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使用磁盘缓存加快数据库性能

本页介绍了如何在 AlloyDB Omni 上预配、设置和使用磁盘缓存，以提高 AlloyDB Omni 安装的性能。

除了标准的 PostgreSQL 内存共享缓冲区之外，AlloyDB Omni 磁盘缓存还支持将缓冲区存储在固态硬盘 (SSD) 等高速存储设备上。磁盘缓存可加快 AlloyDB Omni 安装中的数据检索速度，前提是数据目录位于速度较慢的存储空间上。

与 PostgreSQL 共享缓冲区一样，AlloyDB Omni 磁盘缓存是非永久性的，这意味着缓存的数据会在重启时丢失。

默认情况下，AlloyDB Omni 磁盘缓存会使用文件系统报告的所有存储空间。您可以使用 omni_disk_cache_file_size 参数定义为缓存数据预留的存储空间量。

启用 AlloyDB Omni 磁盘缓存

为 AlloyDB Omni 启用磁盘缓存的步骤取决于您是在容器中还是在 Kubernetes 集群上运行 AlloyDB Omni。

单服务器

预配磁盘并创建文件系统

对于 AlloyDB Omni 磁盘缓存，您可以在一个或多个磁盘上创建文件系统，并使用 AlloyDB Omni 将其挂载在容器内。此外，您还可以使用 mdadm 或 lvm 等实用程序，使用多个磁盘共享容量，并使用任何文件系统。

以下步骤演示了如何在使用 NVMe SSD 的 Ubuntu Compute Engine 实例上使用 lvm 和 ext4。

使用所有可用的实体设备创建卷组：
```
  nvme_prefix="STORAGE_PREFIX"
  nvme_list=$(ls "$nvme_prefix"*)
  sudo vgcreate VOLUME_GROUP ${nvme_list}
```
替换以下内容：
- STORAGE_PREFIX：使用非易失性存储器 Express (NVMe) 接口挂接到虚拟机的目标本地磁盘路径的前缀。例如，在 Google Cloud上，NVMe 设备路径始终以 /dev/nvme0n 开头。
- VOLUME_GROUP：用于组合 SSD 的卷组的名称，例如 omni-disk-cache-volume。
如需使用上一步中卷组的空闲容量创建逻辑卷，请使用以下命令：
```
  sudo lvcreate -n LOGICAL_VOLUME -l 100%FREE VOLUME_GROUP
```
将 LOGICAL_VOLUME 替换为 LVM 视为分区的逻辑卷的名称，例如 omni_disk_cache_device。
在逻辑卷上创建 ext4 文件系统。如果需要，您可以指定其他受数据安全影响的 ext4 选项。
```
  sudo mkfs.ext4 /dev/VOLUME_GROUP/LOGICAL_VOLUME
```
如需创建一个目录，并将其作为宿主机上的装载点来装载文件系统，请使用以下命令：
```
  sudo mkdir /OMNI_DISK_CACHE_DIRECTORY
  sudo mount /dev/VOLUME_GROUP/LOGICAL_VOLUME /OMNI_DISK_CACHE_DIRECTORY
```
将 OMNI_DISK_CACHE_DIRECTORY 替换为目录名称或用作装载点的目录的路径，例如 omni_disk_cache_directory。

在 AlloyDB Omni 中挂载缓存目录

在为在容器中运行的 AlloyDB Omni 启用磁盘缓存之前，您必须在 AlloyDB Omni 中挂载缓存目录。

如需了解如何从 Docker 映像安装 AlloyDB Omni 并对其进行自定义，请参阅自定义 AlloyDB Omni 安装。

如需在运行 AlloyDB Omni 的 Docker 容器中挂载 OMNI_DISK_CACHE_DIRECTORY，请使用以下命令：

Docker

      sudo docker run --name CONTAINER_NAME \
        -e POSTGRES_PASSWORD=PASSWORD \
        -e PGDATA=/var/lib/postgresql/data/pgdata \
        -v DATA_DIR:/var/lib/postgresql/data \
        -v /OMNI_DISK_CACHE_DIRECTORY:/CACHE_DIRECTORY_PATH_INSIDE_CONTAINER \
        -d google/alloydbomni

替换以下内容：

CONTAINER_NAME：要为新的 AlloyDB Omni 容器分配的名称，例如 my-omni。
PASSWORD：PostgreSQL 数据库根目录管理员的密码。
DATA_DIR：您希望 AlloyDB Omni 用于其数据目录的文件系统路径。
CACHE_DIRECTORY_PATH_INSIDE_CONTAINER：AlloyDB Omni 容器内的缓存目录，该目录会映射到宿主机上的挂载点；例如，基于容器内缓存目录的值，可以是 /omni_disk_cache_directory（类似于 OMNI_DISK_CACHE_DIRECTORY）或 /disk/cache/inside/container。

