La commande VACUUM(7) de PostgreSQL™ doit traiter chaque table régulièrement pour plusieurs raisons :

Chacune de ces raisons impose de réaliser des opérations VACUUM de différentes fréquences et portées, comme expliqué dans les sous-sections suivantes.

Il y a deux variantes de la commande VACUUM : VACUUM standard et VACUUM FULL. VACUUM FULL peut récupérer davantage d'espace disque mais s'exécute beaucoup plus lentement. Par ailleurs, la forme standard de VACUUM peut s'exécuter en parallèle avec les opérations de production des bases. Des commandes comme SELECT, INSERT, UPDATE et DELETE continuent de fonctionner de façon normale, mais la définition d'une table ne peut être modifiée avec des commandes telles que ALTER TABLE pendant le VACUUM. VACUUM FULL nécessite un verrou exclusif sur la table sur laquelle il travaille, et ne peut donc pas être exécuté en parallèle avec une autre activité sur la table. En règle générale, par conséquent, les administrateurs doivent s'efforcer d'utiliser la commande standard VACUUM et éviter VACUUM FULL.

VACUUM produit un nombre important d'entrées/sorties, ce qui peut entraîner de mauvaises performances pour les autres sessions actives. Des paramètres de configuration peuvent être ajustés pour réduire l'impact d'une opération VACUUM en arrière plan sur les performances  -- voir Section 18.4.3, « Report du VACUUM en fonction de son coût ».

Avec PostgreSQL™, les versions périmées des lignes ne sont pas immédiatement supprimées après une commande UPDATE ou DELETE. Cette approche est nécessaire pour la consistance des accès concurrents (MVCC, voir le Chapitre 13, Contrôle d'accès simultané) : la version de la ligne ne doit pas être supprimée tant qu'elle est susceptible d'être lue par une autre transaction. Mais finalement, une ligne qui est plus vieille que toutes les transactions en cours n'est plus utile du tout. La place qu'elle utilise doit être rendue pour être réutilisée par d'autres lignes afin d'éviter un accroissement constant, sans limite, du volume occupé sur le disque. Cela est réalisé en exécutant VACUUM.

La forme standard de VACUUM élimine les versions d'enregistrements morts dans les tables et les index, et marque l'espace comme réutilisable. Néanmoins, il ne rend pas cet espace au système d'exploitation, sauf dans le cas spécial où des pages à la fin d'une table deviennent totalement vides et qu'un verrou exclusif sur la table peut être obtenu aisément. Par opposition, VACUUM FULL compacte activement les tables en écrivant une nouvelle version complète du fichier de la table, sans espace vide. Ceci réduit la taille de la table mais peut prendre beaucoup de temps. Cela requiert aussi un espace disque supplémentaire pour la nouvelle copie de la table jusqu'à la fin de l'opération.

Le but habituel d'un vacuum régulier est de lancer des VACUUM standard suffisamment souvent pour éviter d'avoir recours à VACUUM FULL. Le démon autovacuum essaie de fonctionner de cette façon, et n'exécute jamais de VACUUM FULL. Avec cette approche, l'idée directrice n'est pas de maintenir les tables à leur taille minimale, mais de maintenir l'utilisation de l'espace disque à un niveau constant : chaque table occupe l'espace équivalent à sa taille minimum plus la quantité d'espace consommée entre deux vacuums. Bien que VACUUM FULL puisse être utilisé pour retourner une table à sa taille minimale et rendre l'espace disque au système d'exploitation, cela ne sert pas à grand chose, si cette table recommence à grossir dans un futur proche. Par conséquent, cette approche s'appuyant sur des commandes VACUUM exécutées à intervalles modérément rapprochés est une meilleure approche que d'exécuter des VACUUM FULL espacés pour des tables mises à jour de façon intensive.

