BEGIN

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id between $1 and $2

SELECT SUM(K) from sbtest where id between $1 and $2

SELECT c from sbtest where id between $1 and $2 order by c

SELECT DISTINCT c from sbtest where id between $1 and $2 order by c

COMMIT

上面的between范围查询，范围大小为100(由oltp-range-size控制)。

complex模式且oltp-read-only=off时的测试语句如下

BEGIN

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id=$1

SELECT c from sbtest where id between $1 and $2

SELECT SUM(K) from sbtest where id between $1 and $2

SELECT c from sbtest where id between $1 and $2 order by c

SELECT DISTINCT c from sbtest where id between $1 and $2 order by c

UPDATE sbtest set k=k+1 where id=$1

UPDATE sbtest set c=$1 where id=$2

UPDATE sbtest set k=k+1 where id=$1

DELETE from sbtest where id=$1

INSERT INTO sbtest values($1,0,' ','aaaaaaaaaaffffffffffrrrrrrrrrreeeeeeeeeeyyyyyyyyyy')

COMMIT

但是在并发数很高的情况下，会报下面的错误

ERROR:  duplicate key value violates unique constraint "sbtest_pkey"

为了回避这个问题，参考德哥的方法临时修改sysbench的代码（这个问题和PostgreSQL的MVCC实现机制有关，详见http://blog.chinaunix.net/uid-20726500-id-5289907.html）。

修改方法如下：

修改sysbench-0.4.12/sysbench/tests/oltp/sb_oltp.c

找到

/* Prepare the insert statement */

  snprintf(query, MAX_QUERY_LEN, "INSERT INTO %s values(?,0,' ',"

           "'aaaaaaaaaaffffffffffrrrrrrrrrreeeeeeeeeeyyyyyyyyyy')",

           args.table_name);

改成

/* Prepare the insert statement */

  if (args.auto_inc)

    snprintf(query, MAX_QUERY_LEN, "INSERT INTO %s(k,c,pad) values(0,' ',"

           "'aaaaaaaaaaffffffffffrrrrrrrrrreeeeeeeeeeyyyyyyyyyy')",

           args.table_name);

  else

    snprintf(query, MAX_QUERY_LEN, "INSERT INTO %s values(?,0,' ',"

           "'aaaaaaaaaaffffffffffrrrrrrrrrreeeeeeeeeeyyyyyyyyyy')",

           args.table_name);

参考：http://blog.163.com/digoal@126/blog/static/1638770402013414549515/

修改后，最后一条INSERT句就变成了下面这样了

INSERT INTO sbtest(k,c,pad) values(0,' ','aaaaaaaaaaffffffffffrrrrrrrrrreeeeeeeeeeyyyyyyyyyy')

 
注：其实更加正确的做法应该是使用sysbench 0.5而不是0.4，sysbench 0.5没有这个问题，而且0.5支持lua脚本，支持的测试方式更灵活。   

4. 测试

simple模式

执行下面的命令，100并发，TPS为29200.43，测试时CPU被占满，达到CPU极限。

[postgres@node1  ~]$ sysbench --test=oltp --db-driver=pgsql --pgsql-host=127.0.0.1 --pgsql-port=5432 --pgsql-user=postgres --pgsql-password=postgres --pgsql-db=postgres --oltp-table-size=5000000 --num-threads=100 --max-requests=0 --max-time=60 --oltp-test-mode=simple --oltp-read-only=on run
sysbench 0.4.12:  multi-threaded system evaluation benchmark
Running the test with following options:
Number of threads: 100
Doing OLTP test.
Running simple OLTP test
Doing read-only test
Using Special distribution (12 iterations,  1 pct of values are returned in 75 pct cases)
Using "BEGIN" for starting transactions
Using auto_inc on the id column
Threads started!
Time limit exceeded, exiting...
(last message repeated 99 times)
Done.
OLTP test statistics:
    queries performed:
        read:                            1752165
        write:                           0
        other:                           0
        total:                           1752165
    transactions:                        1752165 (29200.43 per sec.)
    deadlocks:                           0      (0.00 per sec.)
    read/write requests:                 1752165 (29200.43 per sec.)
    other operations:                    0      (0.00 per sec.)
Test execution summary:
    total time:                          60.0048s
    total number of events:              1752165
    total time taken by event execution: 5993.5646
    per-request statistics:
         min:                                  0.04ms
         avg:                                  3.42ms
         max:                                968.42ms
         approx.  95 percentile:               0.34ms
Threads fairness:
    events (avg/stddev):           17521.6500/2549.74
    execution time (avg/stddev):   59.9356/0.01

