一文读懂autoanalyze使用【这次高斯不是数学家】

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leapdb 发表于 2022/05/24 12:05:49 2022/05/24
【摘要】 analyze执行的是否及时，在一定程度上直接决定了SQL执行的快慢。因此，GaussDB(DWS)引入了自动统计信息收集，可以做到让用户不再担心统计信息是否过期。1. 自动收集场景需要进行自动统计信息收集的场景通常有五个：批量DML结束时，增量DML结束时，DDL结束时，查询开始时和后台定时任务。场景语句触发理由是否支持批量DML结束时INSERT,UPDATE,DELETE,UPSERT...

analyze执行的是否及时，在一定程度上直接决定了SQL执行的快慢。因此，GaussDB(DWS)引入了自动统计信息收集，可以做到让用户不再担心统计信息是否过期。


1. 自动收集场景

需要进行自动统计信息收集的场景通常有五个：批量DML结束时，增量DML结束时，DDL结束时，查询开始时和后台定时任务。

场景 语句 触发理由 是否支持
批量DML结束时

INSERT,UPDATE,DELETE,UPSERTCOPY,MERGE

 批量的数据变化导致统计信息失效 不支持。批量变化最需要及时收集统计信息，但为避免并发灌数场景多次重复触发统计信息收集，我们并未支持。
增量DML结束时 INSERT,UPDATE,DELETE,UPSERT 一次变化不大，但多次累积后依然会导致统计信息失效 不支持。增量的变化通常很频繁，每次都去检查是否需要收集统计信息会拖慢DML语句的执行，所以我们并未支持。
DDL语句结束时 TRUNCATE,ALTER PARTITION 批量的数据变化导致统计信息失效 不支持。analzye会给所有分区加锁，扩大加锁范围导致分布式死锁。
查询开始时 SELECT 查询执行前保证统计信息有效 支持。失效的统计信息大概率导致很差的执行计划。通过统计信息收集的代价换来更优的执行计划，通常还是比较合适的。
后台定时任务 autovacuum线程 后台线程定时轮询检查所有表 支持。

所以，为了避免对DML，DDL带来不必要的性能开销和死锁风险，我们选择了在查询开始前触发analzye。


2. 自动收集原理

GaussDB(DWS)在SQL执行过程中，会记录表增删改查相关的运行时统计信息，并在事务提交或回滚后记录到共享的内存种。

这些信息可以通过 “pg_stat_all_tables视图” 查询，也可以通过下面函数进行查询。

pg_stat_get_tuples_inserted   --表累积insert条数
pg_stat_get_tuples_updated    --表累积update条数
pg_stat_get_tuples_deleted    --表累积delete条数
pg_stat_get_tuples_changed    --表自上次analyze以来，修改的条数
pg_stat_get_last_analyze_time --查询最近一次analyze时间

因此，根据共享内存中 "表自上次analyze以来修改过的条数" 是否超过一定阈值，就可以判定是否需要做analyze了。


3. 自动收集阈值

3.1 全局阈值

autovacuum_analyze_threshold #表触发analyze的最小修改量
autovacuum_analyze_scale_factor #表触发analyze时的修改百分比

 当"表自上次analyze以来修改的条数" >= autovacuum_analyze_threshold + 表估算大小 * autovacuum_analyze_scale_factor时，需要自动触发analyze。

3.2 表级阈值

--设置表级阈值
ALTER TABLE item SET (autovacuum_analyze_threshold=50);
ALTER TABLE item SET (autovacuum_analyze_scale_factor=0.1);

--查询阈值
postgres=# select pg_options_to_table(reloptions) from pg_class where relname='item';
          pg_options_to_table          
---------------------------------------
 (autovacuum_analyze_threshold,50)
 (autovacuum_analyze_scale_factor,0.1)
(2 rows)

--重置阈值
ALTER TABLE item RESET (autovacuum_analyze_threshold);
ALTER TABLE item RESET (autovacuum_analyze_scale_factor);

不同表的数据特征不一样，需要触发analyze的阈值可能有不同的需求。表级阈值优先级高于全局阈值。

3.3 查看表的修改量是否超过了阈值（仅当前CN）

  
postgres=# select pg_stat_get_local_analyze_status('t_analyze'::regclass);
 pg_stat_get_local_analyze_status 
----------------------------------
 Analyze not needed
(1 row)

4. 自动收集方式

GaussDB(DWS)提供了三种场景下表的自动分析。

  • 当查询中存在“统计信息完全缺失”或“修改量达到analyze阈值”的表，且执行计划不采取FQS (Fast Query Shipping)执行时，则通过autoanalyze控制此场景下表统计信息的自动收集。此时，查询语句会等待统计信息收集成功后，生成更优的执行计划，再执行原查询语句。
  • 当autovacuum设置为on时，系统会定时启动autovacuum线程，对“修改量达到analyze阈值”的表在后台自动进行统计信息收集。
触发方式 触发条件 触发频率 控制参数 备注
同步 无统计信息 查询时 autoanalyze truncate主表时会清空统计信息
同步 数据修改超阈值 查询时 autoanalyze 先触发analyze, 后选择最优计划
异步 数据修改超阈值 autovacuum线程轮询检查 autovacuum_mode
autovacuum_naptime		 2s等锁超时
5min执行超时


