PostgreSQL查询当前执行中SQL的执行计划——pg_show_plans

执行计划存储

如果同样的SQL要执行很多遍，且每次都是同样的执行计划、每次都发生硬解析，则会消耗大量时间。类似于Oracle存放执行计划的library cache，PG也有一个类似的概念——plan_cache。但实际上，PG提供的是预备语言(preparedstatement)，它要求应用给这个语句进行标识后，再通过这个标识请求服务端执行，并且由应用负责回收。

对于无参的预备语句，在第一次执行的时候就会生成执行计划，之后会延用其来完成任务；对于有参的预备语句，最优执行计划会因为变量实际值的不同而不同。因此，在PG里：前5次执行预备语句，每一次都产生新的执行计划，叫做custom plan；第6次再执行时，会生成一个不依赖于参数的执行计划并保存下来，叫做generic plan。之后每执行一个预备语句，也都会产生一个相对应的custom plan。若generic plan比custom plan的平均值小1.1倍，则使用generic plan，否则使用当前产生的对应的custom plan。

• custom plan是指对于preapre语句，在执行execute的时候，把execute语句中的参数嵌套到语句之后生成的计划。 

• custom plan会根据execute语句中具体的参数生成计划，这种方案的优点是每次都按照具体的参数生成优选计划，执行性能比较好；缺点是每次执行前都需要重新生成计划，存在大量的重复的优化器开销。 

• generic plan是指对于preapre语句生成计划，该计划策略会在执行execute语句的时候把参数bind到plan中，然后执行计划。这种方案的优点是每次执行可以省去重复的优化器开销；缺点是当bind参数字段上数据存在倾斜时该计划可能不是最优的， 部分bind参数场景下执行性能较差。

可以根据pg_prepared_statements视图显示当前会话所有可用的预备语句。

postgres=# d pg_prepared_statements
                  View "pg_catalog.pg_prepared_statements"
     Column      |           Type           | Collation | Nullable | Default
-----------------+--------------------------+-----------+----------+---------
name            | text                     |           |          |
statement       | text                     |           |          |
prepare_time    | timestamp with time zone |           |          |
parameter_types | regtype[]                |           |          |
from_sql        | boolean                  |           |          |

plan_cache_mode参数可以影响prepare语句选择生成执行计划的策略。

• auto表示按照默认的方式选择custom plan或

  者generic plan

• force_generic_plan表示强制走generic plan

• force_custom_plan表示强制走custom plan

此参数只对prepare语句生效，一般用在prepare语句中参数化字段存在比较严重数据倾斜的场景下。

通常情况，我们可以通过explain、explain analyze、explain verbose来获取执行计划。

但是explain查询当前缓存的执行计划，在实际中估算的成本可能是不准确的，因为很可能估算的成本和实际运行的成本不一致。而explain analyze、explain verbose则会实际执行SQL，但在某些场景不会被允许执行。

可以尝试采用开启一个事务后，explain analyze、explain verbose查看执行计划，最后rollback。

pg_show_plans模块

接下来的主题则是一个供PostgreSQL数据库查询正在进行的SQL执行计划的模块——pg_show_plans，它可以动态查找当前正在进行的SQL执行计划。

pg_show_plans是一个显示当前运行的所有SQL语句执行计划的模块。它在plan结束位置，截获并存储当前plan tree，从而使其他会话可以打印存储plan tree。此模块支持从9.5到12的PostgreSQL版本。它会在共享内存上创建一个哈希表，以便临时存储查询计划。哈希表大小不能更改，因此如果哈希表已满，则不会存储计划。

安装及使用介绍

1.进到数据库对应的contrib目录下。

[postgres@t1ysl opt]$ cd  /opt/postgresql-12.1/contrib/

2.获取pg_show_plans扩展包。

[postgres@t1ysl contrib]$ git clone https://github.com/cybertec-postgresql/pg_show_plans.git
Cloning into 'pg_show_plans'...
remote: Enumerating objects: 70, done.
remote: Counting objects: 100% (2/2), done.
remote: Compressing objects: 100% (2/2), done.
remote: Total 70 (delta 0), reused 0 (delta 0), pack-reused 68
Unpacking objects: 100% (70/70), done.

