如何排查 autovaccum 在 Amazon RDS for PostgreSQL 或 Aurora PostgreSQL 兼容版数据库中触发 "to prevent wraparound"（“防止事务回卷”）标志的问题？

简短描述

当您查询 pg_stat_activity 时，autovacuum 可能会持续运行并触发 "to prevent wraparound"（“防止事务回卷”）标志。

autovacuum worker 通常不会阻止其他命令。当某个进程尝试获取与 autocvacuum 的 SHARE UPDATE EXCLUSIVE 锁相冲突的锁时，系统可能会中断 autovacuum。但是，当 autovacuum 为防止事务 ID 回卷而运行时，系统不会自动中断该进程。

在以下场景中，可能会触发带有 "to prevent wraparound"（“防止事务回卷”）标志的激进 autovacuum：

• 表的 relfrozenxid 值超过了 vacuum_freeze_table_age 事务数，因此系统执行激进 vacuum 来冻结旧元组并推进 relfrozenxid。
• 表达到了其 autovacuum_freeze_max_age 限制。

当 autovacuum 激进运行时，可能会出现数据库性能问题。有关更多信息，请参阅 PostgreSQL 网站上的 Automatic vacuuming。

解决方法

确定 autovacuum 是否正在运行

要确定 autovacuum 是否正在运行、运行多长时间或是否正在等待，请运行以下查询：

SELECT datname, usename, pid, state, wait_event, current_timestamp - xact_start AS xact_runtime, query  
FROM pg_stat_activity  
WHERE upper(query) LIKE '%VACUUM%'  
ORDER BY xact_start;

在以下输出示例中，带有 "to prevent wraparound"（“防止事务回卷”）标志的进程正在 mydb 的 mytable1 和 mytable2 上运行：

datname | usename  | pid   | state  | wait_event |       xact_runtime      | query  
--------+----------+-------+--------+------------+-------------------------+----------------------------------------------------------------------------------------------  
mydb    | rdsadmin | 16473 | active |            | 33 days 16:32:11.600656 | autovacuum: VACUUM ANALYZE public.mytable1 (to prevent wraparound)  
mydb    | rdsadmin | 22553 | active |            | 14 days 09:15:34.073141 | autovacuum: VACUUM ANALYZE public.mytable2 (to prevent wraparound)  
mydb    | rdsadmin | 41909 | active |            | 3 days 02:43:54.203349  | autovacuum: VACUUM ANALYZE public.mytable3  
mydb    | rdsadmin | 618   | active |            | 00:00:00                | SELECT datname, usename, pid, state, wait_event, current_timestamp - xact_start AS xact_runtime, query+  
        |          |       |        |            |                         | FROM pg_stat_activity +  
        |          |       |        |            |                         | WHERE query like '%VACUUM%'+  
        |          |       |        |            |                         | ORDER BY xact_start; +

若表的 relfrozenxid 超过 autovaccum_freeze_max_age 中的事务数量，autovaccum 就会锁定这些表。

识别未冻结的事务

要识别数据库中未冻结的事务，请运行以下查询：

SELECT datname, age(datfrozenxid) FROM pg_database ORDER BY age(datfrozenxid) desc limit 20;

在以下输出示例中，autovacuum 守护进程会优先处理 datfrozenxid 超过 2 亿的数据库：

datname   | age  
mydb      | 1771757888  
template0 | 1721757888  
template1 | 1721757888  
rdsadmin  | 1694008527  
postgres  | 1693881061  
(5 rows)

数据库的 pg_database 行的 datfrozenxid 列位于数据库中正常事务 ID 的末尾。datfrozenxid 列是数据库内各表 relfrozenxid 的最小值。

冻结表

如果已达到 relfrozenxid 最大表年龄，请手动对表执行 vacuum 冻结操作。

手动执行 vacuum 冻结操作完成后，查看详细输出以确定是否存在阻止程序，例如旧复制槽和已准备事务。如果您收到 "DETAIL: xxx dead row versions cannot be removed yet, oldest xmin: xxx" 消息，则表示 vacuum 正在运行，但无法清理死元组。

要查找 vacuum 阻止程序，您可以使用 postgres_get_av_diag() 函数。有关更多信息，请参阅识别并解决 RDS for PostgreSQL 中的激进 vacuum 阻止程序。

增加 autovacuum worker 数量并移除未使用的索引

当需要执行 vacuum 操作的数据库或表超出 autovacuum_max_workers 配额时，引擎只有在 worker 可用时才会处理下一个数据库或表。在高事务率的环境中，vacuum 可能会出现事务回卷问题。

要解决此问题，请增大 autovacuum_max_workers 参数，以增加并行的 autovacuum worker。

如果您的表包含大型索引，最佳做法是移除未使用的索引。

增大 vacuum 内存

为确保引擎将调整后的内存分配应用于新的 autovacuum，请增大 autovacuum_work_mem 参数。

要为 vacuum 手动操作（例如 vacuum freeze）增加 maintenance_work_mem，请运行以下命令：

SET maintenance_work_mem TO '2GB';

**注意：**maintenance_work_mem 的默认值为 64MB。vacuum 完成后，请将该值更改回先前的值。如果不更改该值，则规格较小的实例可能会出现内存问题。

要启动 vacuum 操作，请运行以下命令：

VACUUM FREEZE VERBOSE table_name;

如果存在需要清理的大型索引，则 autovacuum 必须执行多次扫描。在 PostgreSQL 16 及更早版本中，vacuum 操作所能使用的 maintenance_work_mem 配额为 1GB。PostgreSQL 17 及更高版本使用 TidStore，它会动态分配内存，而不使用单一分配数组，从而使 vacuum 能够更高效地使用 maintenance_work_mem。

启用并行 vacuum

对于 vacuum 手动操作，您可以启用并行 vacuum，以便 PostgreSQL 为每个索引分配一个 vacuum worker 并进行并行处理。

要启用并行 vacuum，请根据数据库实例的可用 vCPU 数量和表上的索引数量调整 max_parallel_maintenance_workers 设置。

有关更多信息，请参阅 Amazon RDS for PostgreSQL 和 Amazon Aurora PostgreSQL 中的并行 vacuum。

监控数据库使用的事务数量

当 autovacuum 操作无法完成 vacuum 时，数据库可能会继续增加。您可以使用 Amazon CloudWatch 指标 MaximumUsedTransactionIDs 来获取数据库使用的最大事务数量。

此外，请为 MaximumUsedTransactionIDs 指标创建 CloudWatch 警报，以便在事务数量达到您指定的值时发送通知。有关更多信息，请参阅在 Amazon RDS for PostgreSQL 中实施事务 ID 回卷预警系统。

要在 Amazon RDS 控制台上监控 MaximumUsedTransactionIDs，请完成以下步骤：

1. 打开 Amazon RDS 控制台。
2. 在导航窗格中，选择 Databases（数据库），然后选择您的数据库。
3. 在 Logs and Events（日志和事件）选项卡中，您可以在 Recent events（近期事件）部分中查看 MaximumUsedTransactionIDs。

如果您已达到 MaximumUsedTransactionIDs 配额，则必须对表执行 vacuum 操作。

要识别 vacuum 阻止程序，请参阅识别并解决 RDS for PostgreSQL 中的激进 vacuum 阻止程序。