6.冻结统计信息

6.1 冻结表的distinct值

当一个表的distinct总是估算不准，例如：数据扎堆儿重复场景。如果表的distinct值固定，可以通过以下方式冻结表的distinct值。

postgres=# alter table lineitem alter l_orderkey set (n_distinct=0.9);
ALTER TABLE

postgres=# select relname,attname,attoptions from pg_attribute a,pg_class c where c.oid=a.attrelid and attname='l_orderkey';
 relname  |  attname   |    attoptions    
----------+------------+------------------
 lineitem | l_orderkey | {n_distinct=0.9}
(1 row)

postgres=# alter table lineitem alter l_orderkey reset (n_distinct);
ALTER TABLE

postgres=# select relname,attname,attoptions from pg_attribute a,pg_class c where c.oid=a.attrelid and attname='l_orderkey';
 relname  |  attname   | attoptions 
----------+------------+------------
 lineitem | l_orderkey | 
(1 row)

6.2. 冻结表的全部统计信息

如果表的数据特征基本不变，还可以冻结表的统计信息，来避免重复进行analyze。
alter table lineitem set (analyze_mode='backend'); --设置表只做后台线程异步轮询的analyze
alter table lineitem set (analyze_mode='runtime'); --设置表只做前台线程动态采样的analyze
alter table lineitem set (analyze_mode='frozen'); --设置表禁止做所有形式的analyze
alter table lineitem set (analyze_mode='all'); --恢复表analyze模式的默认行为


7. 手动查看表是否需要做analyze
a. 不想在业务高峰期时触发数据库后台任务，所以不愿意打开autovacuum来触发analyze，怎么办？
b. 业务修改了一批表，想立即对这些表马上做一次analyze，又不知道都有哪些表，怎么办？
c. 业务高峰来临前想对临近阈值的表都做一次analyze，怎么办？

我们将autovacuum检查阈值判断是否需要analyze逻辑，抽取成了函数，帮助用户灵活主动的检查哪些表需要做analyze。



7.1 判断表是否需要analyze（串行版，适用于所有历史版本）


-- the function for get all pg_stat_activity information in all CN of current cluster.
CREATE OR REPLACE FUNCTION pg_catalog.pgxc_stat_table_need_analyze(in table_name text)
RETURNS BOOl
AS $$
DECLARE
    row_data record;
    coor_name record;
    fet_active text;
    fetch_coor text;
    relTuples int4;
    changedTuples int4:= 0;
    rel_anl_threshold int4;
    rel_anl_scale_factor float4;
    sys_anl_threshold int4;
    sys_anl_scale_factor float4;
    anl_threshold int4;
    anl_scale_factor float4;
    need_analyze bool := false;
    BEGIN
        --Get all the node names
        fetch_coor := 'SELECT node_name FROM pgxc_node WHERE node_type=''C''';
        FOR coor_name IN EXECUTE(fetch_coor) LOOP 
            fet_active := 'EXECUTE DIRECT ON (' || coor_name.node_name || ') ''SELECT pg_stat_get_tuples_changed(oid) from pg_class where relname = ''''|| table_name ||'''';''';
            FOR row_data IN EXECUTE(fet_active) LOOP 
                changedTuples = changedTuples + row_data.pg_stat_get_tuples_changed;
            END LOOP;
        END LOOP;

        EXECUTE 'select pg_stat_get_live_tuples(oid) from pg_class c where c.oid = '''|| table_name ||'''::REGCLASS;' into relTuples;
        EXECUTE 'show autovacuum_analyze_threshold;' into sys_anl_threshold;
        EXECUTE 'show autovacuum_analyze_scale_factor;' into sys_anl_scale_factor;

        EXECUTE 'select (select option_value from pg_options_to_table(c.reloptions) where option_name = ''autovacuum_analyze_threshold'') as value 
        from pg_class c where c.oid = '''|| table_name ||'''::REGCLASS;' into rel_anl_threshold;

        EXECUTE 'select (select option_value from pg_options_to_table(c.reloptions) where option_name = ''autovacuum_analyze_scale_factor'') as value 
        from pg_class c where c.oid = '''|| table_name ||'''::REGCLASS;' into rel_anl_scale_factor;
        
