本篇内容介绍了“PostgreSQL中RecordAndGetPageWithFreeSpace有什么作用”的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！

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一、数据结构

FSMAddress
内部的FSM处理过程以逻辑地址scheme的方式工作,树的每一个层次都可以认为是一个独立的地址文件.

/*
 * The internal FSM routines work on a logical addressing scheme. Each
 * level of the tree can be thought of as a separately addressable file.
 * 内部的FSM处理过程工作在一个逻辑地址scheme上.
 * 树的每一个层次都可以认为是一个独立的地址文件.
 */
typedef struct
{
    //层次
    int         level;          /* level */
    //该层次内的页编号
    int         logpageno;      /* page number within the level */
} FSMAddress;
/* Address of the root page. */
//根页地址
static const FSMAddress FSM_ROOT_ADDRESS = {FSM_ROOT_LEVEL, 0};

FSMPage
FSM page数据结构.详细可参看src/backend/storage/freespace/README.

/*
 * Structure of a FSM page. See src/backend/storage/freespace/README for
 * details.
 * FSM page数据结构.详细可参看src/backend/storage/freespace/README.
 */
typedef struct
{
    /*
     * fsm_search_avail() tries to spread the load of multiple backends by
     * returning different pages to different backends in a round-robin
     * fashion. fp_next_slot points to the next slot to be returned (assuming
     * there's enough space on it for the request). It's defined as an int,
     * because it's updated without an exclusive lock. uint16 would be more
     * appropriate, but int is more likely to be atomically
     * fetchable/storable.
     * fsm_search_avail()函数尝试通过在一轮循环中返回不同的页面到不同的后台进程,
     *   从而分散在后台进程上分散负载.
     * 该字段因为无需独占锁,因此定义为整型.
     * unit16可能会更合适,但整型看起来更适合于原子提取和存储.
     */
    int         fp_next_slot;
    /*
     * fp_nodes contains the binary tree, stored in array. The first
     * NonLeafNodesPerPage elements are upper nodes, and the following
     * LeafNodesPerPage elements are leaf nodes. Unused nodes are zero.
     * fp_nodes以数组的形式存储二叉树.
     * 第一个NonLeafNodesPerPage元素是上一层的节点,接下来的LeafNodesPerPage元素是叶子节点.
     * 未使用的节点为0.
     */
    uint8       fp_nodes[FLEXIBLE_ARRAY_MEMBER];
} FSMPageData;
typedef FSMPageData *FSMPage;

FSMLocalMap
对于小表,不需要创建FSM来存储空间信息,使用本地的内存映射信息.

/* Either already tried, or beyond the end of the relation */
//已尝试或者已在表的末尾之后
#define FSM_LOCAL_NOT_AVAIL 0x00
/* Available to try */
//可用于尝试
#define FSM_LOCAL_AVAIL     0x01
/*
 * For small relations, we don't create FSM to save space, instead we use
 * local in-memory map of pages to try.  To locate free space, we simply try
 * pages directly without knowing ahead of time how much free space they have.
 * 对于小表,不需要创建FSM来存储空间信息,使用本地的内存映射信息.
 * 为了定位空闲空间,我们不需要知道他们有多少空闲空间而是直接简单的对page进行尝试.
 *
 * Note that this map is used to the find the block with required free space
 * for any given relation.  We clear this map when we have found a block with
 * enough free space, when we extend the relation, or on transaction abort.
 * See src/backend/storage/freespace/README for further details.
 * 注意这个map用于搜索给定表的请求空闲空间.
 * 在找到有足够空闲空间的block/扩展了relation/在事务回滚时,则清除这个map的信息.
 * 详细可查看src/backend/storage/freespace/README.
 */
typedef struct
{
    BlockNumber nblocks;//块数
    uint8       map[HEAP_FSM_CREATION_THRESHOLD];//数组
}           FSMLocalMap;
static FSMLocalMap fsm_local_map =
{
    0,
    {
        FSM_LOCAL_NOT_AVAIL
    }
};
#define FSM_LOCAL_MAP_EXISTS (fsm_local_map.nblocks > 0)

二、源码解读

RecordAndGetPageWithFreeSpace返回满足条件的block,其主要逻辑如下:
1.初始化相关变量
2.如存在本地map,则首先使用该文件,调用fsm_local_search
3.如果没有本地map也没有FSM,创建本地map,然后调用fsm_local_search
4.使用FSM搜索
4.1获取FSM中原page可用空间对应的catalog
4.2根据所需空间大小,获取FSM中相应的catalog
4.3根据原页面,获取heap block所在的位置(FSMAddress)
4.4检索获取目标slot
4.5如目标slot合法,则获取相应的block,否则使用fsm_search搜索合适的block

