PostgreSQL的vacuum流程

vacuum是一種維護過程，有助於PostgreSQL的持久執行，它的兩個主要任務是刪除死元組，以及凍結事務標識。

vacuum的作用：
1.釋放,再利用更新/刪除的行所佔據的磁碟空間。
2.更新postgresql查詢計劃中使用的統計資料。
3.防止因事務ID的重置而使非常老的資料丟失。

併發清理過程為指定的表或者資料庫中的表執行以下任務：

第一部分
1.從指定的表中依次處理每一張表，
2.獲取表上的ShareUpdateExclusiveLock鎖（該鎖允許其他事物對該表進行讀取）。
3.掃描表中的所有頁面，獲取所有的死亡元組，（死元組的列表儲存在本地記憶體的maintenance_work_mem裡）
4.如果有必要，凍結舊的元組的事務標識
5.移除指向死亡元組的索引元組
第二部分
1.移除每一頁中的死亡元組，並對每一頁內的的活元組進行碎片整理，重排本頁的活元組
2.更新已經處理的空閒空間對映（FSM）和可見性對映（VM）
PG會不斷執行這個過程直至最後一頁
第三部分
1.如果最後一個頁面沒有任何元組，則截斷最後一頁
2.更新與凍結事務標識相關的系統檢視（pg_class與pg_database）
3.釋放ShareUpdateExclusiveLock鎖
第四部分
1.更新一些統計資訊（pg_stat_all_tables等）
2.移除不必要的提交日誌檔案，移除CLOG（10版本及以後為xact）中的非必要檔案與頁面
（當更新pg_database.datfrozenxid時，會嘗試刪除不必要的CLOG）

清理過程會使用共享快取，處理過的頁面不會快取在共享快取裡。
為了移除死亡元組，清理過程有兩種模式，分別是併發清理與完整清理。清理過程刪除表檔案每個頁面中的死元組，而其他事務可以在其執行時繼續讀取該表。相反，完整清理不僅會 移除整個檔案中所有的死元組，還會對整個檔案中所有的活元組進行碎片整理。其他事務在完整清理執行時無法訪問該表。
清理過程涉及全表掃描，所以引入了可見性對映（Visibility Map，VM）來提高移除死元組的效率。

VM：每個表都有各自的可見性對映，用於儲存表檔案中每個頁面的可見性，頁面的可見性確定了每個頁面是否包含死亡元組。清理過程可以跳過沒有死亡元組的頁面。

如圖，假設一個表包含三個頁面，第0號頁和第2號頁包含死亡元組，但是第一號頁不包含死亡元組，在可見性對映中儲存著包含死亡元組的資訊，則在清理過程中，會參考VM，跳過第一個頁面清理下邊的頁面。
每個VM 檔案字尾_vm儲存，如一個表檔案的relfilenode是2612，則VM檔案為2612_vm,VM在9.6版本做了加強，除了顯示頁面可見性，還包含了頁面中原則是否全部凍結的資訊。

凍結過程分兩種模式：惰性模式和迫切模式。

惰性模式在開始凍結處理時，PG會計算freezelimit_txid,並凍結t_xmin小於freezelimit_txid的元組，
freezelimit_txid=（OldestXmin-vacuum_freeze_min_age）
OldestXmin是當前正在執行的事務中最早的事務標識，vacuum_freeze_min_age是一個配置引數（預設為50000000）

迫切模式 9.5版本之前會掃描所有頁以檢查表中的所有元組，更新相關的系統目錄，並在可能的情況下刪除不必要的檔案和clog頁。
滿足pg_database.datfrozenxid <(OldestXmin-vacuum_freeze_table_age)時，會觸發迫切模式，vacuum_freeze_table_age 預設值為150000000。
凍結每個表後，目標表的pg_class.relfrozenxid被更新。 在完成vacuum處理之前，必要時更新pg_database.datfrozenxid。每個pg_database.datfrozenxid列在相應的資料庫中儲存最小pg_class.relfrozenxid。

9.6版本進行了VM與凍結過程，新VM包含了每個頁面中所有元組是否被全部凍結的資訊，在迫切模式下進行凍結處理時，可以跳過僅包含凍結元組的頁面。

帶有freeze的vacuum會強制凍結指定表中的所有事務標識，而且freezeLimit會被設定為OldestXmin而不是OldestXmin - vacuum_freezre_min_age。