GaussDB(DWS) 集群通信：详解 pooler 连接池

2024-03-11
广东
本文字数：3658 字
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本文分享自华为云社区《GaussDB(DWS) 集群通信系列一：pooler连接池》，作者：半岛里有个小铁盒。

1.前言

适用版本：【8.1.0(及以上)】

GaussDB(DWS) 为 MPP 型分布式数据库，使用 Share Nothing 架构，数据分散存储在各个 DN 节点，而 CN 不存储数据，作为接收查询的入口，生成的计划会尽量下推到 DN 并行执行以提升性能，此过程中会产生大量的建连操作，使得通信开销变得很大。因此在大数据时代，集群规模越来越大，业务并发越来越高，数据库集群各节点间的通信压力也越来越大。GaussDB(DWS)集群通信技术，在大规模集群中可以承载高并发业务，能够实现高性能分布式通信系统。

2.背景

GaussDB(DWS) 中客户端执行查询流程如上图所示，其中具体的如下：

客户端向 CN 的监听端口发起连接；
CN postmaster 主线程 accept 连接，创建 postgres 线程并将连接交给此线程处理；
客户端下发 query 到 CN；
CN 的 postgres 线程将查询计划下发给其他 CN/DN，查询结果沿原路径返回到客户端；
客户端查询结束，关闭连接；
CN 上对应的 postgres 线程销毁退出；

CN 与 DN 建连立流程，和客户端与 CN 建连立流程基本相同。因此为了减少 CN 与 DN 建立连接，以及 DN 进程中 postgres 线程创建、销毁的开销，CN 端实现了 Pooler 连接池。

3.Pooler 连接池

如上图所示，CN 的 pooler 连接池中会保存与其他 CN/DN 的连接，每一个连接在对端会对应一个 postgres 工作线程。

postgres 工作线程是带状态属性的，如 database，所以可以认为 pooler 连接池中的连接也是带属性的。不同属性间的连接是不能复用的，如上图所示，按不同属性切分为 pool A/B/C 等连接池。每个连接池中会存有连接往不同节点的空闲连接的数组，提供接口给外部使用或放入连接。

CN 上的 postgres 工作线程在需要连接其他节点时，会创建一个本地 agent，尝试从 pooler 连接池取跟本线程相同属性的空闲连接，pooler 如果没有空闲连接，就会新建一个连接。连接交给 agent 后，可以视为线程私有。在线程退出时，agent 才会将连接还给 pooler。

接下来，我们从数据结构上来看看 Pooler 连接池实现原理：

空闲连接池

DatabasePool

/* All pools for specified database */typedef struct databasepool{    char    *database;    char    *user_name;    char    *pgoptions; /* Connection options */    HTAB    *nodePools; /* Hashtable of PGXCNodePool, one entry for each node */    MemoryContext mcxt;    struct databasepool *next; /* Reference to next to organize linked list */} DatabasePool;
DatabasePool *databasePools = NULL;

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进程级别数据结构

DatabasePool 用于存储空闲连接，根据 database，user_name，pgoptions 三者来确定如果通过三者查找到了，那么就取其中对应的 nodePools，找不到则新加

nodePools 中对应的数据结构为 PGXCNodePool，用于存储本节点与其他每个 cn/dn 的连接，具体的保存如下

cn1[0,1,2,3,4,…]

dn1[0,1,2,3,4,…]

NodePool

typedef struct NodePool{    Oid nodeoid; /* Hash key (must be first!) */    bool valid;    ArrayLockFreeQueue pool;} PGXCNodePool;

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进程级别数据结构

连接到某一节点的空闲连接的集合，通过无锁队列（数组）实现从这里拿到对应的连接，直接复用

正在使用连接池

AgentPool

typedef struct{    ArrayLockFreeQueue pool;    AgentSlot* slots;}AgentPool;

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进程级别的数据结构

存放一个进程中的所有的连接

其中 slots 为一个数组，表明一个槽位，与 pool 为一一对应的状态用于保存所有线程持有的连接，即 poolAgent 数据结构

AgentSlot

typedef struct{    int index;    volatile AgentStatus status;    PoolAgent* agent;}AgentSlot;

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进程级别数据结构

存放进程中的某一个连接

index 与 AgentPool->pool 相关联

status 状态为，标识该连接是否正在使用/空闲/持有

agent 中为某个线程的信息（也就是每个 session），都是在全局数组 poolAgents 中保存的

PoolAgent

typedef struct{    /* Agent members */    ThreadId        pid;    DatabasePool*   pool;    int             index;
    /* param members */     char*           user_name;    char*           pgoptions;    char*           paramsStr;    char*           localParams;   /* params temporarily saved before commit */    char*           tempNamespace; /* temp namespace name of session */    List*           paramsList;    /* save session params, for build paramsStr */    int             paramsReady;    /* param is set, need rebuild paramsStr */
    /* Connection members */    int             dnNum;    int             cnNum;    PoolSlot**      dnConn;    PoolSlot**      cnConn;    NodeConnDef*    cnDef;    NodeConnDef*    dnDef;
    /* handles members */    NodeHandle** dnHandles;    NodeHandle** cnHandles;    int dnUsed;    int cnUsed;} PoolAgent;

