本文介绍了全局元数据缓存（Global Cache）的背景以及如何使用等内容。
背景信息
为提升对元数据的访问效率，PostgreSQL在各个进程中引入了多种元数据缓存：
RelCache（Relation Descriptor Cache）：关系描述符缓存。
CatCache/SysCache（System Catalog Cache）：系统表缓存。
RelCache, CatCache为各个进程私有，在连接数较多或者数据库中对象个数较多时（表、视图、索引等），数据库实例会因此消耗大量的内存。
全局元信息缓存（Global Cache）是PolarDB PostgreSQL版（兼容Oracle）系列位于共享内存中供所有进程共享的元数据缓存的统称。Global Cache可以让所有进程共享同一个缓存条目，提高内存利用效率，降低因此发生OOM的风险。Global Cache 目前包括：
Global RelCache：全局关系描述符缓存，对应RelCache。
Global CatCache：全局系统表缓存，对应CatCache/SysCache。
RelCache
RelCache是把和一张表（包括视图、索引、Toast等）相关的所有元数据按照访问更高效的方式，重新组织缓存在内存中，在处理SQL的各个阶段（例如，想知道一张表的列信息、索引信息、分区表信息等），都会直接访问RelCache。如果RelCache未命中，才会扫描系统表并加载到内存中。
原生PostgreSQL的RelCache并无淘汰机制，所以正常情况下第一次访问之后，RelCache会持续缓存直到进程退出，或者有DDL修改了表的元数据并广播了Cache失效消息，RelCache在收到失效消息后会把待失效对象从内存中剔除。
CatCache
CatCache缓存的是系统表中的Tuple，基于CatCache基础之上还有一层SysCache（KV接口），本质上可以认为CatCache和SysCache一起把系统表中的数据在内存中按照KV方式重新组织，以方便查询。例如，在处理SQL的过程中（例如，通过oid查询name，通过oid查询某函数有多少个参数等），都是直接访问 CatCache。如果CatCache未命中，再从系统表中加载。CatCache的加载、失效都和RelCache基本一致。
参数说明
参数 | 级别 | 说明 |
polar_enable_global_catcache | PGC_USERSET | 用于开启或关闭Global CatCache。取值如下：
|
polar_enable_global_relcache | PGC_USERSET | 用于开启或关闭Global RelCache。取值如下：
|
polar_sgc_max_size | PGC_POSTMASTER | 用于设置Global Cache的总容量大小。取值范围：0 ~ INT_MAX，默认值为72 MB。修改需要重启才可以生效。 |
polar_global_catcache_size | PGC_SIGHUP | 用于设置Global CatCache的容量大小。取值范围：0 ~ polar_sgc_max_size，默认值为32 MB。 |
polar_global_relcache_size | PGC_SIGHUP | 用于设置Global RelCache的容量大小。取值范围：0 ~ polar_sgc_max_size，默认值为32 MB。 |
各个Global Cache的容量都支持在线扩缩容，只要不超过polar_sgc_max_size即可，这为不同的业务场景提供了足够的使用弹性。在使用的时候，需注意以下几点：
尽量保证Global Cache的容量充足，在SQL处理的各个环节Cache访问频率非常高，如果容量不足会触发淘汰，再次访问时只能从文件加载，可能导致额外的IO以及性能损耗。
如果某个Cache当前的容量都已用满，依然可以通过调整上述参数在线缩容，对应的Global Cache会淘汰一部分数据，如上所述，这会影响性能，请谨慎操作。
polar_sgc_max_size中的内存除了给Global RelCache和Global CatCache使用，还需要留出一部分用作管理内存（维护Global Cache的正常运转，例如，内部hashtable等），所以正常情况下polar_sgc_max_size>polar_global_relcache_size+polar_global_catcache_size。
监控接口
Global Cache的所有监控接口都在polar_global_cache插件中，执行以下命令，创建插件。
CREATE EXTENSION polar_global_cache;Cache统计信息
Global Cache全局统计信息
您可以通过polar_global_cache_stat查看Global Cache的状态信息。目前只包括Global RelCache和Global CatCache。
=> SELECT * FROM polar_global_cache_stat;
-[ RECORD 1 ]----+----------------
cache_name | Global CatCache
elems | 2805
nlookup | 74233
nlookup_miss | 43576
ninsert | 9478
nmove | 0
ndelete | 0
ninvalidate | 35843
nflush | 1
nevict | 0
nevict_active | 0
nevict_fail | 0
lru_active_len | 402
lru_inactive_len | 2403
data_allocator | 2
meta_allocator | 1
component_id | 1
-[ RECORD 2 ]----+----------------
cache_name | Global RelCache
elems | 95
nlookup | 1203
nlookup_miss | 1005
ninsert | 265
nmove | 0
ndelete | 0
ninvalidate | 4404
nflush | 1
nevict | 0
nevict_active | 0
nevict_fail | 0
lru_active_len | 3
lru_inactive_len | 92
data_allocator | 3
meta_allocator | 1
component_id | 2指标说明：
指标 | 说明 |
nlookup | 缓存查询次数。 |