3.编译安装。

[postgres@t1ysl contrib]$ cd pg_show_plans/
[postgres@t1ysl pg_show_plans]$ make
make -C ../../src/backend generated-headers
make[1]: Entering directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend'
make -C catalog distprep generated-header-symlinks
make[2]: Entering directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend/catalog'
make[2]: Nothing to be done for `distprep'.
make[2]: Nothing to be done for `generated-header-symlinks'.
make[2]: Leaving directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend/catalog'
make -C utils distprep generated-header-symlinks
make[2]: Entering directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend/utils'
make[2]: Nothing to be done for `distprep'.
make[2]: Nothing to be done for `generated-header-symlinks'.
make[2]: Leaving directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend/utils'
make[1]: Leaving directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend'
gcc -std=gnu99 -Wall -Wmissing-prototypes -Wpointer-arith -Wdeclaration-after-statement -Werror=vla -Wendif-labels -Wmissing-format-attribute -Wformat-security -fno-strict-aliasing -fwrapv -fexcess-precision=standard -O2 -fPIC -I. -I. -I../../src/include  -D_GNU_SOURCE   -c -o pg_show_plans.o pg_show_plans.c
gcc -std=gnu99 -Wall -Wmissing-prototypes -Wpointer-arith -Wdeclaration-after-statement -Werror=vla -Wendif-labels -Wmissing-format-attribute -Wformat-security -fno-strict-aliasing -fwrapv -fexcess-precision=standard -O2 -fPIC -shared -o pg_show_plans.so pg_show_plans.o -L../../src/port -L../../src/common    -Wl,--as-needed -Wl,-rpath,'/opt/pg12/lib',--enable-new-dtags  
[postgres@t1ysl pg_show_plans]$ make install
make -C ../../src/backend generated-headers
make[1]: Entering directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend'
make -C catalog distprep generated-header-symlinks
make[2]: Entering directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend/catalog'
make[2]: Nothing to be done for `distprep'.
make[2]: Nothing to be done for `generated-header-symlinks'.
make[2]: Leaving directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend/catalog'
make -C utils distprep generated-header-symlinks
make[2]: Entering directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend/utils'
make[2]: Nothing to be done for `distprep'.
make[2]: Nothing to be done for `generated-header-symlinks'.
make[2]: Leaving directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend/utils'
make[1]: Leaving directory `/opt/postgresql-12.1/src/backend'
/bin/mkdir -p '/opt/pg12/lib/postgresql'
/bin/mkdir -p '/opt/pg12/share/postgresql/extension'
/bin/mkdir -p '/opt/pg12/share/postgresql/extension'
/bin/install -c -m 755  pg_show_plans.so '/opt/pg12/lib/postgresql/pg_show_plans.so'
/bin/install -c -m 644 ./pg_show_plans.control '/opt/pg12/share/postgresql/extension/'
/bin/install -c -m 644 ./pg_show_plans--1.0.sql  '/opt/pg12/share/postgresql/extension/'

4.在postgresql.conf文件的shared_preload_libraries里增加pg_show_plans，并重启数据库生效。

vi postgresql.conf
增加 shared_preload_libraries = 'pg_show_plans'  

[postgres@t1ysl ~]$ pg_ctl restart 
waiting for server to shut down.... done
server stopped
waiting for server to start....2021-07-25 08:52:08.402 CST [2990] LOG:  starting PostgreSQL 12.1 on x86_64-pc-linux-gnu, compiled by gcc (GCC) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44), 64-bit
2021-07-25 08:52:08.402 CST [2990] LOG:  listening on IPv4 address "0.0.0.0", port 6000
2021-07-25 08:52:08.402 CST [2990] LOG:  listening on IPv6 address "::", port 6000
2021-07-25 08:52:08.406 CST [2990] LOG:  listening on Unix socket "/tmp/.s.PGSQL.6000"
2021-07-25 08:52:08.434 CST [2990] LOG:  redirecting log output to logging collector process
2021-07-25 08:52:08.434 CST [2990] HINT:  Future log output will appear in directory "/opt/pg_log6000".
 done
server started