Certains administrateurs préfèrent planifier le passage de VACUUM eux-mêmes, par exemple faire le travail de nuit, quand la charge est faible. La difficulté avec cette stratégie est que si une table a un pic d'activité de mise à jour inattendu, elle peut grossir au point qu'un VACUUM FULL soit vraiment nécessaire pour récupérer l'espace. L'utilisation du démon d'autovacuum minore ce problème, puisque le démon planifie les vacuum de façon dynamique, en réponse à l'activité de mise à jour. Il est peu raisonnable de désactiver totalement le démon, sauf si l'activité de la base est extrêmement prévisible. Un compromis possible est de régler les paramètres du démon afin qu'il ne réagisse qu'à une activité exceptionnellement lourde de mise à jour, de sorte à éviter seulement de perdre totalement le contrôle de la volumétrie, tout en laissant les VACUUM planifiés faire le gros du travail quand la charge est normale.

Pour ceux qui n'utilisent pas autovacuum, une approche typique alternative est de planifier un VACUUM sur la base complète une fois par jour lorsque l'utilisation n'est pas grande, avec en plus des opérations de VACUUM plus fréquentes pour les tables très impactées par des mises à jour, de la façon adéquate. (Certaines installations avec énormément de mises à jour peuvent exécuter des VACUUM toutes les quelques minutes.) Lorsqu'il y a plusieurs bases dans un cluster, il faut penser à exécuter un VACUUM sur chacune d'elles ; le programme vacuumdb(1) peut être utile.

L'optimiseur de requêtes de PostgreSQL™ s'appuie sur des informations statistiques sur le contenu des tables dans l'optique de produire des plans d'exécutions efficaces pour les requêtes. Ces statistiques sont collectées par la commande ANALYZE(7), qui peut être invoquée seule ou comme option de VACUUM. Il est important d'avoir des statistiques relativement à jour, ce qui permet d'éviter les choix de mauvais plans d'exécution, pénalisant les performances de la base.

Le démon d'autovacuum, si activé, va automatiquement exécuter des commandes ANALYZE à chaque fois que le contenu d'une table aura changé suffisamment. Toutefois, un administrateur peut préférer se fier à des opérations ANALYZE planifiées manuellement, en particulier s'il est connu que l'activité de mise à jour de la table n'a pas d'impact sur les statistiques des colonnes « intéressantes ». Le démon planifie des ANALYZE uniquement en fonction du nombre d'enregistrements insérés, mis à jour ou supprimés 

À l'instar du nettoyage pour récupérer l'espace, les statistiques doivent être plus souvent collectées pour les tables intensément modifiées que pour celles qui le sont moins. Mais même si la table est très modifiée, il se peut que ces collectes soient inutiles si la distribution probabiliste des données évolue peu. Une règle simple pour décider est de voir comment évoluent les valeurs minimum et maximum des données. Par exemple, une colonne de type timestamp qui contient la date de mise à jour de la ligne aura une valeur maximum en continuelle croissance au fur et à mesure des modifications ; une telle colonne nécessitera plus de collectes statistiques qu'une colonne qui contient par exemple les URL des pages accédées sur un site web. La colonne qui contient les URL peut très bien être aussi souvent modifiée mais la distribution probabiliste des données changera certainement moins rapidement.

Il est possible d'exécuter ANALYZE sur des tables spécifiques, voire des colonnes spécifiques ; il a donc toute flexibilité pour mettre à jour certaines statistiques plus souvent que les autres en fonction des besoins de l'application. Quoi qu'il en soit, dans la pratique, il est généralement mieux de simplement analyser la base entière car il s'agit d'une opération rapide. ANALYZE utilise un système d'échantillonage des lignes d'une table, ce qui lui évite de lire chaque ligne.

La commande VACUUM maintient le contenu de la carte de visibilité pour chaque table, pour conserver la trace de chaque page contenant seulement des lignes connues pour être visibles par toutes les transactions actives (ainsi que les futures transactions, jusqu'à la prochaine modification de la page). Cette carte a deux buts. Tout d'abord, le VACUUM peut ignorer ce type de pages à sa prochaine exécution comme il n'y a rien à nettoyer dans ces pages.

