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管理 Amazon Aurora PostgreSQL 中的 TOAST OID 争用

TOAST（超大属性存储技术）是一项 PostgreSQL 功能，旨在处理超过典型 8KB 数据库块大小的大数据值。PostgreSQL 不允许物理行跨越多个块。块大小是行大小的上限。TOAST 通过将较大的字段值拆分为较小的块来克服这一限制。它将这些块单独存储在链接到主表的专用 TOAST 表中。有关更多信息，请参阅 PostgreSQL TOAST storage mechanism and implementation documentation。

了解 TOAST 操作

TOAST 行压缩并将大字段值存储在行外。TOAST 为存储在 TOAST 表中的每个超大数据块分配一个唯一的 OID（对象标识符）。主表在页面上存储 TOAST 值的 ID 和关系 ID，以引用 TOAST 表中相应的行。这使得 PostgreSQL 能够高效地定位和管理这些 TOAST 数据块。然而，随着 TOAST 表的增长，系统面临耗尽可用 OID 的风险，进而导致性能下降，甚至因 OID 耗尽而引发潜在的停机。

TOAST 中的对象标识符

对象标识符（OID）是 PostgreSQL 中用于引用数据库对象（如表、索引和函数）的一种系统范围内唯一标识符。这些标识符在 PostgreSQL 的内部操作中发挥着关键作用，使数据库能够高效地定位和管理对象。

对于符合 TOAST 条件的数据表，PostgreSQL 会为存储在相关 TOAST 表中的每个超大数据块分配一个 OID，用于唯一标识该数据块。系统还会为每个数据块关联一个 chunk_id，以便 PostgreSQL 在 TOAST 表中高效地组织和定位这些数据块。

识别性能方面的挑战

PostgreSQL 的 OID 管理依赖一个全局 32 位计数器，因此在生成 40 亿个唯一值后会发生循环回绕。尽管整个数据库集群共享这一计数器，但在 TOAST 操作中，OID 分配过程包括以下两步：

在以下情况下，可能会出现性能下降问题：

有关更多信息，请参阅 PostgreSQL TOAST table size limits and OID allocation documentation：

全局计数器负责生成 OID，并且每生成 40 亿个值后就会循环回绕，因此系统偶尔会生成一个已经使用过的值。PostgreSQL 会检测到这种情况，并自动尝试使用下一个 OID。如果 TOAST 表中存在一大段连续使用的 OID 而没有空隙，就可能导致 INSERT 操作变慢。随着 OID 空间逐渐填满，这些问题会变得更加明显，导致插入和更新操作的性能下降。

识别问题

查明问题

建议

以下方法可帮助解决 TOAST OID 争用问题。

监控

使用系统表

您可以使用 PostgreSQL 的系统表来监控 OID 使用量的增长情况。

以下匿名块统计每个 TOAST 表中使用的不同 OID 数量，并显示其父表的信息：

DO $$
DECLARE
    r record;
    o bigint;
    parent_table text;
    parent_schema text;
BEGIN
    SET LOCAL client_min_messages TO notice;
    FOR r IN
    SELECT
        c.oid,
        c.oid::regclass AS toast_table
    FROM
        pg_class c
    WHERE
        c.relkind = 't'
        AND c.relowner != 10 LOOP
            -- Fetch the number of distinct used OIDs (chunk IDs) from the TOAST table
            EXECUTE 'SELECT COUNT(DISTINCT chunk_id) FROM ' || r.toast_table INTO o;
            -- If there are used OIDs, find the associated parent table and its schema
            IF o <> 0 THEN
                SELECT
                    n.nspname,
                    c.relname INTO parent_schema,
                    parent_table
                FROM
                    pg_class c
                    JOIN pg_namespace n ON c.relnamespace = n.oid
                WHERE
                    c.reltoastrelid = r.oid;
                -- Raise a concise NOTICE message
                RAISE NOTICE 'Parent schema: % | Parent table: % | Toast table: % | Number of used OIDs: %', parent_schema, parent_table, r.toast_table, TO_CHAR(o, 'FM9,999,999,999,999');
            END IF;
        END LOOP;
END
$$;

