事务机制源码解析| 锁机制（6）
5.3.6 基于鲲鹏服务器的性能优化
本章着重介绍openGauss基于硬件结构的锁相关的函数及结构体的性能优化。
1. WAL Group inset优化
数据库redo日志缓存系统指的是数据库redo日志持久化的写缓存，数据库redo日志落盘之前会写入到日志缓存中再写到磁盘进行持久化。日志缓存的写入效率是决定数据库整体吞吐量的主要因素，而各个线程之间写日志时为了保证日志顺序写存在锁争抢，锁的争抢就成为了性能的主要瓶颈点。openGauss针对鲲鹏服务器ARM CPU的特点，通过group的方式进行日志的插入，减少锁的争抢，提升WAL日志的插入效率，从而提升整个数据库的吞吐性能。group的方式主要流程如图5-20所示。
图5-20 group的方式日志插入
（1） 不需要所有线程都竞争锁。
（2） 在同一时间窗口所有线程在争抢锁之前先加入到一个group中，第一个加入group的线程作为leader。通过CAS原子操作来实现队列的管理。
（3） leader线程代表整个group去争抢锁。group中的其他线程（follower）开始睡眠，等待leader唤醒。
（4） 争抢到锁后，leader线程将group里的所有线程想要插入的日志遍历一遍得到需要空间总大小。leader线程只执行一次reserve space操作。
（5） leader线程将group中所有线程想要写入的日志都写入到日志缓冲区中。
（6） 释放锁，唤醒所有follower线程。
（7） follower线程由于需要写入的日志已经被leader写入，不需要再争抢锁，直接进入后续流程。
关键函数代码如下：
{
…/* 初始化变量以及简单校验 */
START_CRIT_SECTION(); /* 开启临界区 */
proc->xlogGroupMember = true;
…
proc->xlogGroupDoPageWrites = &t_thrd.xlog_cxt.doPageWrites;
nextidx = pg_atomic_read_u32(&t_thrd.shemem_ptr_cxt.LocalGroupWALInsertLocks[groupnum].l.xlogGroupFirst);
while (true) {
pg_atomic_write_u32(&proc->xlogGroupNext, nextidx); /* 将上一个成员记录到proc结构体中 */
/* 防止ARM乱序：保证所有前面的写操作都可见 */
pg_write_barrier();
if (pg_atomic_compare_exchange_u32(&t_thrd.shemem_ptr_cxt.LocalGroupWALInsertLocks[groupnum].l.xlogGroupFirst,
&nextidx,
(uint32)proc->pgprocno)) {
break;
} /* 这一步原子操作获取上一个成员的proc no，如果是invalid，说明是leader。 */
}
/* 非leader成员不去获取WAL Insert锁，仅仅进行等待，直到被leader唤醒 */
if (nextidx != INVALID_PGPROCNO) {
int extraWaits = 0;
for (;;) {
/* 充当读屏障 */
PGSemaphoreLock(&proc->sem, false);
/* 充当读屏障 */
pg_memory_barrier();
if (!proc->xlogGroupMember) {
break;
}
extraWaits++;
}
while (extraWaits-- > 0) {
PGSemaphoreUnlock(&proc->sem);
}
END_CRIT_SECTION();
return proc->xlogGroupReturntRecPtr;
}
/* leader成员持有锁 */
WALInsertLockAcquire();
/* 计算每个成员线程的xlog record size */
…
/* leader线程将所有成员线程的xlog record插入到缓冲区 */
while (nextidx != INVALID_PGPROCNO) {
localProc = g_instance.proc_base_all_procs[nextidx];
if (unlikely(localProc->xlogGroupIsFPW)) {
nextidx = pg_atomic_read_u32(&localProc->xlogGroupNext);
localProc->xlogGroupIsFPW = false;
continue;
}
XLogInsertRecordNolock(localProc->xlogGrouprdata,
localProc,
XLogBytePosToRecPtr(StartBytePos),
XLogBytePosToEndRecPtr(
StartBytePos + MAXALIGN(((XLogRecord*)(localProc->xlogGrouprdata->data))->xl_tot_len)),
XLogBytePosToRecPtr(PrevBytePos));
PrevBytePos = StartBytePos;
StartBytePos += MAXALIGN(((XLogRecord*)(localProc->xlogGrouprdata->data))->xl_tot_len);
nextidx = pg_atomic_read_u32(&localProc->xlogGroupNext);
}
WALInsertLockRelease(); /* 完成工作放锁并唤醒所有成员线程 */
while (wakeidx != INVALID_PGPROCNO) {
PGPROC* proc = g_instance.proc_base_all_procs[wakeidx];
wakeidx = pg_atomic_read_u32(&proc->xlogGroupNext);
pg_atomic_write_u32(&proc->xlogGroupNext, INVALID_PGPROCNO);
proc->xlogGroupMember = false;
pg_memory_barrier();
if (proc != t_thrd.proc) {
PGSemaphoreUnlock(&proc->sem);
}
}
END_CRIT_SECTION();
return proc->xlogGroupReturntRecPtr;
}