nlookup_miss | 查询未命中的次数。结合 |
ninsert | 缓存新插入次数。 |
nmove、ndelete | 扩缩容期间缓存对象被移动和删除的次数。 |
ninvalidate | 缓存失效次数。 |
nflush | 由于特殊缓存失效消息或者 |
nevict | Global Cache淘汰的总个数。 说明 Global Cache中的对象按照LRU进行淘汰，分为active list和nactive list，优先淘汰inactive list中的缓存。而淘汰的过程中，可能因为当前的对象正在使用或者一些并发冲突导致按照LRU策略应该淘汰的对象却无法淘汰，这种情况无需关心。 nevict相关指标不为0说明当前容量不足，为避免影响性能，可以通过 |
nevict_active | Global Cache淘汰处于active list中的个数。 |
nevict_fail | Global Cache淘汰失败的次数。 |
lru_active_len | 记录了内部LRU List中active list的长度。 |
lru_inactive_len | 记录了内部LRU List中inactive list的长度。 |
Local Cache全局统计信息
polar_cache_stat中的指标为polar_global_cache_stat的子集，指标说明与polar_global_cache_stat一致。
polar_cache_stat虽然展示的是进程私有的Cache信息，但是通过该视图查询的结果是汇聚了所有进程的数据。
=> SELECT * FROM polar_cache_stat;
-[ RECORD 1 ]-+--------------
cache_name | Proc CatCache
nlookup | 779844
nlookup_miss | 82390
ninsert | 150876
ndelete | 139690
ninvalidate | 74231
nevict | 126474
nevict_active | 1808
evict_fail | 0
-[ RECORD 2 ]-+--------------
cache_name | Proc RelCache
nlookup | 295183
nlookup_miss | 4632
ninsert | 25968
ndelete | 3277
ninvalidate | 8856
nevict | 0
nevict_active | 0
evict_fail | 0CatCache统计信息
Global CatCache统计信息
您可以通过polar_global_catcache_stat查看Global CatCache的状态信息。
相对于polar_global_cache_stat增加了一些xxx_clist字段，这部分指标正常情况下无需关心。CatCache中的对象有两种，CatTuple和CatList，xxx_clist相关指标记录了Cat List相关对象的各种数据。
=> SELECT * FROM polar_global_catcache_stat;
-[ RECORD 1 ]-------+----
elems | 34
nlookup | 853
nlookup_miss | 852
ninsert | 34
nmove | 0
ndelete | 0
ninvalidate | 0
nflush | 0
nevict | 0
nevict_active | 0
nevict_fail | 0
nlookup_clist | 41
nlookup_miss_clist | 41
ninsert_clist | 0
nmove_clist | 0
ndelete_clist | 0
ninvalidate_clist | 0
nevict_clist | 0
neivct_active_clist | 0
rehash_fail | 0
meta_alloc_fail | 0
data_alloc_fail | 0
lru_active_len | 0
lru_inactive_len | 34
component_id | 1Local CatCache统计信息
您可以通过polar_catcache_stat查看进程内部的CatCache的状态信息，统计指标为polar_global_catcache_stat的子集，相关含义也是一致的。
=> SELECT * FROM polar_catcache_stat;
-[ RECORD 1 ]------+-----
nlookup | 2060
nlookup_miss | 898
ninsert | 883
ndelete | 753
ninvalidate | 0
nevict | 753
nevict_active | 2
evict_fail | 0
nlookup_clist | 41
nlookup_miss_clist | 41
ninsert_clist | 41
ndelete_clist | 41RelCache统计信息
Global RelCache统计信息
您可以通过polar_global_relcache_stat查看Global RelCache的相关状态。
=> SELECT * FROM polar_global_relcache_stat;
-[ RECORD 1 ]----+-----
elems | 61
nlookup | 930
nlookup_miss | 836
ninsert | 221
nmove | 0
ndelete | 0
ninvalidate | 4344
nflush | 1
nevict | 0
nevict_active | 0
nevict_fail | 0
meta_alloc_fail | 0
data_alloc_fail | 0
lru_active_len | 3
lru_inactive_len | 58
component_id | 2Local RelCache统计信息
您可以通过polar_relcache_stat查看当前Session内部relcache的状态。
=> SELECT * FROM polar_relcache_stat;
-[ RECORD 1 ]-+-------
nlookup | 293458
nlookup_miss | 4535
ninsert | 20239
ndelete | 3277
ninvalidate | 8856
nevict | 0
nevict_active | 0
evict_fail | 0