Podman

      podman run --name CONTAINER_NAME \
        -e POSTGRES_PASSWORD=PASSWORD \
        -e PGDATA=/var/lib/postgresql/data/pgdata \
        -v DATA_DIR:/var/lib/postgresql/data \
        -v /OMNI_DISK_CACHE_DIRECTORY:/CACHE_DIRECTORY_PATH_INSIDE_CONTAINER \
        -d docker.io/google/alloydbomni

替换以下内容：

CONTAINER_NAME：要为新的 AlloyDB Omni 容器分配的名称，例如 my-omni。
PASSWORD：PostgreSQL 数据库根目录管理员的密码。
CACHE_DIRECTORY_PATH_INSIDE_CONTAINER：AlloyDB Omni 容器内的缓存目录，该目录会映射到宿主机上的挂载点；例如，基于容器内缓存目录的值，可以是 /omni_disk_cache_directory（类似于 OMNI_DISK_CACHE_DIRECTORY）或 /disk/cache/inside/container。

如需向已挂载的 OMNI_DISK_CACHE_DIRECTORY 授予完全访问权限，请使用以下命令：

Docker

      sudo docker exec -it CONTAINER_NAME chown postgres:postgres /CACHE_DIRECTORY_PATH_INSIDE_CONTAINER
      sudo docker exec -it CONTAINER_NAME chmod -R a+rw  /CACHE_DIRECTORY_PATH_INSIDE_CONTAINER

Podman

      sudo podman exec -it CONTAINER_NAME chown postgres:postgres /CACHE_DIRECTORY_PATH_INSIDE_CONTAINER
      sudo podman exec -it CONTAINER_NAME chmod -R a+rw  /CACHE_DIRECTORY_PATH_INSIDE_CONTAINER

为在容器中运行的 AlloyDB Omni 启用 AlloyDB Omni 磁盘缓存

如需为数据库启用 AlloyDB Omni 磁盘缓存，请确保可以从 Docker 容器内访问已挂载的缓存目录，然后设置适当的 Grand Unified Configuration (GUC) 参数。

如需以超级用户身份连接到容器化 AlloyDB Omni 数据库，请使用以下命令：

Docker

      sudo docker exec -it CONTAINER_NAME psql -h localhost -U postgres

Podman

      sudo podman exec -it CONTAINER_NAME psql -h localhost -U postgres

如需设置参数的值，请在 AlloyDB Omni 数据库中使用以下命令：

        alter system set omni_disk_cache_enabled=on;
        alter system set omni_disk_cache_directory='/CACHE_DIRECTORY_PATH_INSIDE_CONTAINER';

默认情况下，AlloyDB Omni 会使用文件系统中的所有可用空间。如果需要，您可以使用 omni_disk_cache_file_size 参数替换默认值。
```
      alter system set omni_disk_cache_file_size=SIZE_IN_MB;
      
```

如需使缓存配置参数更改生效，请使用 AlloyDB Omni 重启正在运行的容器：

Docker

      sudo docker restart CONTAINER_NAME

Podman

      sudo podman restart CONTAINER_NAME

Kubernetes

在通用卷上启用磁盘缓存

您可以使用通用卷启用磁盘缓存。

如需在 AlloyDB Omni Kubernetes 操作器上为通用卷启用磁盘缓存，您需要预先准备好永久性卷和 storageClass。

例如，如果您使用 GKE 且尚未准备好永久性卷和 storageClass，请确保您已执行以下操作，然后再在通用卷上启用磁盘缓存：

创建了使用基于本地 SSD 的存储空间的集群。
使用运行本地卷静态预配工具的第 1 步将卷格式化为 ext4 文件系统。
使用用于定义存储设备上持久性存储的 storageClass 为集群中的每个 SSD 手动创建了永久性卷。

如需为数据库的通用卷启用磁盘缓存，请完成以下步骤：

修改数据库集群清单，将 ultraFastCache 属性添加到 spec 部分的 features 部分：
```
    apiVersion: alloydbomni.dbadmin.goog/v1
    kind: DBCluster
    metadata:
      name: CLUSTER_NAME
    spec:
      databaseVersion: "15.7.0"
      primarySpec:
        features:
          ultraFastCache:
            cacheSize: DISK_CACHE_SIZE
            genericVolume:
              storageClass: "STORAGE_CLASS_NAME"
     ...
      
```
替换以下内容：
- DB_CLUSTER_NAME：您的数据库集群的名称。该名称与您在创建数据库集群时声明的名称相同。
- DISK_CACHE_SIZE：缓存的大小，例如 100Gi。必须大于 shared_buffers。此字段是可选字段。如果您未指定此字段的值，AlloyDB Omni 将使用磁盘上的所有剩余空间，这适用于容器中的 AlloyDB Omni 和 Kubernetes 集群中的 AlloyDB Omni。
- STORAGE_CLASS_NAME：超高速缓存卷的 storage class 的名称，例如 local-storage。
重新应用清单。

