使用磁碟快取提升資料庫效能

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本頁說明如何佈建、設定及使用 AlloyDB Omni 的磁碟快取，以提升 AlloyDB Omni 安裝作業的效能。

除了標準 PostgreSQL 記憶體內建的共用緩衝區，AlloyDB Omni 磁碟快取還可將緩衝區儲存在固態硬碟 (SSD) 等快速儲存空間。如果 AlloyDB Omni 安裝作業的資料目錄位於速度較慢的儲存空間，磁碟快取功能可加快資料擷取速度。

與 PostgreSQL 共用緩衝區類似，AlloyDB Omni 磁碟快取不會保留資料，因此快取資料會在重新啟動時遺失。

根據預設，AlloyDB Omni 磁碟快取會使用檔案系統回報的所有儲存空間。您可以使用 omni_disk_cache_file_size 參數，定義保留給快取資料的儲存空間量。

啟用 AlloyDB Omni 磁碟快取

啟用 AlloyDB Omni 的磁碟快取時，採取的步驟取決於您是在容器中還是 Kubernetes 叢集上執行 AlloyDB Omni。

在一般磁碟區上啟用磁碟快取

您可以使用一般磁碟區啟用磁碟快取。

如要在 AlloyDB Omni Kubernetes 運算子的通用磁碟區上啟用磁碟快取，您需要永久磁碟區和 storageClass。

舉例來說，如果您使用 GKE，且沒有永久磁碟區和 storageClass，請務必先執行下列操作，再對一般磁碟區啟用磁碟快取：

建立具有本機 SSD 儲存空間的叢集。
使用「執行本機磁碟區靜態佈建工具」的步驟 1，將磁碟區格式化為 ext4 檔案系統。
為叢集中的每個 SSD 手動建立永久磁碟區，並使用 storageClass 在儲存裝置上定義永久儲存空間。

如要為資料庫的通用磁碟區啟用磁碟快取，請完成下列步驟：

修改資料庫叢集資訊清單，將 ultraFastCache 屬性新增至 spec 區段的 features 區段：
```
      apiVersion: alloydbomni.dbadmin.goog/v1
      kind: DBCluster
      metadata:
        name: CLUSTER_NAME
      spec:
        databaseVersion: "17.5.0"
        primarySpec:
          features:
            ultraFastCache:
              cacheSize: DISK_CACHE_SIZE
              genericVolume:
                storageClass: "STORAGE_CLASS_NAME"
      ...
      
```
更改下列內容：
- DB_CLUSTER_NAME：資料庫叢集名稱。也就是建立資料庫叢集時所宣告的名稱。
- DISK_CACHE_SIZE：快取大小，例如 100Gi。必須大於 shared_buffers。這是選填欄位。如果您未指定這個欄位的值，AlloyDB Omni 會使用磁碟上所有剩餘空間，這適用於容器和 Kubernetes 叢集中的 AlloyDB Omni。
- STORAGE_CLASS_NAME：超高速快取磁碟區的 storage class 名稱，例如 local-storage。
重新套用資訊清單。

