PostgreSQL启动过程中的那些事七：初始化共享内存和信号八：shme

这一节pg初始化锁管理器，通过InitLocks例程实现，主要是创建了三个哈希表。第一个哈希表"LOCKhash"用于管理锁，第二个哈希表"PROCLOCKhash"用于管理进程锁，第三个"LOCALLOCKhash"用于管理本地锁信息。其中第一个和第二个哈希表都是共享哈希表，第三个是非关系哈希表。初始化第三个哈希表"LOCALLOCK hash"时在共享内存哈希表索引"ShmemIndex"里没有创建索引，因为这个哈希表不在共享内存里，而是在MemoryContext "LOCALLOCK hash" 里分配的内存。

        pg中的锁有三种类型：自旋锁（spinlock）、轻量锁（LWLock）、常规锁（Lock），作为一个主题另行讨论。

1先上个图，看一下函数调用过程梗概，中间略过部分细节

初始化Lockmgr方法调用流程图

2初始化xlog相关结构

        话说main()->…->PostmasterMain()->…->reset_shared() ->CreateSharedMemoryAndSemaphores()>…->InitLocks()，在shmem里分配了三个哈希表。第一个哈希表"LOCK hash"用于管理锁，第二个哈希表"PROCLOCK hash"用于管理进程锁，第三个"LOCALLOCK hash"用于管理本地锁信息。其中第一个和第二个哈希表都是共享哈希表，第三个是非关系哈希表。初始化第三个哈希表"LOCALLOCK hash"时在共享内存哈希表索引"ShmemIndex"里没有创建索引，因为这个哈希表不在共享内存里，而是在MemoryContext "LOCALLOCK hash" 里分配的内存。

        InitLocks()->ShmemInitHash()->ShmemInitStruct()，在其中调用hash_search()在哈希表索引"ShmemIndex"中查找"LOCK hash"，如果没有，就在shmemIndex中给"LOCK hash"分一个HashElement和ShmemIndexEnt（entry），在其中的Entry中写上"LOCKhash"。返回ShmemInitStruct()，再调用ShmemAlloc()在共享内存上给"LOCKhash"相关结构（见下面"LOCK hash"相关结构图）分配空间，设置entry（在这儿即ShmemIndexEnt类型变量）的成员location指向该空间，size成员记录该空间大小，然后返回ShmemInitHash()，调用hash_create()，创建哈希表"LOCK hash"，最后返回ShmemInitHash()，让HTAB *类型静态全局变量LockMethodLockHash指向哈希表"LOCK hash"。

        接着InitLocks()->ShmemInitHash()->ShmemInitStruct()，在其中调用hash_search()在哈希表索引"ShmemIndex"中查找"PROCLOCK hash"，如果没有，就在shmemIndex中给"PROCLOCK hash"分一个HashElement和ShmemIndexEnt（entry），在其中的Entry中写上"PROCLOCKhash"。返回ShmemInitStruct()，再调用ShmemAlloc()在共享内存上给"PROCLOCKhash"相关结构（见下面"PROCLOCK hash"相关结构图）分配空间，设置entry（在这儿即ShmemIndexEnt类型变量）的成员location指向该空间，size成员记录该空间大小，然后返回ShmemInitHash()，调用hash_create()，创建哈希表"PROCLOCK hash"，最后返回ShmemInitHash()，让HTAB *类型静态全局变量LockMethodProcLockHash指向哈希表"PROCLOCK hash"。

        接着InitLocks()->hash_create()，在其中调用AllocSetContextCreate()，创建MemoryContext "LOCALLOCK hash"（做个回顾，当前MemoryContext见下面的当前MemoryContext结构图），调用DynaHashAlloc()，在MemoryContext "LOCALLOCK hash"上分配空间，创建哈希表索引"LOCALLOCKhash"（见下面"LOCALLOCK hash"相关结构图），最后返回InitLocks()，让HTAB *类型静态全局变量LockMethodLocalHash指向哈希表"LOCALLOCK hash"。

        相关变量、结构定义和初始化完成后数据结构图在下面。

LOCKTAG结构被定义用于填充16字节。请注意，如果pg要扩大OID，BlockNumber，或TransactionId超过32位，这将需要调整。

       LOCKTAG包含lockmethodid是为了共享内存里一个哈希表能够存储不同lockmemthods的锁。

typedef struct LOCKTAG

{

    uint32      locktag_field1; /*a 32-bit ID field */

    uint32      locktag_field2; /*a 32-bit ID field */

    uint32      locktag_field3; /*a 32-bit ID field */

    uint16      locktag_field4; /*a 16-bit ID field */

    uint8       locktag_type;   /* see enum LockTagType */

    uint8       locktag_lockmethodid;   /* lockmethodindicator */

} LOCKTAG;

每个被锁对象的锁信息：

tag：可锁对象的唯一标识符

grantMask：目前授予该对象的所有类型锁的位掩码

/*

 *Per-locked-object lock information:

 *

 * tag -- uniquelyidentifies the object being locked

 * grantMask --bitmask for all lock types currently granted on this object.

 * waitMask --bitmask for all lock types currently awaited on this object.

 * procLocks --list of PROCLOCK objects for this lock.

 * waitProcs --queue of processes waiting for this lock.

 * requested --count of each lock type currently requested on the lock

 *      (includes requests already granted!!).

 * nRequested --total requested locks of all types.

 * granted -- countof each lock type currently granted on the lock.

 * nGranted --total granted locks of all types.

 *

 * Note: thesecounts count 1 for each backend. Internally to a backend,

 * there may bemultiple grabs on a particular lock, but this is not reflected

 * into sharedmemory.