Ensuite, il permet à PostgreSQL™ de répondre à certaines requêtes en utilisant seulement l'index, et donc sans faire référence à la table sous-jacente. Comme les index de PostgreSQL™ ne contiennent pas d'informations sur la visibilité des lignes, un parcours d'index normal récupère la ligne de la table pour chaque entrée d'index correspondante, ce qui permet de vérifier si la ligne correspondante est bien visible par la transaction en cours. Un parcours d'index seul vérifie en premier lieu la carte de visibilité. S'il est connu que toutes les lignes de la page sont visibles, la lecture de la table peut être évitée. Ceci se remarque très fortement sur les gros ensembles de données où la carte de visibilité peut éviter des accès disques. La carte de visibilité est très largement plus petite que la table, donc elle peut facilement être mise en cache même quand la table est très grosse.

Le mécanisme de contrôle de concurrence multiversion (MVCC) de PostgreSQL™ s'appuie sur la possibilité de comparer des identifiants de transactions (XID) ; c'est un nombre croissant : la version d'une ligne dont le XID d'insertion est supérieur au XID de la transaction en cours est « dans le futur » et ne doit pas être visible de la transaction courante. Comme les identifiants ont une taille limitée (32 bits), un groupe qui est en activité depuis longtemps (plus de 4 milliards de transactions) pourrait connaître un cycle des identifiants de transaction : le XID reviendra à 0 et soudainement les transactions du passé sembleront appartenir au futur - ce qui signifie qu'elles deviennent invisibles. En bref, perte de données totale. (En réalité, les données sont toujours là mais c'est un piètre réconfort puisqu'elles resteront inaccessibles.) Pour éviter ceci, il est nécessaire d'exécuter un VACUUM sur chaque table de chaque base au moins au moins une fois à chaque milliard de transactions.

VACUUM marquera les lignes comme gelées, indiquant qu'elles ont été insérées par une transaction qui les a validé suffisamment loin dans le passé pour que les effets de cette transaction soient visibles à coup sûr, d'après MVCC, pour toutes les transactions actuelles et futures. PostgreSQL™ réserve un identifiant de transaction (XID) spécial, appelé FrozenTransactionId, qui ne suit pas les règles standards de comparaison des identifiants de transactions et est toujours considéré comme plus âgé que les XID normaux. Les XID normaux sont comparés sur une base modulo-2³². Cela signifie que pour chaque XID normal, il y en a deux milliards qui sont plus vieux et deux milliards qui sont plus récents. Une autre manière de le dire est que l'ensemble de définition des XID est circulaire et sans limite. De plus, une ligne créée avec un XID normal donné, la version de la ligne apparaîtra comme appartenant au passé pour les deux milliards de transactions qui suivront quelque soit le XID. Si la ligne existe encore après deux milliards de transactions, elle apparaîtra soudainement comme appartenant au futur. Les versions de lignes gelées sont traitées comme si la XID d'insertion était FrozenTransactionId, pour qu'elles apparaissent dans le passé pour les autres transactions normales, quelque soit les soucis de bouclage d'identifiant de transactions, et donc ces versions de lignes seront valides jusqu'à leur suppression, quelque soit la durée que cela représente.

vacuum_freeze_min_age contrôle l'âge que doit avoir une valeur XID avant qu'elle ne soit gelée. Augmenter ce paramètre peut permettre d'éviter un travail inutile si les lignes à geler vont bientôt être modifiées. Diminuer ce paramète augmente le nombre de transactions qui peuvent survenir avant un nouveau VACUUM de la table.

VACUUM ignore habituellement les pages qui n'ont pas de lignes mortes, mais ces pages pourraient toujours avoir des versions de lignes avec d'anciennes valeurs XID. Pour s'assurer que toutes les anciennes versions de lignes ont été gelées, un parcours complet de la table est nécessaire. vacuum_freeze_table_age contrôle quand VACUUM fait cela : un parcours complet est forcé si la table n'a pas été parcourue complètement pendant vacuum_freeze_table_age - vacuum_freeze_min_age transactions. En le configurant à zéro, cela force VACUUM à toujours parcourir toutes les pages, ignorant de ce fait la carte de visibilité.

Le temps maximum où une table peut rester sans VACUUM est de deux millions de transactions moins vacuum_freeze_min_age quand VACUUM a parcouru la table complètement pour la dernière fois. Si elle devait rester sans VACUUM après cela, des pertes de données pourraient survenir. Pour s'assurer que cela n'arrive pas, autovacuum est appelé sur chaque table qui pourrait contenir des lignes non gelées dont les XID ont un âge plus avancé que le paramètre de configuration autovacuum_freeze_max_age. (Ceci arrivera même si autovacuum est désactivé.)