5.创建EXTENSION。

postgres=# CREATE EXTENSION pg_show_plans;  
CREATE EXTENSION

6.通过pg_show_plans表可查看当前正在进行的SQL执行计划。

postgres=# d pg_show_plans
           View "public.pg_show_plans"
Column |  Type  | Collation | Nullable | Default
--------+--------+-----------+----------+---------
pid    | bigint |           |          |
level  | bigint |           |          |
userid | oid    |           |          |
dbid   | oid    |           |          |
plan   | text   |           |          |

模拟使用场景

1.开启两个session。

• 一个session执行一条较慢SQL(便于获取到其执行计划)

• 一个session在SQL执行过程获取其执行计划

2.这里我举例的SQL为对一张346MB的表的全表扫描。

session1:
postgres=# dt+ t1_ysl
                     List of relations
Schema |  Name  | Type  |  Owner   |  Size  | Description
--------+--------+-------+----------+--------+-------------
public | t1_ysl | table | postgres | 346 MB |
(1 row)

postgres=# select * from t1_ysl ;
   id    
---------
3511203
5877715
7284053
4522491
3815961
6454179
2712063
...

通过pg_show_plans和pg_stat_activity联合查询出当前正在进行的SQL执行计划。

session2:
postgres=# SELECT * FROM pg_show_plans;
pid  | level | userid | dbid  |                                 plan                             
     
------+-------+--------+-------+------------------------------------------------------------------
-----
1812 |     0 |     10 | 13593 | Function Scan on pg_show_plans  (cost=0.00..10.00 rows=1000 width
=56)
1899 |     0 |     10 | 13593 | Seq Scan on t1_ysl  (cost=0.00..144247.77 rows=9999977 width=4)
(2 rows)


postgres=#  SELECT p.pid, p.level, p.plan, a.query FROM pg_show_plans p   
   LEFT JOIN pg_stat_activity a  
   ON p.pid = a.pid AND p.level = 0 ORDER BY p.pid, p.level;
pid  | level |                                              plan                                 
             |                             query                              
------+-------+-----------------------------------------------------------------------------------
-------------+----------------------------------------------------------------
1812 |     0 | Sort  (cost=72.08..74.58 rows=1000 width=80)                                      
            +| SELECT p.pid, p.level, p.plan, a.query FROM pg_show_plans p   +
      |       |   Sort Key: pg_show_plans.pid, pg_show_plans.level                                
            +|    LEFT JOIN pg_stat_activity a                               +
      |       |   ->  Hash Left Join  (cost=2.25..22.25 rows=1000 width=80)                       
            +|    ON p.pid = a.pid AND p.level = 0 ORDER BY p.pid, p.level;
      |       |         Hash Cond: (pg_show_plans.pid = s.pid)                                    
            +|
      |       |         Join Filter: (pg_show_plans.level = 0)                                    
            +|
      |       |         ->  Function Scan on pg_show_plans  (cost=0.00..10.00 rows=1000 width=48)
            +|
      |       |         ->  Hash  (cost=1.00..1.00 rows=100 width=44)                             
            +|
      |       |               ->  Function Scan on pg_stat_get_activity s  (cost=0.00..1.00 rows=1
00 width=44) |
1899 |     0 | Seq Scan on t1_ysl  (cost=0.00..144247.77 rows=9999977 width=4)                   
             | select * from t1_ysl ;
(2 rows)

相关参数

• pg_show_plans.enable 是否可以显示计划。

• pg_show_plans.plan_format 它控制查询计划的输出格式。可以选择文本或JSON。默认为文本。

• pg_show_plans.max_plan_length 它设置查询计划的最大长度。默认值为8192[字节]。此参数必须设置为整数

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