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对于每起一个线程 session（即连接），都会有一个 PoolAgent 与之对应，即从 DatabasePool->NodePool->pool 取出来的连接

cnDef、dnDef：初始化时从 pgxc_node 中拿到，即 cn 定义、端口、ip
(session 级别)dnConn、cnConn：从 databasePools->nodePools-> pool 拿真正对应的连接
(query 级别)dnHandles、cnHandles：从 dnConn、cnConn 里边 dop 出来使用，确保两者是一一对应的状态，当 query 结束时，只需要 close handles 就行，cnConn 不需要 close

Pooler 连接池具体的复用流程如下：

session 需要连接时，通过 DB+USER 为 key 找到正确的 pooler 连接池，优先从中取走现有连接，如果连接池中没有连接的话，则新建连接；
query 结束后，CN 的 postgres 线程并不会归还连接，连接可以用于当前 session 的下一个查询；
session 结束后，CN 的 postgres 线程会将连接还到对应的 pooler，连接对应的 DN 上的 postgres 线程并不会退出，处于 ReadCommand 中，等待复用后 CN 新的 postgres 线程发起任务；

4.Pooler 连接池相关的视图

pg_pooler_status 视图

pg_pooler_status 视图记录了 pooler 连接池中的所有连接信息，每一行表示本 CN 发起的一个连接，对应对端进程的一个 postgres 线程

postgres=# select * from pg_pooler_status; database | user_name | tid |  node_oid  |  node_name   | in_use | node_port | fdsock |   remote_pid    | session_params----------+-----------+-----+------------+--------------+--------+-----------+--------+-----------------+---------------- postgres |   user1   |     | 2147483650 | datanode1    | f      |     37110 |     94 | 140259241618584 | none postgres |   user1   |     | 2147483650 | datanode1    | f      |     37110 |    101 | 140259241619432 | none postgres |   user1   |     | 2147483650 | datanode1    | f      |     37110 |     91 | 140259241618160 | none postgres |   user1   |     | 2147483650 | datanode1    | f      |     37110 |     95 | 140259241619008 | none postgres |   user1   |     | 2147483650 | datanode1    | f      |     37110 |     59 | 140259241562192 | none postgres |   user1   |     | 2147483650 | datanode1    | f      |     37110 |    106 | 140259241619856 | none postgres |   user1   |     | 2147483650 | datanode1    | f      |     37110 |    108 | 140259241620280 | none postgres |   user1   |     | 2147483650 | datanode1    | f      |     37110 |    117 | 140259241621128 | none postgres |   user1   |     | 2147483650 | datanode1    | f      |     37110 |    114 | 140259241620704 | none

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in_use 为‘t’表示这个连接正在某线程使用，为‘f’表示空闲连接等待复用
tid 列为本 CN 的持有此连接的线程号
node_name 列为对端进程号，remote_pid 列为对端线线程号
在 query_id 为 0 或 CN/DN 不一致时，通过 pooler 视图查找 CN 与 DN 连接关系

一般 pooler 连接池中的连接会非常多，可以按不同字段 group by 查看某个 db pool 池中的连接情况，或连往某个 node 的连接情况，如：

select database,user_name,node_name,in_use,count(*) from pg_pooler_status group by 1, 2, 3 ,4 order by 5 desc limit 50;

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5.Pooler 连接清理

清理 Session 持有的连接

cache_connection，是否使用 pooler 连接池缓存连接，默认开
session_timeout，客户端连接空闲超时后报错退出归还连接
enable_force_reuse_connections，事务结束后强制归还连接
conn_recycle_timeout（8.2.1），CN 空闲 session 超时后归还连接

Pooler 空闲连接池中的连接

pg_clean_free_conn 视图/函数，清理 1/4 的空闲连接池连接，CM 定期调用
CLEAN CONNECTION 语法，清理对应 DB 或 user 的所有空闲连接 clean connection to all for database postgres to USER user1;

6.总结

本文详细介绍了 Libcomm 通信库及其原理，让我们更好的理解 GaussDB(DWS)集群通信中的具体逻辑，对于 GaussDB 通信运维也具备一定的参考意义。

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/f7917a86bf3796035d927a669】。文章转载请联系作者。

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GaussDB(DWS) 集群通信：详解 pooler 连接池

1.前言

2.背景

3.Pooler 连接池

空闲连接池

正在使用连接池

4.Pooler 连接池相关的视图

pg_pooler_status 视图

5.Pooler 连接清理

清理 Session 持有的连接

Pooler 空闲连接池中的连接

6.总结

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