Postgresql源码（68）virtualxid锁的原理和应用场景

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0 总结速查

事务的vxid.localTransactionId并不会变，只在begin时申请一次，也就是一个事务共享一个localTransactionId。事务内的fpVXIDLock一直是true状态，直到换成LWLock。
fpVXIDLock是fast-path锁，真正需要等锁时会把fpVXIDLock换成LWLock去等锁，换锁&加锁逻辑在VirtualXactLock函数中封装好了。
在查看锁表时，每个会话都会有申请vxid，在事务启动时申请一次。
在查看锁表时，如果发现vxid锁未granted，他等待的就是virtualtransaction列的vxid，或者用pg_blocking_pid也可以查询在等谁。

1 前言

我们在空载数据库上查询pg_locks：

第一行很明显是需要查询pg_locks视图，所以加了AccessShareLock锁。
第二行就是本文要讨论的重点，为什么PG每次查询都要加一个virtualxid锁，virtualxid是在哪里加的？

2 virtualxid加锁位置

回到vxid的获取位置：

代码语言：javascript复制

#0  VirtualXactLockTableInsert (vxid=...) at lock.c:4477
#1  0x0000000000583157 in StartTransaction () at xact.c:2019
#2  0x0000000000583f43 in StartTransactionCommand () at xact.c:2870
#3  0x0000000000978c12 in start_xact_command () at postgres.c:2689
#4  0x0000000000976393 in exec_simple_query (query_string=0x2d65500 "select 1;") at postgres.c:989
#5  0x000000000097acbd in PostgresMain (a) at postgres.c:4494
#6  0x00000000008b6eb2 in BackendRun (port=0x2d86a60) at postmaster.c:4530
#7  0x00000000008b6831 in BackendStartup (port=0x2d86a60) at postmaster.c:4252
#8  0x00000000008b2ca9 in ServerLoop () at postmaster.c:1745
#9  0x00000000008b257b in PostmasterMain (argc=1, argv=0x2d5f0e0) at postmaster.c:1417
#10 0x00000000007b4df7 in main (argc=1, argv=0x2d5f0e0) at main.c:209

在函数VirtualXactLockTableInsert中：

代码语言：javascript复制

void
VirtualXactLockTableInsert(VirtualTransactionId vxid)
{
	//【1】
	LWLockAcquire(&MyProc->fpInfoLock, LW_EXCLUSIVE);
	//【2】
	MyProc->fpVXIDLock = true;
	//【3】
	MyProc->fpLocalTransactionId = vxid.localTransactionId;
	//【4】
	LWLockRelease(&MyProc->fpInfoLock);
	//【5】
}

在位置【1】查询pg_locks的结果：为空

在位置【2】、【3】、【4】查询pg_locks是会卡住（pg_locks视图对应pg_lock_status()函数，函数会遍历PGPROC拿fpInfoLock，所以会发生等锁）；
在位置【5】查询pg_locks：出现virtualxid排他锁

所以我们看到的virtualxid排他锁，其实是MyProc->fpVXIDLock = true的结果，注意没有LWLock。

2 virtualxid的组成

代码语言：javascript复制

typedef struct
{
	BackendId	backendId;		/* backendId from PGPROC */
	LocalTransactionId localTransactionId;	/* lxid from PGPROC */
} VirtualTransactionId;

从上面分析来看，virtualxid加锁的同时也更新了MyProc->fpLocalTransactionId的值，这个值记录的是本地事务ID：LocalTransactionId，直观上可以理解为当前会话的命令ID，随着命令执行 1递增。

LocalTransactionId的获取位置：启动任意一个会话后，后台私有内存会创建一个本地事务ID计数器：

代码语言：javascript复制

LocalTransactionId
GetNextLocalTransactionId(void)
{
	LocalTransactionId result;

	/* loop to avoid returning InvalidLocalTransactionId at wraparound */
	do
	{
		result = nextLocalTransactionId  ;
	} while (!LocalTransactionIdIsValid(result));

	return result;
}

每次本地会话启动一个事务，都会在StartTransaction中调用GetNextLocalTransactionId拿到一个本地事务ID，并将nextLocalTransactionId 。

注意：

事务的vxid.localTransactionId并不会变，只在begin时申请一次！也就是一个事务共享一个localTransactionId。
事务内的fpVXIDLock一直是true状态。

3 virtualxid没有lwlock如何发生锁竞争？

例如创建索引场景，需要等待表上的写事务结束.

场景：

session1删除表一半数据，vxid={3,21}，事务未提交。
session2创建索引卡住，等待session事务结束。

session2等锁发生过程分析：

【1】找到需要等待的会话的vxid={3,21}

代码语言：javascript复制

(gdb) p *lockholders
$8 = {backendId = 3, localTransactionId = 21}

【2】调用VirtualXactLock(*lockholders, true)等待vxid={3,21}，现在锁表中可以看到：建索引本身的vxid4/46，建索引需要等老事务结束，所以用vxid等另外一个会话结束，可以看到最后一行在请求别人的vxid3/21。

【3】VirtualXactLock函数进入后，找到vxid={3,21}的PROC，将假锁proc->fpVXIDLock换成真锁lwlock。（假锁无法使用LWLock机制等锁）

代码语言：javascript复制

	if (proc->fpVXIDLock)
	{
		PROCLOCK   *proclock;
		uint32		hashcode;
		LWLock	   *partitionLock;

		hashcode = LockTagHashCode(&tag);

		partitionLock = LockHashPartitionLock(hashcode);
		LWLockAcquire(partitionLock, LW_EXCLUSIVE);

		proclock = SetupLockInTable(LockMethods[DEFAULT_LOCKMETHOD], proc,
									&tag, hashcode, ExclusiveLock);
		...
		GrantLock(proclock->tag.myLock, proclock, ExclusiveLock);

		LWLockRelease(partitionLock);

		proc->fpVXIDLock = false;
	}

如果proc->fpVXIDLock == true，用vxid = {3,21}申请tag = {locktag_field1 = 3, locktag_field2 = 21}。
【SetupLockInTable】在共享内存索引哈希表（LockMethodLockHash）中查询tag是否存在，如果没有创建出来。
【SetupLockInTable】查到了直接用传入的ExclusiveLock把LWLock锁上。
释放假锁proc->fpVXIDLock == true，现在锁表中已经有一把tag = {locktag_field1 = 3, locktag_field2 = 21}的LWLock了，不再需要fastpath锁fpVXIDLock。

【4】开始等3/21结束

代码语言：javascript复制

	/* Time to wait. */
	(void) LockAcquire(&tag, ShareLock, false, false);
	LockRelease(&tag, ShareLock, false);

4 virtualxid应用场景

目前只发现这两处用法：

除了上述创建索引的场景，并行创建索引的第三阶段也用到了VirtualXactLock来等待老快照的结束。
热备读写冲突时，如果默认超时30秒，会把读会话kill掉继续做日志，这个kill的机制也是用vxid来实现的。

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