在本地卷上启用磁盘缓存

如果您想使用本地卷，则无需创建永久性卷。您可以改用以下优化。

例如，如果您使用 GKE 且尚未准备好永久性卷和 storageClass，请确保您已执行以下操作，然后再在本地卷上启用磁盘缓存：

创建了使用基于本地 SSD 的存储空间的集群。
使用运行本地卷静态预配工具的第 1 步将卷格式化为 ext4 文件系统。

如需为数据库在本地卷上启用磁盘缓存，请执行以下操作：

修改数据库集群清单，将 ultraFastCache 属性添加到 spec 部分的 features 部分：
```
    apiVersion: alloydbomni.dbadmin.goog/v1
    kind: DBCluster
    metadata:
      name: CLUSTER_NAME
    spec:
      databaseVersion: "15.7.0"
      primarySpec:
        features:
          ultraFastCache:
            cacheSize: DISK_CACHE_SIZE
            localVolume:
              path: "LOCAL_VOLUME_PATH"
              nodeAffinity:
                required:
                  nodeSelectorTerms:
                  - matchExpressions:
                    - key: "LABEL_KEY"
                      operator: "OPERATOR_VALUE"
                      values:
                      - "LABEL_KEY_VALUE"
    ...
      
```
替换以下内容：
- CLUSTER_NAME：您的数据库集群的名称。该名称与您在创建数据库集群时声明的名称相同。
- DISK_CACHE_SIZE：缓存的大小，例如 100Gi。必须大于 shared_buffers。此字段是可选字段。如果您未指定此字段的值，AlloyDB Omni 将使用磁盘上的所有剩余空间，这适用于容器中的 AlloyDB Omni 和 Kubernetes 集群中的 AlloyDB Omni。
- STORAGE_CLASS_NAME：存储类的名称。
- LOCAL_VOLUME_PATH：本地卷的路径，例如 /mnt/disks/raid/0。
- LABEL_KEY：节点的键标签，该键用作位置指示器，有助于在集群中均匀分配 Pod，例如 cloud.google.com/gke-local-nvme-ssd。
- OPERATOR_VALUE：键与一组值的关系，例如 In。将该参数设置为以下任一项：
  - In：值数组不得为空。
  - NotIn：值数组不得为空。
  - Exists：值数组必须为空。
  - DoesNotExist：值数组必须为空。
  - Gt：值数组必须包含一个元素，该元素会被解读为整数。
  - Lt：值数组必须包含一个元素，该元素会被解读为整数。
- LABEL_KEY_VALUE：标签键的值，例如 true。将该参数设置为字符串值数组，如下所示：
  - 如果运算符为 In 或 NotIn，则值数组不得为空。
  - 如果运算符为 Exists 或 DoesNotExist，则值数组必须为空。
  - 如果运算符为 Gt 或 Lt，则值数组必须包含单个元素，该元素会被解读为整数。
重新应用清单。

验证磁盘缓存配置

启用 AlloyDB Omni 磁盘缓存后，使用 iotop 或 iostat 等可用实用程序监控对磁盘的读写活动，验证是否访问了磁盘缓存。

此外，您还可以检查 AlloyDB Omni 磁盘缓存是否处于打开状态。

用于验证 AlloyDB Omni 的磁盘缓存配置的步骤取决于您是在容器中还是在 Kubernetes 集群上运行 AlloyDB Omni。

单服务器

Docker

sudo docker logs CONTAINER_NAME 2>&1 | grep "opened omni disk cache"

Podman

sudo podman logs CONTAINER_NAME 2>&1 | grep "opened omni disk cache"

Kubernetes

  kubectl exec -i $DATABASE_POD -c database -n $DBCLUSTER_NAMESPACE -- cat /obs/diagnostic/postgresql.log | grep "opened omni disk cache"

如果磁盘缓存配置正确，日志中会显示 Successfully opened omni disk cache ... 消息。

使用磁盘缓存加快数据库性能

启用 AlloyDB Omni 磁盘缓存

单服务器

预配磁盘并创建文件系统

在 AlloyDB Omni 中挂载缓存目录

Docker

Podman

Docker

Podman

为在容器中运行的 AlloyDB Omni 启用 AlloyDB Omni 磁盘缓存

Docker

Podman

Docker

Podman

Kubernetes

在通用卷上启用磁盘缓存

在本地卷上启用磁盘缓存

验证磁盘缓存配置

单服务器

Docker

Podman

Kubernetes

后续步骤