complex模式且oltp-read-only=on

执行下面的命令，100并发，TPS为1505.38，测试时CPU被占满，达到CPU极限，其中sysbench进程的CPU率大约80%。

[postgres@node1  ~]$ sysbench --test=oltp --db-driver=pgsql --pgsql-host=127.0.0.1 --pgsql-port=5432 --pgsql-user=postgres --pgsql-password=postgres --pgsql-db=postgres --oltp-table-size=5000000 --num-threads=100 --max-requests=0 --max-time=60 --oltp-test-mode=complex --oltp-read-only=on run
sysbench 0.4.12:  multi-threaded system evaluation benchmark
Running the test with following options:
Number of threads: 100
Doing OLTP test.
Running mixed OLTP test
Doing read-only test
Using Special distribution (12 iterations,  1 pct of values are returned in 75 pct cases)
Using "BEGIN" for starting transactions
Using auto_inc on the id column
Threads started!
Time limit exceeded, exiting...
(last message repeated 99 times)
Done.
OLTP test statistics:
    queries performed:
        read:                            1265264
        write:                           0
        other:                           180752
        total:                           1446016
    transactions:                        90376  (1505.38 per sec.)
    deadlocks:                           0      (0.00 per sec.)
    read/write requests:                 1265264 (21075.27 per sec.)
    other operations:                    180752 (3010.75 per sec.)
Test execution summary:
    total time:                          60.0355s
    total number of events:              90376
    total time taken by event execution: 5998.5193
    per-request statistics:
         min:                                  1.98ms
         avg:                                 66.37ms
         max:                               4032.00ms
         approx.  95 percentile:             161.49ms
Threads fairness:
    events (avg/stddev):           903.7600/74.26
    execution time (avg/stddev):   59.9852/0.04

complex模式且oltp-read-only=off

执行下面的命令，100并发，TPS为1232.77，测试时CPU被占满，其中sysbench进程的CPU率大约80%，磁盘Busy大约10+%，磁盘写入也是10+MB/s。

[postgres@node1  ~]$ sysbench --test=oltp --db-driver=pgsql --pgsql-host=127.0.0.1 --pgsql-port=5432 --pgsql-user=postgres --pgsql-password=postgres --pgsql-db=postgres --oltp-table-size=5000000 --num-threads=100 --max-requests=0 --max-time=60 --oltp-test-mode=complex --oltp-read-only=off run
sysbench 0.4.12:  multi-threaded system evaluation benchmark
Running the test with following options:
Number of threads: 100
Doing OLTP test.
Running mixed OLTP test
Using Special distribution (12 iterations,  1 pct of values are returned in 75 pct cases)
Using "BEGIN" for starting transactions
Using auto_inc on the id column
Threads started!
Time limit exceeded, exiting...
(last message repeated 99 times)
Done.
OLTP test statistics:
    queries performed:
        read:                            1035986
        write:                           369995
        other:                           147998
        total:                           1553979
    transactions:                        73999  (1232.77 per sec.)
    deadlocks:                           0      (0.00 per sec.)
    read/write requests:                 1405981 (23422.71 per sec.)
    other operations:                    147998 (2465.55 per sec.)
Test execution summary:
    total time:                          60.0264s
    total number of events:              73999
    total time taken by event execution: 5998.7493
    per-request statistics:
         min:                                  2.69ms
         avg:                                 81.07ms
         max:                                547.21ms
         approx.  95 percentile:             199.32ms
Threads fairness:
    events (avg/stddev):           739.9900/23.37
    execution time (avg/stddev):   59.9875/0.04

5. 参数的优化

由于上面测试场景的性能瓶颈都在CPU，基本没什么可优化的，（实际试了下，确实也没有优化效果）。如果瓶颈在刷盘可以通过调节下面几个参数优化。

No	参数	说明	风险
1	wal_sync_method = fdatasync	WAL刷盘的系统调用，根据之前的测试fdatasync比fsync性能好。但是Linux下的默认值就是fdatasync所以也不同修改。	无风险
2	commit_delay = 100	提交延迟，单位是微妙（不是毫秒），以进行组提交。	设得太大会影响事务的响应时间。 注）实际压测发现效果不稳定。因并发连接数，热数据分布，commit_delay等的不同，有时性能提高有时降低，所以优化这个值要根据实际的应用环境。
3	synchronous_commit = off	异步提交，WAL刷盘交给OS	OS crash时，可能丢失最近的提交。
4	full_page_writes = off	在WAL中checkpoint后的第一次修改page时不写全page数据	对不支持原子写的文件系统或存储设备上，OS crash时，数据文件会损坏。
5	fsync = off	不刷盘，完全交给OS刷	OS crash时，数据文件可能会损坏。

Icon

上面的full_page_writes和fsync非常危险，修改时务必慎重！

6. 补充：page大小的调整

还有一种经常被提到的优化方法是修改page大小，PostgreSQL默认的page大小是8K，编译时可以指定。

./configure --with-blocksize=16 

下面是16K和8K的性能对比，从下面可以看出16K反而性能变差，所以16K的优化方法一定要看机器环境和场景的（可能更适合OLAP吧）。而且改page大小要重新编译源码，8K的数据目录和16K的又不兼容，不能互相复制。所以修改page大小要慎重。

100线程，500W数据的sysbench测试出的tps值:

test mode	8K	16K
simple	29200.43	28795.46
complex模式且oltp-read-only=on	1505.38	1462.40
complex模式且oltp-read-only=off	1232.77	1058.48