/*
 * RecordAndGetPageWithFreeSpace - update info about a page and try again.
 * RecordAndGetPageWithFreeSpace - 更新page info并再次尝试.
 *
 * We provide this combo form to save some locking overhead, compared to
 * separate RecordPageWithFreeSpace + GetPageWithFreeSpace calls. There's
 * also some effort to return a page close to the old page; if there's a
 * page with enough free space on the same FSM page where the old one page
 * is located, it is preferred.
 * 相对于单独的RecordPageWithFreeSpace + GetPageWithFreeSpace调用,
 *   我们提供这个组合形式用于节省一些锁的负载.
 * 这里同样存储一些努力用于返回接近旧page的page.
 * 如果与旧的page在同一个FSM page上有足够空闲空间的page存在,那这个page会被选中.
 *
 * For very small heap relations that don't have a FSM, we update the local
 * map to indicate we have tried a page, and return the next page to try.
 * 对于非常小的堆表,是不需要FSM的,直接更新本地map来提示进程需要尝试获得一个page,并返回下一个page.
 */
BlockNumber
RecordAndGetPageWithFreeSpace(Relation rel, BlockNumber oldPage,
                              Size oldSpaceAvail, Size spaceNeeded)
{
    int         old_cat;
    int         search_cat;
    FSMAddress  addr;//FSM地址
    uint16      slot;//槽号
    int         search_slot;
    BlockNumber nblocks = InvalidBlockNumber;
    /* First try the local map, if it exists. */
    //如存在本地map,则首先使用该文件.
    //#define FSM_LOCAL_MAP_EXISTS (fsm_local_map.nblocks > 0)
    if (FSM_LOCAL_MAP_EXISTS)
    {
        Assert((rel->rd_rel->relkind == RELKIND_RELATION ||
                rel->rd_rel->relkind == RELKIND_TOASTVALUE) &&
               fsm_local_map.map[oldPage] == FSM_LOCAL_AVAIL);
        //设置oldPage为不可用
        fsm_local_map.map[oldPage] = FSM_LOCAL_NOT_AVAIL;
        //搜索并返回结果
        return fsm_local_search();
    }
    if (!fsm_allow_writes(rel, oldPage, InvalidBlockNumber, &nblocks))
    {
        //---- 如果FSM不允许写
        /*
         * If we have neither a local map nor a FSM, we probably just tried
         * the target block in the smgr relation entry and failed, so we'll
         * need to create the local map.
         * 如果没有本地map也没有FSM,
         *   那么我们只是尝试了smgr relation中的目标block而且失败了,那么需要创建本地map.
         */
        //设置本地map
        fsm_local_set(rel, nblocks);
        //搜索本地map
        return fsm_local_search();
    }
    /* Normal FSM logic follows */
    //------ 使用FSM的逻辑
    //oldSpaceAvail/32,最大255/254
    old_cat = fsm_space_avail_to_cat(oldSpaceAvail);
    //(needed + FSM_CAT_STEP - 1) / FSM_CAT_STEP
    //#define FSM_CAT_STEP   (BLCKSZ / FSM_CATEGORIES)
    //#define FSM_CATEGORIES   256
    search_cat = fsm_space_needed_to_cat(spaceNeeded);
    /* Get the location of the FSM byte representing the heap block */
    //获得对应heap block的位置
    addr = fsm_get_location(oldPage, &slot);
    //在给定的FSM page和slot中设置值,并返回slot
    search_slot = fsm_set_and_search(rel, addr, slot, old_cat, search_cat);
    /*
     * If fsm_set_and_search found a suitable new block, return that.
     * Otherwise, search as usual.
     * 如fsm_set_and_search成功找到合适的block,则返回;否则,执行常规的检索.
     */
    if (search_slot != -1)
        return fsm_get_heap_blk(addr, search_slot);
    else
        return fsm_search(rel, search_cat);
}
 /*
 * Search the local map for an available block to try, in descending order.
 * As such, there is no heuristic available to decide which order will be
 * better to try, but the probability of having space in the last block in the
 * map is higher because that is the most recent block added to the heap.
 * 以倒序的方式检索本地map找可用的block.
 * 在这种情况下,没有特别好的办法用于确定那种排序方法更好,
 *   但在map中最后一个block中存在空闲空间的可能性更高,因为这是最近添加到堆中的block.
 *
 * This function is used when there is no FSM.
 * 如无FSM则使用该函数.
 */
static BlockNumber
fsm_local_search(void)
{
    BlockNumber target_block;
    /* Local map must be set by now. */
    //现在本地map必须已设置
    Assert(FSM_LOCAL_MAP_EXISTS);
    //目标block
    target_block = fsm_local_map.nblocks;
    do
    {
        //循环
        target_block--;//从最后一个block开始
        if (fsm_local_map.map[target_block] == FSM_LOCAL_AVAIL)
            return target_block;//最后一个block可用,则返回
    } while (target_block > 0);
