PostgreSQL缓冲区管理器管理着shared buffer和持久存储之间的数据传输，对数据库性能有着重要影响。本节重要介绍shared buffer重要参数、查看缓冲信息及预热方法。

1、shared buffer参数shared_buffers

PostgreSQL通过自己的buffer和操作系统内核缓冲来缓冲数据，即在内存中存储着两份数据，分别在shared buffer和内核buffer中。和其他数据库不同，PG不提供direct IO。而PG的buffer由shared_buffer参数控制，对数据库调优有重要作用。

这个参数意思是PG为了cache数据需要使用内存大小。默认值是128MB，最小值是128KB。如果没有指定单位，则为block个数，一个block为BLOCKSZ，即默认8KB。这个参数只能重启生效。

这个参数的推荐值是DRAM大小的1/4。也可根据环境进行调整。生产环境中，这个值越大性能越好。

可以通过执行show shared_buffers或从pg_settings视图中查询该参数配置信息：

postgres # show shared_buffers;shared_buffers
----------------128MB
(1 row)postgres # select *,current_setting(name) from pg_settings where name like ‘shared_buf%’;
----------------+-----------------------------------------------------------------
name            | shared_buffers
setting         | 16384
unit            | 8kB
category        | Resource Usage /Memory
shart_desc      | Sets the number of shared memory buffers used by the server.
extra_desc      |
context         | postmaster
vartype         | integer
source          | configuration file
min_val         | 16
max_val         | 1073741823
enumvals        | 
boot_val        | 1024
reset_val       | 16384
sourcefile      | /home/yzspm/data/postgresql.conf
sourceline      | 121
pending_restart | f
current_setting | 128MB

2、查看shared buffer

2.1 pg_buffercache介绍

使用pg_buffercache可以查看PG数据库共享内存中内容。现在来部署pg_buffercache：

postgres=# CREATE EXTENSION pg_buffercache;
CREATE EXTENSION

pg_buffercache视图结构：

postgres=# \d pg_buffercache
View "public.pg_buffercache"
Column           | Type     | Collation | Nullable | Default
-----------------+----------+-----------+----------+---------
bufferid         | integer  |           |          |
relfilenode      | oid      |           |          |
reltablespace    | oid      |           |          |
reldatabase      | oid      |           |          |
relforknumber    | smallint |           |          |
relblocknumber   | bigint   |           |          |
isdirty          | boolean  |           |          |
usagecount       | smallint |           |          |
pinning_backends | integer  |           |          |

对于shared buffer中每8b页，pg_buffercache都返回一行。例如：

该视图每列定义如下：

名称	描述
bufferid	共享内存中块ID
relfilenode	表文件ID
reltablespace	关系的表空间ID
reldatabase	关系的数据库ID
relforknumber	关系的分叉树，比如表主文件为0，fsm、vm文件分别为1和2
relblocknumber	关系的页数
isdirty	是否变脏
usagecount	Clock-sweep访问计数
pinning_backends	对这个缓冲区加pin的后端进程数量

这个视图通过创建的函数pg_buffercache_pages()进行构建：

CREATE VIEW pg_buffercache ASSELECT P.* FROM pg_buffercache_pages() AS P(bufferid integer, relfilenode oid, reltablespace oid, reldatabase oid,relforknumber int2, relblocknumber int8, isdirty bool, usagecount int2,pinning_backends int4);

使用这个插件查询时，需要注意，他会对每个缓冲页进行加锁，所以不建议频繁执行：

pg_buffercache_pages(PG_FUNCTION_ARGS)...for (i = 0; i < NBuffers; i++){//NBuffers为缓冲区块数bufHdr = GetBufferDescriptor(i);buf_state = LockBufHdr(bufHdr);fctx->record[i].bufferid = BufferDescriptorGetBuffer(bufHdr);fctx->record[i].relfilenode = bufHdr->tag.rnode.relNode;...UnlockBufHdr(bufHdr, buf_state);
}...