        --dbms_output.put_line('relTuples='||relTuples||'; sys_anl_threshold='||sys_anl_threshold||'; sys_anl_scale_factor='||sys_anl_scale_factor||'; rel_anl_threshold='||rel_anl_threshold||'; rel_anl_scale_factor='||rel_anl_scale_factor||';');
        if rel_anl_threshold IS NOT NULL then
            anl_threshold = rel_anl_threshold;
        else
            anl_threshold = sys_anl_threshold;
        end if;
        if rel_anl_scale_factor IS NOT NULL then
            anl_scale_factor = rel_anl_scale_factor;
        else
            anl_scale_factor = sys_anl_scale_factor;
        end if;

        if changedTuples > anl_threshold + anl_scale_factor * relTuples then
            need_analyze := true;
        end if;

        return need_analyze;
    END; $$
LANGUAGE 'plpgsql';

7.2 判断表是否需要analyze（并行版，适用于支持并行执行框架的版本）


-- the function for get all pg_stat_activity information in all CN of current cluster.
--SELECT sum(a) FROM pg_catalog.pgxc_parallel_query('cn', 'SELECT 1::int FROM pg_class LIMIT 10') AS (a int); 利用并发执行框架
CREATE OR REPLACE FUNCTION pg_catalog.pgxc_stat_table_need_analyze(in table_name text)
RETURNS BOOl
AS $$
DECLARE
    relTuples int4;
    changedTuples int4:= 0;
    rel_anl_threshold int4;
    rel_anl_scale_factor float4;
    sys_anl_threshold int4;
    sys_anl_scale_factor float4;
    anl_threshold int4;
    anl_scale_factor float4;
    need_analyze bool := false;
    BEGIN
        --Get all the node names
        EXECUTE 'SELECT sum(a) FROM pg_catalog.pgxc_parallel_query(''cn'', ''SELECT pg_stat_get_tuples_changed(oid)::int4 from pg_class where relname = ''''|| table_name ||'''';'') AS (a int4);' into changedTuples;
        EXECUTE 'select pg_stat_get_live_tuples(oid) from pg_class c where c.oid = '''|| table_name ||'''::REGCLASS;' into relTuples;

        EXECUTE 'show autovacuum_analyze_threshold;' into sys_anl_threshold;
        EXECUTE 'show autovacuum_analyze_scale_factor;' into sys_anl_scale_factor;

        EXECUTE 'select (select option_value from pg_options_to_table(c.reloptions) where option_name = ''autovacuum_analyze_threshold'') as value 
        from pg_class c where c.oid = '''|| table_name ||'''::REGCLASS;' into rel_anl_threshold;

        EXECUTE 'select (select option_value from pg_options_to_table(c.reloptions) where option_name = ''autovacuum_analyze_scale_factor'') as value 
        from pg_class c where c.oid = '''|| table_name ||'''::REGCLASS;' into rel_anl_scale_factor;
        
        dbms_output.put_line('relTuples='||relTuples||'; sys_anl_threshold='||sys_anl_threshold||'; sys_anl_scale_factor='||sys_anl_scale_factor||'; rel_anl_threshold='||rel_anl_threshold||'; rel_anl_scale_factor='||rel_anl_scale_factor||';');
        if rel_anl_threshold IS NOT NULL then
            anl_threshold = rel_anl_threshold;
        else
            anl_threshold = sys_anl_threshold;
        end if;
        if rel_anl_scale_factor IS NOT NULL then
            anl_scale_factor = rel_anl_scale_factor;
        else
            anl_scale_factor = sys_anl_scale_factor;
        end if;

        if changedTuples > anl_threshold + anl_scale_factor * relTuples then
            need_analyze := true;
        end if;

        return need_analyze;
    END; $$
LANGUAGE 'plpgsql';

7.3 判断表是否需要analyze（自定义阈值）


-- the function for get all pg_stat_activity information in all CN of current cluster.
CREATE OR REPLACE FUNCTION pg_catalog.pgxc_stat_table_need_analyze(in table_name text, int anl_threshold, float anl_scale_factor)
RETURNS BOOl
AS $$
DECLARE
    relTuples int4;
    changedTuples int4:= 0;
    need_analyze bool := false;
    BEGIN
        --Get all the node names
        EXECUTE 'SELECT sum(a) FROM pg_catalog.pgxc_parallel_query(''cn'', ''SELECT pg_stat_get_tuples_changed(oid)::int4 from pg_class where relname = ''''|| table_name ||'''';'') AS (a int4);' into changedTuples;
        EXECUTE 'select pg_stat_get_live_tuples(oid) from pg_class c where c.oid = '''|| table_name ||'''::REGCLASS;' into relTuples;

        if changedTuples > anl_threshold + anl_scale_factor * relTuples then
            need_analyze := true;
        end if;

        return need_analyze;
    END; $$
LANGUAGE 'plpgsql';

通“优化器触发的实时analyze”和“后台autovacuum触发的轮询analyze”，GaussDB(DWS)已经可以做到让用户不再关心表是否需要analyze。建议在最新版本中试用。

征文活动

【这次高斯不是数学家】有奖征文火热进行中：https://bbs.huaweicloud.com/blogs/345260

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