Ceci implique que, si aucune opération de VACUUM n'est demandée sur une table, l'autovacuum sera automatiquement déclenché une fois toutes les autovacuum_freeze_max_age moins vacuum_freeze_min_age transactions. Pour les tables qui ont régulièrement l'opération de VACUUM pour réclamer l'espace perdu, ceci a peu d'importance. Néanmoins, pour les tables statiques (ceci incluant les tables qui ont des INSERT mais pas d'UPDATE ou de DELETE), il n'est pas nécessaire d'exécuter un VACUUM pour récupérer de la place et donc il peut être utile d'essayer de maximiser l'interval entre les autovacuums forcés sur de très grosses tables statiques. Évidemment, vous pouvez le faire soit en augmentant autovacuum_freeze_max_age soit en diminuant vacuum_freeze_min_age.

Le maximum efficace pour vacuum_freeze_table_age est 0.95 * autovacuum_freeze_max_age ; un paramétrage plus haut que ça sera limité à ce maximum. Une valeur plus importante qie autovacuum_freeze_max_age n'aurait pas de sens car un autovacuum de préservation contre la ré-utilisation des identifiants de transactions serait déclenché, et le multiplicateur 0,95 laisse un peu de place pour exécuter un VACUUM manuel avant que cela ne survienne. Comme règle d'or, vacuum_freeze_table_age devrait être configuré à une valeur légèrement inférieure à autovacuum_freeze_max_age, laissant suffisamment d'espace pour qu'un VACUUM planifié régulièrement ou pour qu'un autovacuum déclenché par des activités normales de suppression et de mise à jour puissent être activés pendant ce laps de temps. Le configurer de façon trop proche pourrait déclencher des autovacuum de protection contre la ré-utilisation des identifiants de transactions, même si la table a été récemment l'objet d'un VACUUM pour récupérer l'espace, alors que des valeurs basses amènent à des parcours complets de table plus fréquents.

Le seul inconvénient à augmenter autovacuum_freeze_max_age (et vacuum_freeze_table_age avec elle) est que le sous-répertoire pg_clog du cluster prendre plus de place car il doit stocker le statut du COMMIT pour toutes les transactions depuis autovacuum_freeze_max_age. L'état de COMMIT utilise deux bits par transaction, donc si autovacuum_freeze_max_age et vacuum_freeze_table_age ont une valeur maximum permise de deux milliards, pg_clog peut grossir jusqu'à la moitié d'un Go. Si c'est rien comparé à votre taille de base totale, configurer autovacuum_freeze_max_age à son maximum permis est recommandé. Sinon, le configurer suivant ce que vous voulez comme stockage maximum dans pg_clog. (La valeur par défaut, 200 millions de transactions, se traduit en à peu près 50 Mo de stockage dans pg_clog.)

Un inconvénient causé par la diminution de vacuum_freeze_min_age est que cela pourrait faire que VACUUM travaille sans raison : geler une version de ligne est une perte de temps si la ligne est modifiée rapidement après (ce qui fait qu'elle obtiendra un nouveau XID). Donc ce paramètre doit être suffisamment important pour que les lignes ne soient pas gelées jusqu'à ce qu'il soit pratiquement certain qu'elles ne seront plus modifiées.

Pour tracer l'âge des plus anciens XID non gelés de la base, VACUUM stocke les statistiques sur XID dans les tables systèmes pg_class et pg_database. En particulier, la colonne relfrozenxid de la ligne pg_class d'une table contient le XID final du gel qui a été utilisé par le dernier VACUUM pour cette table. Il est garanti que tous les XID plus anciens que ce XID ont été remplacés par FrozenXID pour cette table. Toutes les lignes insérées par des transactions dont le XID est plus ancien que ce XID sont garanties d'avoir été gelées. De façon similaire, la colonne datfrozenxid de la ligne pg_database de la base est une limite inférieure des XID non gelés apparaissant dans cette base -- c'est tout simplement le minimum des valeurs relfrozenxid par table dans cette base. Pour examiner cette information, le plus simple est d'exécuter des requêtes comme :

SELECT c.oid::regclass as table_name,
       greatest(age(c.relfrozenxid),age(t.relfrozenxid)) as age
FROM pg_class c
LEFT JOIN pg_class t ON c.reltoastrelid = t.oid
WHERE c.relkind IN ('r', 'm');

SELECT datname, age(datfrozenxid) FROM pg_database;

La colonne age mesure le nombre de transactions à partir du XID final vers le XID de transaction en cours.

