PostgreSQL数据库锁机制——LWLock

小鱼儿 2022-09-12 09:53 207阅读 0赞

LWLock（轻量级锁）主要提供**对共享存储器的数据结构的互斥访问**。LWLock有两种锁模式，一种为**排他模式**，另一种为**共享模式**。轻量级锁不提供死锁检测，但轻量级锁管理器在elog恢复期间被自动释放，所以持有轻量级锁的期间调用elog发出错误消息不会出现轻量级锁未释放的问题。

LWLock（轻量级锁）利用SpinLock实现，当没有锁的竞争时可以很快获得或释放LWLock。当一个进程阻塞在一个轻量级锁上时，相当于阻塞在一个信号量上，所以不会消耗CPU时间，等待的进程将会以先来后到的顺序被授予锁。

有等待队列 无死锁检测 能自动释放锁

## 数据结构 ##

原版PG 8.4.1

typedef struct LwLock{ 
      slock_t mutex;  // 保护LwLock和进程队列
      bool releaseOK;
      char exclusive;  //0或1，持有排他LWLock锁的后端数目
      int shared;      //持有共享LWLock锁的后端数目（0..MaxBackends）
      PROC *head;      //进程等待队列的头
      PROC *tail;      //进程等待队列的尾，当头为空时，尾不确定
    }

LWLock（轻量级锁）利用SpinLock实现，使用SpinLock对数据结构的mutex互斥量加/解锁即可实现对一个LWLock的互斥访问。LWLock有两种锁模式，一种为**排他模式**，另一种为**共享模式**。通过数据结构的exclusive和shared可以区分。系统用一个全局数组LWLockArray管理所有的LWLock。在PG中，有29个LWLock被系统默认使用（如OidGenLock、WALInsertLock、CheckpointLock等）。系统初始化LWLockArray时，为LWLockArray多分配了2个整型的空间，一个用来存储已分配的LWLock数量，另一个用来记录可分配的LWLock总数。  
原版PG 12.6

typedef struct LWLock{ 
    	uint16		tranche;		/* tranche ID */
    	pg_atomic_uint32 state;		/* state of exclusive/nonexclusive lockers */
    	proclist_head waiters;		/* list of waiting PGPROCs */
    #ifdef LOCK_DEBUG
    	pg_atomic_uint32 nwaiters;	/* number of waiters */
    	struct PGPROC *owner;		/* last exclusive owner of the lock */
    #endif
    } LWLock;

## 主要操作 ##

Postmaster启动后需要在共享内存空间中为LWLock和tranche分配空间，计算LWLock数量的操作定义在函数LWLockShmemSize中。

shared lock tables被分区的数量NUM\_LOCK\_PARTITIONS（32），hared predicate lock tables被分区的数量NUM\_PREDICATELOCK\_PARTITIONS（32）。  
NUM\_FIXED\_LWLOCKS等于(LOCK\_MANAGER\_LWLOCK\_OFFSET + NUM\_LOCK\_PARTITIONS)+NUM\_PREDICATELOCK\_PARTITIONS，也就是等于(BUFFER\_MAPPING\_LWLOCK\_OFFSET + NUM\_BUFFER\_PARTITIONS)+32+32，也就是等于NUM\_INDIVIDUAL\_LWLOCKS+128+32+32，也就是等于48+128+32+32

#define NUM_INDIVIDUAL_LWLOCKS 48
    /* Number of partitions of the shared buffer mapping hashtable */
    #define NUM_BUFFER_PARTITIONS 128
    /* Number of partitions the shared lock tables are divided into */
    #define LOG2_NUM_LOCK_PARTITIONS 4
    #define NUM_LOCK_PARTITIONS (1 << LOG2_NUM_LOCK_PARTITIONS),
    /* Number of partitions the shared predicate lock tables are divided into */
    #define LOG2_NUM_PREDICATELOCK_PARTITIONS 4
    #define NUM_PREDICATELOCK_PARTITIONS (1 << LOG2_NUM_PREDICATELOCK_PARTITIONS)
    /* Offsets for various chunks of preallocated lwlocks. */
    #define BUFFER_MAPPING_LWLOCK_OFFSET NUM_INDIVIDUAL_LWLOCKS
    #define LOCK_MANAGER_LWLOCK_OFFSET (BUFFER_MAPPING_LWLOCK_OFFSET + NUM_BUFFER_PARTITIONS)
    #define PREDICATELOCK_MANAGER_LWLOCK_OFFSET (LOCK_MANAGER_LWLOCK_OFFSET + NUM_LOCK_PARTITIONS)
    #define NUM_FIXED_LWLOCKS (PREDICATELOCK_MANAGER_LWLOCK_OFFSET + NUM_PREDICATELOCK_PARTITIONS)

/* Compute shmem space needed for LWLocks and named tranches. */
    Size LWLockShmemSize(void) { 
    	Size		size;
    	int			i;
    	int			numLocks = NUM_FIXED_LWLOCKS;
    	numLocks += NumLWLocksByNamedTranches();
    	/* Space for the LWLock array. */
    	size = mul_size(numLocks, sizeof(LWLockPadded));
    	/* Space for dynamic allocation counter, plus room for alignment. */
    	size = add_size(size, sizeof(int) + LWLOCK_PADDED_SIZE);
    	/* space for named tranches. */
    	size = add_size(size, mul_size(NamedLWLockTrancheRequests, sizeof(NamedLWLockTranche)));
    	/* space for name of each tranche. */
    	for (i = 0; i < NamedLWLockTrancheRequests; i++)
    		size = add_size(size, strlen(NamedLWLockTrancheRequestArray[i].tranche_name) + 1);
    	/* Disallow named LWLocks' requests after startup */
    	lock_named_request_allowed = false;
    	return size;
    }
    
    /* Compute number of LWLocks required by named tranches. These will be allocated in the main array. */
    static int NumLWLocksByNamedTranches(void) { 
    	int			numLocks = 0;
    	int			i;
    	for (i = 0; i < NamedLWLockTrancheRequests; i++)
    		numLocks += NamedLWLockTrancheRequestArray[i].num_lwlocks;
    	return numLocks;
    }

[带你了解Greenplum的锁管理机制][Greenplum]

[Greenplum]: https://blog.csdn.net/gp_community/article/details/108284024

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