摘要：本文主要介紹在 GaussDB(DWS) 中，如何通過 SQL 語句，對分散式死鎖進行檢測和恢復。
分散式數倉應用場景中，我們經常遇到資料庫系統 hang 住的問題，所謂 hang 是指雖然資料庫系統還在執行，但部分或全部業務無法正常執行。hang 問題的原因有很多，其中以分散式死鎖最為常見，本次主要分享在碰到死鎖時，如何快速地解決死鎖問題。
GaussDB(DWS) 作為分散式數倉，通過鎖機制來實行併發控制，因此也存在產生分散式死鎖的可能。雖然分散式死鎖無法避免，但幸運的是其提供了多種系統檢視，能夠保證在分散式死鎖發生之後，快速地對死鎖進行定位。
本文主要介紹了在 GaussDB(DWS) 中，如何通過 SQL 語句，對分散式死鎖進行檢測和恢復。本文介紹的方法大致分為 4 步：
1. 收集各節點的鎖資訊。
2. 構建等待關係。
3. 檢測迴圈等待。
4. 中止事務以消除死鎖。
本文介紹的方法使用簡單，門檻低，可以確保在分散式死鎖發生之後，快速解決問題，恢復業務。
通過 SQL 語句進行分散式死鎖的檢測與消除
分散式死鎖和單節點死鎖的比較
單節點死鎖
單節點死鎖是指，死鎖中的所有鎖等待資訊來自同一個節點，例如：
-- 事務 transaction1 -- 所在節點：CN1 BEGIN; TRUNCATE t1; EXECUTE DIRECT ON(DN1) 'SELECT * FROM t2'; COMMIT; -- 事務 transaction2 -- 所在節點：CN1 BEGIN; TRUNCATE t2; EXECUTE DIRECT ON(DN2) 'SELECT * FROM t1'; COMMIT;
假設上述兩個事務的執行順序如下：
1. [transaction1] TRUNCATE t1
2. [transaction2] TRUNCATE t2
3. [transaction1] EXECUTE DIRECT ON(DN1) 'SELECT * FROM t2'
4. [transaction2] EXECUTE DIRECT ON(DN2) 'SELECT * FROM t1'
該執行順序會導致死鎖的產生。由於事務 transaction1 和 transaction2 都在 CN1 上執行，死鎖中的所有鎖等待資訊都在 CN1 上，因此該死鎖為單節點死鎖。
GaussDB(DWS) 支援自動處理單節點死鎖。當某個節點上的多個事務陷入迴圈等待時，資料庫系統會自動將其中一個事務中止，從而消除死鎖。
分散式死鎖
分散式死鎖是指，死鎖中的鎖等待資訊來自不同節點。例如：
-- 事務 transaction1 -- 所在節點：CN1 BEGIN; TRUNCATE t1; EXECUTE DIRECT ON(DN1) 'SELECT * FROM t2'; COMMIT; -- 事務 transaction2 -- 所在節點：CN2 BEGIN; TRUNCATE t2; EXECUTE DIRECT ON(DN2) 'SELECT * FROM t1'; COMMIT;
本例與上一節中的例子相比，只有事務 transaction2 的所在節點從 CN1 改為了 CN2。
假設兩個事務的執行順序和上一節中的執行順序一致，還是會產生死鎖，死鎖中的鎖等待資訊如下：
這就是一個典型的分散式死鎖，單獨看 CN1 或 CN2 上的鎖等待資訊，都看不出來有死鎖，但將多個節點的鎖等待資訊放到一起看，就能找到有迴圈等待的現象。
發生分散式死鎖時，陷入死鎖的事務全部都無法繼續執行下去，只有其中一個事務鎖等待超時，剩餘事務才能繼續執行。預設情況下，鎖等待超時時間是 20 分鐘。
分散式死鎖的檢測與消除
當我們觀察到資料庫系統出現 hang 問題時，我們需要通過 SQL 語句檢測分散式死鎖，如果發現確實存在分散式死鎖，還需要對死鎖進行消除。接下來以之前的分散式死鎖為例，介紹分散式死鎖的檢測和消除的方法。
收集各節點的鎖資訊
為了檢測分散式死鎖，首先需要獲得各節點的鎖資訊。GaussDB(DWS) 中可以通過 PG_LOCKS 檢視查詢當前節點的鎖資訊，因此可以通過 EXECUTE DIRECT 語句在所有節點查詢 PG_LOCKS 檢視，並收集到當前節點中。
注意此處有一個細節，PG_LOCKS 檢視中，很多資訊是以 OID 型別給出的，例如一個鎖加在一個表上，PG_LOCKS 檢視會給出表的 OID。由於同一個表在各節點中的 OID 不一定相同，因此不能通過 OID 來標識一個表。在收集鎖資訊時，需要先將表的 OID 轉換成 SCHEMA 名加表名。其它 OID 資訊例如分割槽 OID 等也同理，需要轉化為對應的名字。
執行附件中的示例程式碼 pgxc_locks.sql，就可以收集到各節點的鎖資訊：
locktype | nodename | datname | usename | nspname | relname | partname | page | tuple | virtualxid | transactionid | virtualtransaction | mode | granted | client_addr | application_name | pid | xact_start | query_start | state | query_id | query ---------------+--------------+----------+---------+---------+---------+----------+------+-------+------------+---------------+--------------------+---------------------+---------+-------------+------------------+-----------------+----------------------------+----------------------------+---------------------+-------------------+----------------------------------------------------- virtualxid | cn_5002 | postgres | tyx_1 | | | | | | 12/94 | | 12/94 | ExclusiveLock | t | | gsql | 140110481323776 | 2020-12-25 17:18:54.238933 | 2020-12-25 17:19:37.715447 | active | 0 | EXECUTE DIRECT ON(dn_6003_6004) 'SELECT * FROM t1'; virtualxid | cn_5002 | postgres | tyx_1 | | | | | | 9/298 | | 9/298 | ExclusiveLock | t | ::1/128 | cn_5001 | 140110672164608 | 2020-12-25 17:18:40.478704 | 2020-12-25 17:18:40.479682 | idle in transaction | 0 | TRUNCATE t1; virtualxid | cn_5002 | postgres | tyx_1 | | | | | | 6/161 | | 6/161 | ExclusiveLock | t | | WLMArbiter | 140110762325760 | 2020-12-25 17:20:18.613815 | 2020-12-25 16:53:35.027585 | active | 0 | WLM arbiter sync info by CCN and CNs virtualxid | cn_5002 | postgres | tyx_1 | | | | | | 5/162 | | 5/162 | ExclusiveLock | t | | WorkloadMonitor | 140110779119360 | 2020-12-25 17:20:27.16458 | 2020-12-25 16:53:35.027217 | active | 0 | WLM monitor update and verify local info virtualxid | cn_5002 | postgres | tyx_1 | | | | | | 3/325 | | 3/325 | ExclusiveLock | t | | workload | 140110846744320 | 2020-12-25 17:20:25.372654 | 2020-12-25 16:53:35.02741 | active | 72339069014641297 | WLM fetch collect info from data nodes advisory | cn_5002 | postgres | tyx_1 | | | | | | | | 12/94 | ShareLock | t | | gsql | 140110481323776 | 2020-12-25 17:18:54.238933 | 2020-12-25 17:19:37.715447 | active | 0 | EXECUTE DIRECT ON(dn_6003_6004) 'SELECT * FROM t1'; relation | cn_5002 | postgres | tyx_1 | public | t1 | | | | | | 9/298 | AccessExclusiveLock | t | ::1/128 | cn_5001 | 140110672164608 | 2020-12-25 17:18:40.478704 | 2020-12-25 17:18:40.479682 | idle in transaction | 0 | TRUNCATE t1; relation | cn_5002 | postgres | tyx_1 | public | t1 | | | | | | 12/94 | AccessShareLock | f | | gsql | 140110481323776 | 2020-12-25 17:18:54.238933 | 2020-12-25 17:19:37.715447 | active | 0 | EXECUTE DIRECT ON(dn_6003_6004) 'SELECT * FROM t1'; transactionid | cn_5002 | postgres | tyx_1 | | | | | | | 10269 | 12/94 | ExclusiveLock | t | | gsql | 140110481323776 | 2020-12-25 17:18:54.238933 | 2020-12-25 17:19:37.715447 | active | 0 | EXECUTE DIRECT ON(dn_6003_6004) 'SELECT * FROM t1'; transactionid | cn_5002 | postgres | tyx_1 | | | | | | | 10266 | 9/298 | ExclusiveLock | t | ::1/128 | cn_5001 | 140110672164608 | 2020-12-25 17:18:40.478704 | 2020-12-25 17:18:40.479682 | idle in transaction | 0 | TRUNCATE t1; relation | cn_5002 | postgres | tyx_1 | public | t2 | | | | | | 12/94 | AccessExclusiveLock | t | | gsql | 140110481323776 | 2020-12-25 17:18:54.238933 | 2020-12-25 17:19:37.715447 | active | 0 | EXECUTE DIRECT ON(dn_6003_6004) 'SELECT * FROM t1'; virtualxid | dn_6001_6002 | postgres | tyx_1 | | | | | | 17/433 | | 17/433 | ExclusiveLock | t | ::1/128 | cn_5001 | 140552375822080 | 2020-12-25 17:18:40.478704 | 2020-12-25 17:18:50.513948 | idle in transaction | 0 | TRUNCATE t1; virtualxid | dn_6001_6002 | postgres | tyx_1 | | | | | | 23/692 | | 23/692 | ExclusiveLock | t | ::1/128 | cn_5002 | 140552359040768 | 2020-12-25 17:18:54.238933 | 2020-12-25 17:18:56.830053 | idle in transaction | 0 | TRUNCATE t2; virtualxid | dn_6001_6002 | postgres | tyx_1 | | | | | | 2/1607 | | 2/1607 | ExclusiveLock | t | | workload | 140552945264384 | | 2020-12-25 16:53:35.041283 | active | 0 | WLM fetch collect info from data nodes transactionid | dn_6001_6002 | postgres | tyx_1 | | | | | | | 10266 | 17/433 | ExclusiveLock | t | ::1/128 | cn_5001 | 140552375822080 | 2020-12-25 17:18:40.478704 | 2020-12-25 17:18:50.513948 | idle in transaction | 0 | TRUNCATE t1; relation | dn_6001_6002 | postgres | tyx_1 | | | | | | | | 23/692 | AccessExclusiveLock | t | ::1/128 | cn_5002 | 140552359040768 | 2020-12-25 17:18:54.238933 | 2020-12-25 17:18:56.830053 | idle in transaction | 0 | TRUNCATE t2; relation | dn_6001_6002 | postgres | tyx_1 | | | | | | | | 17/433 | AccessExclusiveLock | t | ::1/128 | cn_5001 | 140552375822080 | 2020-12-25 17:18:40.478704 | 2020-12-25 17:18:50.513948 | idle in transaction | 0 | TRUNCATE t1; relation | dn_6001_6002 | postgres | tyx_1 | public | t2 | | | | | | 23/692 | ShareLock | t | ::1/128 | cn_5002 | 140552359040768 | 2020-12-25 17:18:54.238933 | 2020-12-25 17:18:56.830053 | idle in transaction | 0 | TRUNCATE t2; relation | dn_6001_6002 | postgres | tyx_1 | public | t2 | | | | | | 23/692 | AccessExclusiveLock | t | ::1/128 | cn_5002 | 140552359040768 | 2020-12-25 17:18:54.238933 | 2020-12-25 17:18:56.830053 | idle in transaction | 0 | TRUNCATE t2; 省略若干行 (55 rows)
構建等待關係
收集到各節點的鎖資訊之後，就可以開始構建等待關係了。
事務 A 等待事務 B，需要滿足 3 個條件：
1. 兩個事務加鎖的資源相同（同一個表、同一個分割槽、同一個頁面或同一個元組等）。特別注意，如果事務 A 對 DN1 的 t1 表的加鎖，事務 B 對 DN2 的 t1 表的加鎖，則我們認為它們加鎖的資源不同，只有同一節點上的同一資源才被認為是相同的資源。
2. 事務 B 已經持有鎖，而事務 A 還未持有鎖。
3. 事務 A 和事務 B 申請的鎖的級別互斥。
通過對上一步收集到的鎖資訊進行處理，就可以構建出事務的等待關係。
執行附件中的示例程式碼 pgxc_locks_wait.sql，就可以獲得等待關係：