VACUUM parcourt habituellement seulement les pages qui ont été modifiées depuis le dernier VACUUM mais relfrozenxid peut seulement être avancé quand la table est parcourue complètement. La table est parcourue entièrement quand relfrozenxid est agée de plus de vacuum_freeze_table_age transactions, quand l'option FREEZE de la commande VACUUM est utilisée ou quand toutes les pages se trouvent nécessiter un VACUUM pour supprimer les versions mortes des lignes. Après que VACUUM ait parcouru la table complète age(relfrozenxid) devrait être un peu plus grande que le paramètre vacuum_freeze_min_age qui a été utilisé (la différence étant due au nombre de transactions démarrées depuis que VACUUM a commencé son travail). Si aucun parcours de table complet ne se trouve exécuté via un VACUUM sur cette table, lorsque autovacuum_freeze_max_age est atteint, un autovacuum sera rapidement forcé sur la table.

Si, pour une certaine raison, l'autovacuum échoue à effacer les anciens XID d'une table, le système commencera à émettre des messages d'avertissement comme ceci quand les plus anciens XID de la base atteignent les 10 millions de transactions à partir du point de réinitialisation :

WARNING:  database "mydb" must be vacuumed within 177009986 transactions
HINT:  To avoid a database shutdown, execute a database-wide VACUUM in "mydb".
    

(Une commande VACUUM manuelle devrait résoudre le problème, comme suggéré par l'indice ; mais notez que la commande VACUUM doit être exécutée par un superutilisateur, sinon elle échouera à mettre à jour les catalogues systèmes et ne pourra donc pas faire avancer le datfrozenxid de la base.) Si ces avertissements sont ignorés, le système s'arrêtera et refusera de commencer toute nouvelle transaction dès qu'il n'en restera qu'un million avant la réinitialisation :

ERROR:  database is not accepting commands to avoid wraparound data loss in database "mydb"
HINT:  Stop the postmaster and vacuum that database in single-user mode.
    

La marge de sécurité de un million de transactions existe pour permettre à l'administrateur de récupérer ces données sans perte en exécutant manuellement les commandes VACUUM requises. Néanmoins, comme le système n'exécute pas de commandes tant qu'il n'est pas sorti du mode d'arrêt par sécurité, la seule façon de le faire est de stopper le serveur et de démarrer le serveur en mode simple utilisateur pour exécuter le VACUUM. Le mode d'arrêt n'est pas pris en compte par le moteur en mode simple utilisateur. Voir la page de référence de postgres(1) pour des détails sur l'utilisation du moteur en mode simple utilisateur.

PostgreSQL ™ dispose d'une fonctionnalité optionnelle mais hautement recommandée appelée autovacuum, dont le but est d'automatiser l'exécution des commandes VACUUM et ANALYZE . Une fois activé, autovacuum vérifie les tables ayant un grand nombre de lignes insérées, mises à jour ou supprimées. Ces vérifications utilisent la fonctionnalité de récupération de statistiques ; du coup, autovacuum ne peut pas être utilisé sauf si track_counts est configuré à true. Dans la configuration par défaut, l'autovacuum est activé et les paramètres liés sont correctement configurés.