在本機磁碟區上啟用磁碟快取

如要使用本機磁碟區，不必建立永久磁碟區。您可以改用下列最佳化方式。

舉例來說，如果您使用 GKE，且沒有永久磁碟區和 storageClass，請務必先執行下列操作，再在本機磁碟區上啟用磁碟快取：

建立具有本機 SSD 儲存空間的叢集。
使用「執行本機磁碟區靜態佈建工具」的步驟 1，將磁碟區格式化為 ext4 檔案系統。

如要在資料庫的本機磁碟區啟用磁碟快取，請按照下列步驟操作：

修改資料庫叢集資訊清單，將 ultraFastCache 屬性新增至 spec 區段的 features 區段：
```
    apiVersion: alloydbomni.dbadmin.goog/v1
    kind: DBCluster
    metadata:
      name: CLUSTER_NAME
    spec:
      databaseVersion: "17.5.0"
      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"
    ...
      
```
更改下列內容：
- CLUSTER_NAME：資料庫叢集名稱。也就是建立資料庫叢集時所宣告的名稱。
- DISK_CACHE_SIZE：快取大小，例如 100Gi。必須大於 shared_buffers。這是選填欄位。如果您未指定這個欄位的值，AlloyDB Omni 會使用磁碟上所有剩餘空間，這適用於容器和 Kubernetes 叢集中的 AlloyDB Omni。
- STORAGE_CLASS_NAME：儲存空間類別的名稱。
- LOCAL_VOLUME_PATH：本機磁碟區的路徑，例如 /mnt/disks/raid/0。
- LABEL_KEY：節點的標籤，用於做為位置指標，並在叢集中平均分配 Pod，例如 cloud.google.com/gke-local-nvme-ssd。
- OPERATOR_VALUE：鍵與一組值的關係，例如 In。將參數設為下列其中一個值：
  - In：值陣列不得為空。
  - NotIn：值陣列不得為空。
  - Exists：值陣列必須為空白。
  - DoesNotExist：值陣列必須為空白。
  - Gt：值陣列必須只有一個元素，且會解譯為整數。
  - Lt：值陣列必須只有一個元素，且會解譯為整數。
- LABEL_KEY_VALUE：標籤鍵的值，例如 true。將參數設為字串值陣列，如下所示：
  - 如果運算子為 In 或 NotIn，值陣列不得為空。
  - 如果運算子是 Exists 或 DoesNotExist，值陣列必須為空。
  - 如果運算子為 Gt 或 Lt，值陣列必須只有一個元素，且會解譯為整數。
重新套用資訊清單。

在暫時磁碟區上啟用磁碟快取

您可以使用 emptyDir 磁碟區啟用磁碟快取，這會提供與 Pod 生命週期直接相關的暫時儲存空間。系統將 Pod 指派給節點時會建立 emptyDir；只要該 Pod 仍在該節點上執行，這個磁碟區就會繼續保留。

當 Pod 從節點移除時，emptyDir 中的資料也會永久刪除。這類磁碟區適合用於快取，因為可提供暫時性的快速儲存空間。如果 Pod 重新排程，快取中的資料就不需要保留。

如要為資料庫的暫時性磁碟區啟用磁碟快取，請完成下列步驟：

修改資料庫叢集資訊清單，將 ultraFastCache 屬性新增至 spec 區段的 features 區段，並指定 emptyDirVolume：
```
      apiVersion: alloydbomni.dbadmin.goog/v1
      kind: DBCluster
      metadata:
        name: CLUSTER_NAME
      spec:
        databaseVersion: "17.5.0"
        primarySpec:
          features:
            ultraFastCache:
              cacheSize: DISK_CACHE_SIZE
              emptyDirVolume: {}
        ...
      
```
更改下列內容：
- CLUSTER_NAME：資料庫叢集名稱。也就是建立資料庫叢集時所宣告的名稱。
- DISK_CACHE_SIZE：快取大小，例如 200Gi。
  重要事項：使用 emptyDir 磁碟區時，必須指定 cacheSize。如果未提供大小，快取可能會耗用節點磁碟上的所有可用空間，導致節點發生問題，因為該磁碟是由在節點上執行的所有 Pod 共用。
重新套用資訊清單。

注意：emptyDir 音量不會影響 Pod 排程。您必須使用 Pod 規格中的節點親和性規則，確認 Pod 是排定在由快速儲存媒體 (例如 SSD) 支援的節點上。

驗證磁碟快取設定

啟用 AlloyDB Omni 磁碟快取後，請使用 iotop 或 iostat 等實用工具監控磁碟的讀取和寫入活動，確認磁碟快取是否遭到存取。

此外，您也可以檢查 AlloyDB Omni 磁碟快取是否開啟。

如要驗證 AlloyDB Omni 的磁碟快取設定，請使用下列指令。

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

如果磁碟快取設定正確，記錄中會顯示 Successfully opened omni disk cache ... 訊息。