按照 TOAST 表显示 OID 使用情况统计信息的输出示例：

NOTICE:  Parent schema: public | Parent table: my_table | Toast table: pg_toast.pg_toast_16559 | Number of used OIDs: 45,623,317
NOTICE:  Parent schema: public | Parent table: my_table1 | Toast table: pg_toast.pg_toast_45639925 | Number of used OIDs: 10,000
NOTICE:  Parent schema: public | Parent table: my_table2 | Toast table: pg_toast.pg_toast_45649931 | Number of used OIDs: 1,000,000
DO

以下匿名块检索为每个非空 TOAST 表分配的最大 OID：

DO $$
DECLARE
    r record;
    o bigint;
    parent_table text;
    parent_schema text;
BEGIN
    SET LOCAL client_min_messages TO notice;
    FOR r IN
    SELECT
        c.oid,
        c.oid::regclass AS toast_table
    FROM
        pg_class c
    WHERE
        c.relkind = 't'
        AND c.relowner != 10 LOOP
            -- Fetch the max(chunk_id) from the TOAST table
            EXECUTE 'SELECT max(chunk_id) FROM ' || r.toast_table INTO o;
            -- If there's at least one TOASTed chunk, find the associated parent table and its schema
            IF o IS NOT NULL THEN
                SELECT
                    n.nspname,
                    c.relname INTO parent_schema,
                    parent_table
                FROM
                    pg_class c
                    JOIN pg_namespace n ON c.relnamespace = n.oid
                WHERE
                    c.reltoastrelid = r.oid;
                -- Raise a concise NOTICE message
                RAISE NOTICE 'Parent schema: % | Parent table: % | Toast table: % | Max chunk_id: %', parent_schema, parent_table, r.toast_table, TO_CHAR(o, 'FM9,999,999,999,999');
            END IF;
        END LOOP;
END
$$;

显示 TOAST 表的最大块 ID 的输出示例：

NOTICE:  Parent schema: public | Parent table: my_table | Toast table: pg_toast.pg_toast_16559 | Max chunk_id: 45,639,907
NOTICE:  Parent schema: public | Parent table: my_table1 | Toast table: pg_toast.pg_toast_45639925 | Max chunk_id: 45,649,929
NOTICE:  Parent schema: public | Parent table: my_table2 | Toast table: pg_toast.pg_toast_45649931 | Max chunk_id: 46,649,935
DO

使用性能详情

在需要分配新的对象标识符（OID）的操作过程中，性能详情中会显示 LWLock:buffer_io 和 LWLock:OidGenLock 等待事件。这些等待事件的平均活跃会话（AAS）较高通常表明在 OID 分配和资源管理过程中存在争用。这种情况在数据变更频繁、大型数据使用广泛或对象创建频繁的环境中尤为常见。

LWLock:buffer_io

LWLock:buffer_io 是一种等待事件，当 PostgreSQL 会话在等待共享缓冲区的 I/O 操作完成时会发生。通常在以下情况下出现：数据库从磁盘读取数据到内存中将修改后的页面从内存写回磁盘。BufferIO 等待事件通过在 I/O 操作进行时阻止多个进程访问或修改同一缓冲区，从而确保数据一致性。该等待事件频繁出现可能表明数据库工作负载中存在磁盘瓶颈或过高的 I/O 活动。

在 TOAST 操作期间：

索引的大小直接影响在这些操作中需要访问的缓冲区页面数量。即使索引本身未膨胀，其体积也可能增加缓冲 I/O，尤其在高并发或数据变更频繁的环境中。有关更多信息，请参阅 LWLock:BufferIO wait event troubleshooting guide。

LWLock:OidGenLock

OidGenLock 是一种等待事件，当 PostgreSQL 会话在等待分配新的对象标识符（OID）时发生。该锁确保 OID 按顺序且安全地生成，每次仅允许一个进程生成 OID。

在 TOAST 操作期间：

额外导致 OID 争用的因素：