 */

typedef struct LOCK

{

    /* hash key */

    LOCKTAG     tag;            /* unique identifier of lockable object */

    /* data */

    LOCKMASK    grantMask;      /* bitmask for lock types already granted */

    LOCKMASK    waitMask;       /* bitmask for lock types awaited */

    SHM_QUEUE   procLocks;      /* list of PROCLOCK objects assoc. with lock */

    PROC_QUEUE  waitProcs;      /* list of PGPROC objects waiting on lock */

    int         requested[MAX_LOCKMODES];       /* counts ofrequested locks */

    int         nRequested;     /* total ofrequested[] array */

    int         granted[MAX_LOCKMODES];/* counts of granted locks */

    int         nGranted;       /* total ofgranted[] array */

} LOCK;

        pg可以有多个不同的backend进程在同一个开锁对象上持有或等待锁。pg需要为每个持有者/等待着存储一些信息。这些保存在结构PROCLOCK里。

        PROCLOCKTAG是在proclock哈希表里查找一个PROCLOCK项的关键信息。一个PROCLOCKTAG值唯一的标识一个可锁对象和一个持有者/等待着的组合。（这儿pg能使用指针，因为PROCLOCKTAG仅需要在PROCLOCK的生命周期里唯一，且不会在lock和proc生存期以为）

        为了不同的目的，backend进程可以持有同一个锁：独立于会话锁，backend进程跟踪事务锁。但是，这个在共享内存状态中没有反映出来：pg仅跟踪持有锁的backend进程。这是可以的，因为backend进程不能阻塞自己。

        holdMask字段显示已经授予的由proclock代表的锁。注意，可能有一个具有0 holdMask的proclock对象，对于任何锁，进程当前正在等待它。负责，holdMask是0的proclock对象在方便的时候被尽快回收。

* releaseMask is workspace for LockReleaseAll(): it showsthe locks due

 * to be releasedduring the current call.  This must onlybe examined or

 * set by thebackend owning the PROCLOCK.

        每一个PROCLOCK对象被链接到链表，为了相关LOCK对象和所属PGPROC对象。注意，PROCLOCK对象一被创建就就加入到这些链表，甚至还没有锁lock被授予的时候。等待lock锁被授予的PGPROC进程也会被链接到锁的等待进程（waitProcs）队列。

typedef struct PROCLOCKTAG

{

    /* NB: we assume this struct contains no padding! */

    LOCK      *myLock;         /* link to per-lockable-object information */

    PGPROC    *myProc;         /* link to PGPROC of owning backend */

} PROCLOCKTAG;

typedef struct PROCLOCK

{

    /* tag */

    PROCLOCKTAG tag;            /* uniqueidentifier of proclock object */

    /* data */

    LOCKMASK    holdMask;       /* bitmask for lock types currently held */

    LOCKMASK    releaseMask;    /* bitmask for lock types to be released */

    SHM_QUEUE   lockLink;       /* list link in LOCK's list of proclocks */

    SHM_QUEUE   procLink;       /* list link in PGPROC's list of proclocks */

} PROCLOCK;

        每一个backend进程还维持一个本地哈希表，其记录着目前感兴趣的每一个锁lock的信息。特别的，本地表记录着获得的这些锁的时间。这允许不额外访问共享内存的情况下对同一个锁多请求被执行。为了pg能释放属于某个特别资源属主(ResourceOwner)的锁。pg还跟踪每个资源属主(ResourceOwner)获得的锁数

typedef struct LOCALLOCKTAG

{

    LOCKTAG     lock;           /* identifies the lockable object */

    LOCKMODE    mode;           /* lock mode for this table entry */

} LOCALLOCKTAG;

typedef struct LOCALLOCKOWNER

{

    /*

     * Note: if owner is NULL then the lock is heldon behalf of the session;

     * otherwise it is held on behalf of my currenttransaction.

     *

     * Must use a forward struct reference to avoidcircularity.

     */

    struct ResourceOwnerData *owner;

    int64 nLocks;           /* # of times held by this owner */

} LOCALLOCKOWNER;

typedef struct LOCALLOCK

{

    /* tag */

    LOCALLOCKTAG tag;           /* uniqueidentifier of locallock entry */

    /* data */

    LOCK      *lock;           /* associated LOCK object in shared mem */

    PROCLOCK   *proclock;       /* associated PROCLOCK object in shmem */

    uint32      hashcode;       /* copy of LOCKTAG's hash value */

    int64           nLocks;         /* totalnumber of times lock is held */

    int         numLockOwners;  /* # of relevantResourceOwners */

    int         maxLockOwners;  /* allocated size ofarray */

    LOCALLOCKOWNER*lockOwners; /* dynamically resizable array */

} LOCALLOCK;

#define LOCALLOCK_LOCKMETHOD(llock)((llock).tag.lock.locktag_lockmethodid)

初始化完LOCK相关结构的内存结构图

       为了精简上图，把创建shmem的哈希表索引"ShmemIndex"时创建的HCTL结构删掉了，这个结构的作用是记录创建可扩展哈希表的相关信息。增加了左边灰色底的部分，描述共享内存/shmem里各变量物理布局概览，由下往上，由低地址到高地址。图中黄色的索引项就是本节新增加的索引项。其中的"LOCK hash"相关结构内存图、"PROCLOCK hash"相关结构内存图下面分别给出，要不上面的图太大太复杂了。在MemoryContext "PROCLOCK hash"中分配的哈希表"PROCLOCK hash"相关结构内存图和当前pg中的MemoryContext相关实例图也在下边一并给出。

"LOCK hash"相关结构图

"PROCLOCK hash"相关结构图

"LOCALLOCKhash"相关结构图

当前pg中的MemoryContext结构图