Le « démon autovacuum » est constitué de plusieurs processus. Un processus démon permanent appelé autovacuum launcher (autrement dit le lanceur d'autovacuum) est en charge de lancer des processus travailleur (autovacuum worker) pour toutes les bases de données. Le lanceur distribuera le travail dans le temps mais essaiera de lancer un nouveau travailleur sur chaque base de données chaque autovacuum_naptime secondes. (Du coup, si l'installation a N bases de données, un nouveau autovacuum worker sera lancé tous les autovacuum_naptime/N secondes.) Un maximum de autovacuum_max_workers processus autovacuum worker est autorisé à s'exécuter en même temps. S'il y a plus de autovacuum_max_workers bases à traiter, la prochaine base de données sera traitée dès qu'un autre travailleur a terminé. Chaque processus travailleur vérifiera chaque table de leur base de données et exécutera un VACUUM et/ou un ANALYZE suivant les besoins. log_autovacuum_min_duration peut être utilisé pour superviser l'activité des processus autovacuum worker.

Si plusieurs grosses tables deviennent toutes éligibles pour un VACUUM dans un court espace de temps, tous les processus travailleurs pourraient avoir à exécuter des VACUUM sur ces tables pendant un long moment. Ceci aura pour résultat que d'autres tables et d'autres bases de données ne pourront pas être traitées tant qu'un processus travailleur ne sera pas disponible. Il n'y a pas de limite sur le nombre de processus travailleurs sur une seule base, mais ils essaient d'éviter de répéter le travail qui a déjà été fait par d'autres. Notez que le nombre de processus travailleurs en cours d'exécution n'est pas décompté des limites max_connections et superuser_reserved_connections.

Les tables dont la valeur de relfrozenxid est plus importante que autovacuum_freeze_max_age sont toujours l'objet d'un VACUUM (cela s'applique aux tables dont le 'freeze max age' a été modifié par les paramètres de stockage ; voyez plus bas). Sinon, si le nombre de lignes obsolètes depuis le dernier VACUUM dépasse une « limite de vacuum », la table bénéficie d'un VACUUM. La limite est définie ainsi :

limite du vacuum = limite de base du vacuum + facteur d'échelle du vacuum * nombre de lignes

où la limite de base du vacuum est autovacuum_vacuum_threshold, le facteur d'échelle du vacuum est autovacuum_vacuum_scale_factor et le nombre de lignes est pg_class.reltuples. Le nombre de lignes obsolètes est obtenu à partir du récupérateur de statistiques ; c'est un nombre à peu près précis, mis à jour après chaque instruction UPDATE et DELETE (il est seulement à peu près précis car certaines informations pourraient être perdues en cas de grosse charge). Si la valeur de relfrozenxid pour la table est supérieure à vacuum_freeze_table_age, la table complète est parcourue pour geler les anciennes lignes et pour avancer relfrozenxid, sinon seules les pages qui ont été modifiées depuis le dernier VACUUM sont parcourues par l'opération de VACUUM.

Pour ANALYZE, une condition similaire est utilisée : la limite, définie comme

limite du analyze = limite de base du analyze + facteur d'échelle du analyze * nombre de lignes

est comparée au nombre de lignes insérées, mises à jour et supprimées depuis le dernier ANALYZE.

Les tables temporaires ne peuvent pas être accédées par l'autovacuum. Du coup, les opérations appropriées de VACUUM et d'ANALYZE devraient être traitées par des commandes SQL de session.

Les limites et facteurs d'échelle par défaut (et beaucoup d'autres paramètres de contrôle de l'autovacuum) sont pris dans postgresql.conf, mais il est possible de les surcharger table par table ; voir Paramètres de stockage pour plus d'informations.

Si une configuration a été modifié via les paramètres de stockage d'une table, cette valeur est utilisée lors du traitement de cette table. Dans le cas contraire, les paramètres globaux sont utilisés. Voir Section 18.10, « Nettoyage (vacuum) automatique » pour plus de détails sur les paramètres globaux.

Quand plusieurs autovacuum workers travaillent, les paramètres de délai de coût de l'autovacuum (voir Section 18.4.3, « Report du VACUUM en fonction de son coût ») sont « réparties » parmi tous les processus pour que l'impact total en entrée/sortie sur le système soit identique quelque soit le nombre de processus en cours d'exécution. Néanmoins, tout autovacuum worker traitant des tables edont les paramètres de stockage autovacuum_vacuum_cost_delay ou autovacuum_vacuum_cost_limit ont été configurés spécifiquement ne sont pas considérés dans l'algorithme de balance.