locktype | nodename | datname | acquire_lock_pid | hold_lock_pid | acquire_lock_event | hold_lock_event ----------+----------+----------+------------------+-----------------+-------------------------------------------------------------------------+-------------------------------------------------------- relation | cn_5001 | postgres | 140508814374656 | 140508792350464 | usename : tyx_1 +| usename : tyx_1 + | | | | | nspname : public +| nspname : public + | | | | | relname : t2 +| relname : t2 + | | | | | partname : +| partname : + | | | | | page : +| page : + | | | | | tuple : +| tuple : + | | | | | virtualxid : +| virtualxid : + | | | | | transactionid : +| transactionid : + | | | | | virtualtransaction: 11/13 +| virtualtransaction: 12/1323 + | | | | | mode : AccessShareLock +| mode : AccessExclusiveLock + | | | | | client_addr : +| client_addr : ::1/128 + | | | | | application_name : gsql +| application_name : cn_5002 + | | | | | xact_start : 2020-12-25 17:18:40.478704 +| xact_start : 2020-12-25 17:18:54.238933 + | | | | | query_start : 2020-12-25 17:19:23.0923 +| query_start : 2020-12-25 17:18:54.239319 + | | | | | state : active +| state : idle in transaction + | | | | | query_id : 0 +| query_id : 0 + | | | | | query : EXECUTE DIRECT ON(dn_6001_6002) 'SELECT * FROM t2';+| query : TRUNCATE t2; + | | | | | ------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------ relation | cn_5002 | postgres | 140110481323776 | 140110672164608 | usename : tyx_1 +| usename : tyx_1 + | | | | | nspname : public +| nspname : public + | | | | | relname : t1 +| relname : t1 + | | | | | partname : +| partname : + | | | | | page : +| page : + | | | | | tuple : +| tuple : + | | | | | virtualxid : +| virtualxid : + | | | | | transactionid : +| transactionid : + | | | | | virtualtransaction: 12/94 +| virtualtransaction: 9/298 + | | | | | mode : AccessShareLock +| mode : AccessExclusiveLock + | | | | | client_addr : +| client_addr : ::1/128 + | | | | | application_name : gsql +| application_name : cn_5001 + | | | | | xact_start : 2020-12-25 17:18:54.238933 +| xact_start : 2020-12-25 17:18:40.478704 + | | | | | query_start : 2020-12-25 17:19:37.715447 +| query_start : 2020-12-25 17:18:40.479682 + | | | | | state : active +| state : idle in transaction + | | | | | query_id : 0 +| query_id : 0 + | | | | | query : EXECUTE DIRECT ON(dn_6003_6004) 'SELECT * FROM t1';+| query : TRUNCATE t1; + | | | | | ------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------ (2 rows)
等待關係判環
構建出事務的等待關係之後，就可以通過檢查等待關係是否成環，來判斷當前是否有分散式死鎖。
一般情況下，等待關係不會太多，通過觀察就可以判斷出當前有無分散式死鎖。通過觀察上一節中構建的等待資訊，可以很容易地判斷出事務 transaction1 和 transaction2 發生了迴圈等待，即產生了死鎖。
消除死鎖
上一步最終可能會找到等待關係中的一個或多個環，對於每個環，需要中止環中的一個事務，才能消除死鎖。至於應該選擇環中的哪個事務進行中止，需要我們從事務的重要性、已執行時間等多方面進行考慮，最終選擇一個對業務影響最小的事務進行中止。
總結
通過 SQL 語句，我們可以很方便地處理分散式死鎖。當我們在實際業務中遇到資料庫系統 hang 住的問題時，可以藉助本文提供的方法，檢查 hang 問題是否是分散式死鎖引起的，如果問題確實是由分散式死鎖引起的，還可以通過中止某個陷入死鎖的事務，來快速恢復業務。
附件下載： lock.zip 2.29KB
本文分享自華為雲社群《如何通過SQL進行分散式死鎖的檢測與消除》，原文作者：tyxxjtu。