    //target_block == 0
    /*
     * If we didn't find any available block to try in the local map, then
     * clear it.  This prevents us from using the map again without setting it
     * first, which would otherwise lead to the same conclusion again and
     * again.
     * 在本地map中没有发现可用的block,则清除相关信息.
     * 这可以防止我们在没有正确设置map的情况下使用该map,
     * 这会导致重复的相同结论(没有可用的block).
     */
    FSMClearLocalMap();
    //返回InvalidBlockNumber
    return InvalidBlockNumber;
}
/*
 * Initialize or update the local map of blocks to try, for when there is
 * no FSM.
 * 如无FSM,则初始化并更新本地map
 *
 * When we initialize the map, the whole heap is potentially available to
 * try.  Testing revealed that trying every block can cause a small
 * performance dip compared to when we use a FSM, so we try every other
 * block instead.
 * 在我们初始化map的时候,整个堆可能已可用.
 * 测试表名,与使用FSM相比,尝试每个块会导致小幅的性能下降,因此尝试每一个块.
 */
static void
fsm_local_set(Relation rel, BlockNumber cur_nblocks)
{
    BlockNumber blkno,
                cached_target_block;
    /* The local map must not be set already. */
    //验证
    Assert(!FSM_LOCAL_MAP_EXISTS);
    /*
     * Starting at the current last block in the relation and working
     * backwards, mark alternating blocks as available.
     * 在关系的当前最后一个块开始往后减少,标记可更新的块可用.
     */
    blkno = cur_nblocks - 1;//最后一个块
    while (true)
    {
        //更新为可用
        fsm_local_map.map[blkno] = FSM_LOCAL_AVAIL;
        if (blkno >= 2)
            blkno -= 2;
        else
            break;
    }
    /* Cache the number of blocks. */
    //缓存块数
    fsm_local_map.nblocks = cur_nblocks;
    /* Set the status of the cached target block to 'unavailable'. */
    //设置缓存的目标块状态为未可用
    cached_target_block = RelationGetTargetBlock(rel);
    if (cached_target_block != InvalidBlockNumber &&
        cached_target_block < cur_nblocks)
        fsm_local_map.map[cached_target_block] = FSM_LOCAL_NOT_AVAIL;
}
/*
 * Return category corresponding x bytes of free space
 * 返回相应有x字节空间空间的目录
 */
static uint8
fsm_space_avail_to_cat(Size avail)
{
    int         cat;
    //确保请求的小于块大小
    Assert(avail < BLCKSZ);
    //如大于最大请求大小,返回255
    //#define MaxFSMRequestSize   MaxHeapTupleSize
    //#define MaxHeapTupleSize   (BLCKSZ - MAXALIGN(SizeOfPageHeaderData + sizeof(ItemIdData)))
    if (avail >= MaxFSMRequestSize)
        return 255;
    //#define FSM_CAT_STEP   (BLCKSZ / FSM_CATEGORIES)
    //#define FSM_CATEGORIES   256
    //块大小为8K则FSM_CAT_STEP = 32
    cat = avail / FSM_CAT_STEP;
    /*
     * The highest category, 255, is reserved for MaxFSMRequestSize bytes or
     * more.
     * 最高层的目录,255,保留用于MaxFSMRequestSize或者更大的大小.
     */
    if (cat > 254)
        cat = 254;//返回254
    return (uint8) cat;
}
/*
 * Which category does a page need to have, to accommodate x bytes of data?
 * While fsm_size_to_avail_cat() rounds down, this needs to round up.
 * 哪一个目录有需要的page,可满足x bytes大小的数据.
 * 因为fsm_size_to_avail_cat()往下取整,因此这里需要往上取整.
 */
static uint8
fsm_space_needed_to_cat(Size needed)
{
    int         cat;
    /* Can't ask for more space than the highest category represents */
    //不能要求最大目录可能表示的空间大小
    if (needed > MaxFSMRequestSize)
        elog(ERROR, "invalid FSM request size %zu", needed);
    if (needed == 0)
        return 1;
    cat = (needed + FSM_CAT_STEP - 1) / FSM_CAT_STEP;
    if (cat > 255)
        cat = 255;
    return (uint8) cat;
}
/*
 * Return the FSM location corresponding to given heap block.
 * 返回给定堆block的FSM位置.
 */
//addr = fsm_get_location(oldPage, &slot);
static FSMAddress
fsm_get_location(BlockNumber heapblk, uint16 *slot)
{
    FSMAddress  addr;
    addr.level = FSM_BOTTOM_LEVEL;
    //#define SlotsPerFSMPage   LeafNodesPerPage
    //#define LeafNodesPerPage   (NodesPerPage - NonLeafNodesPerPage)
    //#define NodesPerPage (BLCKSZ - MAXALIGN(SizeOfPageHeaderData) - \
                       offsetof(FSMPageData, fp_nodes))
    //#define NonLeafNodesPerPage (BLCKSZ / 2 - 1)
    addr.logpageno = heapblk / SlotsPerFSMPage;
    *slot = heapblk % SlotsPerFSMPage;
    return addr;
}

