PostgreSQL LWLock 경합 진단 및 완화 전략

LWLock 경합 및 Fast Path 잠금 메커니즘 이해

• LWLock은 PostgreSQL의 공유 메모리 구조 접근을 제어하는 경량 동기화 기법입니다.
• Fast Path 잠금은 충돌 없는 약한 락 (AccessShareLock, RowShareLock 등)에 대해 공유 메모리 락 해시 테이블을 우회하는 메커니즘입니다.
• 각 백엔드 프로세스는 16개의 Fast Path 슬롯을 가지며, 이 제한을 초과하거나 강한 락 요청 시 Slow Path로 전환됩니다.
• Slow Path 전환 시 공유 메모리 락 해시 테이블을 사용하며, 이 과정에서 LWLock:LockManager 대기 이벤트가 발생하여 성능이 저하됩니다.
• 테스트 결과, Fast Path 사용 시 최대 34%의 성능 향상을 확인할 수 있습니다.

LWLock 경합 발생 시나리오 분석 (실험)

• 파티션 테이블 쿼리: 파티션 프루닝 없이 모든 파티션 쿼리 시 Fast Path 슬롯이 소진되고 Slow Path로 전환되어 LWLock:LockManager 경합이 발생했습니다.
• 파티션 프루닝 활용: PL/pgSQL 블록을 통한 효과적인 파티션 프루닝은 Fast Path를 유지하여 경합을 줄이고 성능을 크게 향상시켰습니다.
• 불필요한 인덱스: 비파티션 테이블에 과도한 수의 인덱스 존재 시, 쿼리 플래너가 모든 인덱스에 대해 AccessShareLock을 획득하려 하여 Fast Path 슬롯 소진 및 LWLock:LockManager 경합을 유발했습니다.
• 다중 조인 쿼리: 여러 테이블에 걸친 복잡한 조인 쿼리는 필요한 락 수가 많아 Fast Path 슬롯을 쉽게 소진시키고 Slow Path 전환을 통해 LWLock:LockManager 경합과 높은 CPU 사용률을 발생시켰습니다.

PostgreSQL 락 경합 주요 완화 전략

• 파티션 테이블 최적화: 파티션 프루닝 활성화, 동적 SQL 대신 PL/pgSQL 블록 사용, 파티션 수 제한 (예: 월별 대신 분기별)을 통해 Fast Path 유지.
• 인덱스 조정: 사용되지 않거나 중복된 인덱스 제거/통합, 과도한 인덱싱 피하기 (예: 테이블당 10개 이하)로 락 오버헤드 감소.
• 스키마 디자인 조정: 불필요한 파티셔닝 피하기, 커버링 인덱스 활용 (INCLUDE 컬럼 추가), 높은 동시성 테이블 정규화를 통한 인덱스 확산 방지.
• 쿼리 최적화 및 PostgreSQL 튜닝: 조인 단순화 (Materialized View 활용), 작은 읽기 일괄 처리, 필요한 경우 max_locks_per_transaction 조정, pg_locks 뷰를 통한 Fast Path 사용량 모니터링.