RDS PostgreSQL通用云盘IO加速功能介绍 - 云数据库 RDS

当您需要应对数据库磁盘IO性能瓶颈时，云数据库RDS PostgreSQL的通用云盘IO加速功能为您提供了一个高效的解决方案。本文档将详细介绍该技术的优势、适用场景和工作原理，帮助您在面临大规模或频繁数据读写需求时显著提升数据库性能。

背景

RDS PostgreSQL在数据处理过程中，数据会从磁盘读取到内存，在内存中处理完成后，数据再从内存写入到磁盘中。与内存操作相比，磁盘IO操作运行速度较慢，将会消耗更多的时间。当业务出现大规模数据读写或频繁数据读写请求时，磁盘IO操作可能成为数据库系统的瓶颈。

因此，阿里云数据库RDS PostgreSQL推出新的存储类型——通用云盘。在兼容ESSD云盘所有特性的基础上，通用云盘采用三级存储架构对不同类型的数据进行分级管理，并且引入了IO加速功能，以提升RDS PostgreSQL实例的QPS性能。更多信息，请参见通用云盘。

功能介绍

IO加速功能对应通用云盘三级存储架构中的缓存层，主要是通过高速缓存介质来提升数据库的读写性能，以提高SQL查询处理的速度。针对临时表和查询产生的临时文件，RDS PostgreSQL的IO加速能力允许将这些临时数据存储到高速的缓存介质中，使得数据库引擎对这些临时数据的读写IO更快，大大加快查询的处理，在复杂查询场景下可提高100%查询性能。

价值效益

RDS PostgreSQL实例开启IO加速功能后，目前无需支付任何额外费用。您可以在无任何成本变化和业务改动的情况下，在适用场景下大幅度提升数据库的QPS性能。具体适用场景，请详见适用场景。

适用场景

下列是一些IO加速功能适用的业务场景：

排序、分组聚合、联合等产生临时结果的复杂操作
使用CTE通用表达式的递归查询
无法使用适当索引的复杂查询
对大表或多个表的分析型查询
其他使用临时表的工作负载

支持范围

满足以下条件的RDS PostgreSQL实例支持该功能：

计费方式：包年包月或按量付费
实例大版本：PostgreSQL 11或以上
内核小版本：20231030或以上
产品系列：高可用系列
产品类型：标准版
存储类型：通用云盘
实例规格族：通用型
实例所在地域及可用区：
地域
可用区
西南1（成都）
可用区B
华北2（北京）
可用区I
华东2（上海）
可用区M
可用区N
华东1（杭州）
可用区J
说明
在售卖页面开启IO加速功能后，可在主可用区及网络处查看是否支持。

技术原理

Cache Disk表示高速缓存介质，是一种读写性能介于内存和通用云盘之间的存储介质，其读写性能要优于通用云盘，因此非常适合作为数据库中临时数据的缓存盘。
RDS PostgreSQL数据库服务端收到用户的SQL查询后，由查询执行器对查询进行处理，其根据查询要访问的数据所在的表空间决定数据存储的位置。
- 在未开启IO加速功能时，所有数据只能存储在云盘上。
- 开启IO加速功能后：
  - 如访问的是非临时数据（正常的表、视图等数据），则还是从云盘读取数据到内存中进行处理；
  - 如访问的是临时数据（临时表、临时文件等数据），则从高速缓存盘读写数据。

具体而言，实例创建的临时表等临时对象（不显式指定表空间）和在查询执行过程中产生的临时文件都将被存储到高速缓存介质中，从而提升数据库对这些临时数据的读写，在一定时间内可以执行处理更多的查询。

说明

RDS PostgreSQL是通过表空间来设置数据库对象的存储位置，以实现数据的冷热分离，因此我们使用表空间rds_temp_tablespace来抽象其背后的高速缓存介质。您可以在开启IO加速的实例中看到该表空间。而使用该表空间还需要您正确设置数据库参数temp_tablespaces，具体详见开启IO加速。

注意事项

高速缓存介质仅用于存储临时缓存数据，RDS PostgreSQL不保证存储在表空间rds_temp_tablespace的数据的持久性，当实例发生变配等迁移动作后，这些数据会丢失，所以请勿将非临时表等数据对象的表空间设置为该表空间。
RDS PostgreSQL开启IO加速功能后，会根据不同实例规格提供一定容量的高速缓存空间，当该空间写满时，会报错No space left on device，该问题不影响非临时数据的相关SQL执行。
开启或关闭IO加速功能后，实例约有30秒不可用，建议在业务低峰期执行功能的开启和关闭操作。

开启IO加速

打开IO加速开关。
RDS PostgreSQL支持在购买新实例时打开IO加速开关，也支持对满足支持范围的已有实例打开IO加速开关。
- 购买新实例时打开IO加速开关
  您可以在购买实例时，选择满足支持范围的参数后，开启IO加速功能：
- 满足支持范围的已有实例打开IO加速开关
  1. 访问RDS实例列表，在上方选择地域，然后单击目标实例ID。
  2. 在基本信息区域，单击存储类型后的通用云盘开关设置，在弹出的对话框中，打开IO加速开关。
修改数据库参数。
当实例打开IO加速开关后，RDS PostgreSQL会生成一个名为rds_temp_tablespace的表空间，其背后使用的存储介质是支持IO加速的高速缓存介质。使用该表空间作为默认的临时表空间，您还需要将数据库参数temp_tablespaces设置为rds_temp_tablespace。参数设置请详见设置实例参数。
说明
- 您可以执行以下的SET语句在会话级别设置该参数：
```
SET temp_tablespace TO 'rds_temp_tablespace';
```
- 您可以将参数temp_tablespaces设置为''，切换回云盘存储。

使用缓存加速功能。

开启IO加速开关并修改数据库参数后，您就可以在创建临时表时，默认使用rds_temp_tablespace表空间。

连接RDS PostgreSQL实例。

创建测试表。

-- 创建非临时表test_table
CREATE TABLE test_table (di INT);

-- 创建临时表test_temp_table
CREATE TEMPORARY TABLE test_temp_table (id INT);

查询测试表的表空间。

SELECT
    c.relname AS table_name,
    COALESCE(t.spcname, 'pg_default') AS tablespace_name
FROM
    pg_class c
JOIN
    pg_namespace n ON c.relnamespace = n.oid
LEFT JOIN
    pg_tablespace t ON c.reltablespace = t.oid
WHERE
    c.relkind = 'r'
    AND c.relname IN ('test_table', 'test_temp_table');

返回结果示例：

   table_name    |   tablespace_name
-----------------+---------------------
 test_table      | pg_default
 test_temp_table | rds_temp_tablespace
(2 rows)

常见问题

Q：SQL执行时，报错ERROR: could not write to file "pg_tblspc/xxxx": No space left on device，如何处理？

A：该报错是由于高速缓存介质的表空间rds_temp_tablespace已满造成的，您可以结束当前会话（RDS PostgreSQL内核将自动清理临时文件回收空间），重连实例后再次尝试之前失败的SQL语句。

说明

如问题仍未解决，您可以修改参数temp_tablespaces的取值为''，切换回云盘存储。

云数据库 RDS：RDS PostgreSQL通用云盘IO加速

背景