三、跟踪分析

测试脚本

15:54:13 (xdb@[local]:5432)testdb=# insert into t1 values (1,'1','1');

启动gdb,设置断点

(gdb) b RecordAndGetPageWithFreeSpace
Breakpoint 1 at 0x8879e4: file freespace.c, line 152.
(gdb) c
Continuing.
Breakpoint 1, RecordAndGetPageWithFreeSpace (rel=0x7fad0df13788, oldPage=1, oldSpaceAvail=16, spaceNeeded=32)
    at freespace.c:152
152     int         old_cat = fsm_space_avail_to_cat(oldSpaceAvail);
(gdb)

输入参数

(gdb) p *rel
$5 = {rd_node = {spcNode = 1663, dbNode = 16402, relNode = 50820}, rd_smgr = 0x2084b00, rd_refcnt = 1, rd_backend = -1, 
  rd_islocaltemp = false, rd_isnailed = false, rd_isvalid = true, rd_indexvalid = 1 '\001', rd_statvalid = false, 
  rd_createSubid = 0, rd_newRelfilenodeSubid = 0, rd_rel = 0x7fad0df139a0, rd_att = 0x7fad0df13ab8, rd_id = 50820, 
  rd_lockInfo = {lockRelId = {relId = 50820, dbId = 16402}}, rd_rules = 0x0, rd_rulescxt = 0x0, trigdesc = 0x0, 
  rd_rsdesc = 0x0, rd_fkeylist = 0x0, rd_fkeyvalid = false, rd_partkeycxt = 0x0, rd_partkey = 0x0, rd_pdcxt = 0x0, 
  rd_partdesc = 0x0, rd_partcheck = 0x0, rd_indexlist = 0x7fad0df12820, rd_oidindex = 0, rd_pkindex = 0, 
  rd_replidindex = 0, rd_statlist = 0x0, rd_indexattr = 0x0, rd_projindexattr = 0x0, rd_keyattr = 0x0, rd_pkattr = 0x0, 
  rd_idattr = 0x0, rd_projidx = 0x0, rd_pubactions = 0x0, rd_options = 0x0, rd_index = 0x0, rd_indextuple = 0x0, 
  rd_amhandler = 0, rd_indexcxt = 0x0, rd_amroutine = 0x0, rd_opfamily = 0x0, rd_opcintype = 0x0, rd_support = 0x0, 
  rd_supportinfo = 0x0, rd_indoption = 0x0, rd_indexprs = 0x0, rd_indpred = 0x0, rd_exclops = 0x0, rd_exclprocs = 0x0, 
  rd_exclstrats = 0x0, rd_amcache = 0x0, rd_indcollation = 0x0, rd_fdwroutine = 0x0, rd_toastoid = 0, 
  pgstat_info = 0x20785f0}
(gdb)

1.初始化相关变量
2.如存在本地map,则首先使用该文件,调用fsm_local_search
3.如果没有本地map也没有FSM,创建本地map,然后调用fsm_local_search
4.使用FSM搜索
4.1获取FSM中原page可用空间对应的catalog —> 0
4.2根据所需空间大小,获取FSM中相应的catalog —> 1

(gdb) n
153     int         search_cat = fsm_space_needed_to_cat(spaceNeeded);
(gdb) 
159     addr = fsm_get_location(oldPage, &slot);
(gdb) p old_cat
$1 = 0
(gdb) p search_cat
$2 = 1
(gdb)

4.3根据原页面,获取heap block所在的位置(FSMAddress)

(gdb) n
161     search_slot = fsm_set_and_search(rel, addr, slot, old_cat, search_cat);
(gdb) p addr
$3 = {level = 0, logpageno = 0}
(gdb)

4.4检索获取目标slot

(gdb) n
167     if (search_slot != -1)
(gdb) p search_slot
$4 = 4
(gdb)

4.5如目标slot合法,则获取相应的block,否则使用fsm_search搜索合适的block

(gdb) n
168         return fsm_get_heap_blk(addr, search_slot);
(gdb) 
171 }
(gdb) 
RelationGetBufferForTuple (relation=0x7fad0df13788, len=32, otherBuffer=0, options=0, bistate=0x0, vmbuffer=0x7ffe1b797dcc, 
    vmbuffer_other=0x0) at hio.c:397
397     while (targetBlock != InvalidBlockNumber)
(gdb) p targetBlock
$6 = 4
(gdb)

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