2.2 pg_buffercache应用

通过pg_buffercache可以分析缓冲区设置是否合理：

如果有大量内存块其usagecount值普遍处于4-5的值，说明shared_buffers不够用，可以适当调高；如果usagecount值普遍为0-1，则可以适当减少。至于怎样减少，还需结合缓存命中率情况。

计算缓存命中率的方法：

1）可以利用pg_stat_database视图计算，该视图有两个字段blks_read和blks_hit，分别表示未命中和命中页数，那么计算命中率的语句：

注意，这种方式统计的信息包含系统表的信息，所以如果统计某个表的命中率，需要通过方法2。

2）利用pg_stat_user_tables视图计算

该例子表t2的缓冲命中率为100%。如果命中率太低，比如小于60%，那么共享缓冲区太小，需要调高。如果计算索引的缓冲命中率，仅需把heap替换成idx即可。

另外一个第三方插件pgfincore提供了操作系统如何缓冲页面信息，该插件安装及使用方法如下：

同时会显示操作系统缓存中页数，即rel_os_pages字段值。

这个插件详细使用方法可参考：Projects · pgfincore · GitHub

需要注意，执行pgfincore会将数据页预取到操作系统缓存。

在分析一个新数据库时，可以使用下面语句快速查看每个表缓冲了多少数据页，以及其相对于表总大小的百分比：

表t1的索引t1_pkey占cache的37.8%，占表总大小的90.2%，缓存中读取了索引中90%多的数据。数据库将数据保存在内存中非常重要。

3、预热

PG自带插件pg_prewarm可以用于缓冲预热。该工具支持3种预读方式：

• prefetch：异步异读到操作系统page cache，调用的函数posix_fadvise
• read：读取到用户buffer，实际上也在OS cache
• buffer：读取到shared buffer

注意，这种预热工具没有对缓冲区进行保护，可能导致预热的数据页又被替换出去，导致预热失效。通常仅在启动时有用，并且大部分缓存为空。

这个工具支持2种方式：手动和自动。

3.1 手动

1）首先安装该插件：

postgres=# CREATE EXTENSION pg_prewarm;
CREATE EXTENSION

2）创建表并预制数据

postgres=# CREATE TABLE t1(id int)
CREATE TABLE
postgres=# INSERT INTO t1 SELECT * FROM generate_series(1, 1000000);
SELECT 1000000

3）关闭服务并重启

   pg_ctl restart

4）预热

test=# SELECT * FROM pg_prewarm('public.t1');
pg_prewarm
------------
5425
(1 row)

这个例子中，调用pg_prewarm函数将表t1预热，有5425个页读取并加载到cache中。上面的方法是最简单的，还有其他方式。看下这个函数定义：

postgres=# \x
Expanded display is on.
test=# \df *pg_prewarm*
List of functions
-[ RECORD 1 ]
----------------------+---------------------------------------------Schema              | publicName                | pg_prewarmResult data type    | bigintArgument data types | regclass, mode text DEFAULT 'buffer'::text,fork text DEFAULT 'main'::text,first_block bigint DEFAULT NULL::bigint,last_block bigint DEFAULT NULL::bigintType                | func

参数除了传入想要预热的表名外，还可以通过第二个参数告诉加载哪种文件，是主文件还是fsm或vm文件。通常加载主文件即可。还可以预热独立指定块，即第3和4个参数，告诉加载哪些页。第一个参数告诉使用哪种预热方式，默认是buffer。这种方式比较灵活，但通常并不使用。

3.2 自动

启动时，自动预热才会更加完美。需要将pg_prewarm添加到shared_preload_libraries参数，然后重启服务。例如在postgresql.conf中配置：

shared_preload_libraries = ‘pg_stat_statements, pg_prewarm’

启动后，可以看到“autoprewarm master”进程，这个进程负责预热：

80259 ? Ss 0:00 /home/yzs/bin/postmaster -D /home/yzs/data/
80260 ? Ss 0:00 \_ postgres: logger
80262 ? Ss 0:00 \_ postgres: checkpointer
80263 ? Ss 0:00 \_ postgres: background writer
80264 ? Ss 0:00 \_ postgres: walwriter
80265 ? Ss 0:00 \_ postgres: autovacuum launcher
80266 ? Ss 0:00 \_ postgres: stats collector
80267 ? Ss 0:00 \_ postgres: autoprewarm master
80268 ? Ss 0:00 \_ postgres: logical replication launcher

默认情况下，pg_prewarm会将内存中的块链表存储到磁盘，重启时自动读取这个链表中页号，并把这些对于页读取到cache。