pg启动过程中的那些事七：初始化共享内存和信号一：初始化shmemIndex和信号

 

       pg 现在要初始化另一块内存——共享内存 shared memory （以后 shared memory 有时会简写成 shmem ），在这块内存里， pg 存放数据、锁、各种 backend 进程等。

1 先上个图，看一下函数调用过程梗概，中间略过部分细节

 

初始化共享内存方法调用流程图

 

2 计算 shared memory 大小

话说 main()-> … ->PostmasterMain()-> … ->reset_shared() ，在 reset_shared () 这个函数里， pg 首先计算干 xxx 一堆事需要的内存大小 size ，然后分之。

首先我们看看都计算了哪些内存， 估算使用动态哈希表管理共享内存需要的内存；计算数据池及管理需要的内存（根据shared_buffer ）；计算锁表需要的共享内存；计算xlog 、clog 需要的共享内存；计算共享进程、子事务、并发控制、轻量级锁、backend 进程、后台写等需要的共享内存等，这些共享内存统统累加到size 。计算shared memory 共享内存代码如下：

        size = 100000;

        size = add_size(size, hash_estimate_size(SHMEM_INDEX_SIZE,

                                                  sizeof (ShmemIndexEnt)));

        size = add_size(size, BufferShmemSize());

        size = add_size(size, LockShmemSize());

        size = add_size(size, ProcGlobalShmemSize());

        size = add_size(size, XLOGShmemSize());

        size = add_size(size, CLOGShmemSize());

        size = add_size(size, SUBTRANSShmemSize());

        size = add_size(size, TwoPhaseShmemSize());

        size = add_size(size, MultiXactShmemSize());

        size = add_size(size, LWLockShmemSize());

        size = add_size(size, ProcArrayShmemSize());

        size = add_size(size, BackendStatusShmemSize());

        size = add_size(size, SInvalShmemSize());

        size = add_size(size, BgWriterShmemSize());

        size = add_size(size, BTreeShmemSize());

        size = add_size(size, SyncScanShmemSize());

        size = add_size(size, ShmemBackendArraySize());

2 分配并初始化 shared memory

计算好需要的共享内存大小 size 后调用 PGSharedMemoryCreate() 函数分配共享内存。 PGSharedMemoryCreate() 函数创建给定大小的共享内存段并初始化一个 PGShmemHeader 结构类型标准头，且给释放内存注册回调函数。如果发现死 postgres 段就回收，但是和非 postgres 内存段碰撞后 pg 不会失败。这儿的想法是检测和重用崩溃的 postmaster 或 backend 进程已经分配的 key 。

PGSharedMemoryCreate () 分配内存是先根据 postmaster 进程端口号计算找一个空闲 IPC key 的起始值。接着调用 InternalIpcMemoryCreate() 函数， 尝试根据给定 IPC key 调用 shmget() 函数 创建共享内存段。如果给定 key 的内存段已经存在就失败返回 NULL 。如果成功，把该内存段 attach 到当前进程 postmaster 并返回该内存段地址。调用 on_shmem_exit() 函数注册 detach 和 delete 该段内存时的回调函数 IpcMemoryDelete() 和IpcMemoryDetach() 到on_shmem_exit_list 数组 。

       on_shmem_exit() 函数注册函数到以 ONEXIT 结构为元素的数组on_shmem_exit_list[MAX_ON_EXITS] 中以供shmem_exit() 函数执行时调用。ONEXIT 结构结构定义见下面。

static struct ONEXIT

{

    void         (*function) (int code, Datum arg);

    Datum       arg;

}   on_proc_exit_list[MAX_ON_EXITS], on_shmem_exit_list[MAX_ON_EXITS];

 

    接着调用RecordSharedMemoryInLockFile() 函数把IPC key 和shmid 记录到postmaster.pid 文件，然后从InternalIpcMemoryCreate() 返回到 PGSharedMemoryCreate() 函数，再接着在分配到的共享内存的头部放一个 PGShmemHeader （结构定义见下面）结构实例并初始化其成员，使全局静态PGShmemHeader * 类型变量ShmemSegHdr 指到这个结构。然后调用PGReserveSemaphores() 函数分配存放信号的数组需要的内存到mySemSet 数组并用 on_shmem_exit() 函数注册 ReleaseSemaphores() 函数 到on_shmem_exit_list 数组，这个数组大小和backend 进程数有关。

typedef struct PGShmemHeader    /* standard header for all Postgres shmem */

{

    int32       magic;          /* magic # to identify Postgres segments */

#define PGShmemMagic  679834894

    pid_t       creatorPID;     /* PID of creating process */

    Size        totalsize;      /* total size of segment */

    Size        freeoffset;     /* offset to first free space */

    void             *index;         /* pointer to ShmemIndex table */

#ifndef WIN32                   /* Windows doesn't have useful inode#s */

    dev_t       device;         /* device data directory is on */

    ino_t       inode;          /* inode number of data directory */

#endif

} PGShmemHeader;

 

       现在到了 InitShmemAllocation() 函数，调用SpinLockInit() 给该共享内存初始化spinlock 锁ShmemLock 以备shmem 分配时使用。再调用ShmemAlloc() （这个涉及到pg 的另一块内存——共享内存/shared memory/shmem 的管理机制，到pg 的内存管理机制时在讨论。共享内存占pg 整个使用内存的90% 以上）给事务管理器transaction manager 在shmem 上分配一个VariableCacheData 类型的空间赋给VariableCacheData * 类型变量ShmemVariableCache 以备后用。

接着调用CreateLWLocks() 计算需要的LWLock 锁（关于pg 中的锁到并发控制的时候再讨论）的数目，并根据计算的数目分配LWLock 数组需要的空间。每个内存块（根据设定，一般8k ）需要两个LWLock ，还有clog 、subtrans 等需要的，这个数目会比较大，在我PC 上shared_buffer 是200MB 时这个数目是50,000+ 。

3 分配并初始化 shmem 索引 "ShmemIndex" ——可扩展哈希表

下来调用InitShmemIndex() 初始化一个pg 的可扩展哈希表（见pg 中的数据结构一） "ShmemIndex" 作为共享内存/shared memory/shmem 的索引。Pg 基于该索引表 "ShmemIndex" 管理shmem 内存。这里就是HTAB 、HASHHDR 、HashSegment 、HashBucket 、HashElemen 等等一堆招呼，可扩展哈希表 "ShmemIndex" 诞生了。其中的HTAB 在TopMemoryContext 里，其它在shmem 里， "ShmemIndex" 哈希表里存的是ShmemIndexEnt 类型实例，记录shmem 里每个内存块的名字、大小及偏移信息。按默认信息创建的 "ShmemIndex" 哈希表可以管理64M 以上个内存片段（每个哈希桶的开链表按1 个元素计算），结构见下图。

typedef struct

{

    char         key[SHMEM_INDEX_KEYSIZE];       /* string name */

    void             *location;      /* location in shared mem */

    Size        size;           /* # bytes allocated for the structure */

} ShmemIndexEnt;

 

static PGShmemHeader *ShmemSegHdr;      /* shared mem segment header */

 

共享内存及其索引 "ShmemIndex" 结构图

 

这一节就到这儿吧。