]> begriffs open source - ai-pg/blob - full-docs/txt/kernel-resources.txt
Convert HTML docs to more streamlined TXT
[ai-pg] / full-docs / txt / kernel-resources.txt
1
2 18.4. Managing Kernel Resources #
3
4    18.4.1. Shared Memory and Semaphores
5    18.4.2. systemd RemoveIPC
6    18.4.3. Resource Limits
7    18.4.4. Linux Memory Overcommit
8    18.4.5. Linux Huge Pages
9
10    PostgreSQL can sometimes exhaust various operating system resource
11    limits, especially when multiple copies of the server are running on
12    the same system, or in very large installations. This section explains
13    the kernel resources used by PostgreSQL and the steps you can take to
14    resolve problems related to kernel resource consumption.
15
16 18.4.1. Shared Memory and Semaphores #
17
18    PostgreSQL requires the operating system to provide inter-process
19    communication (IPC) features, specifically shared memory and
20    semaphores. Unix-derived systems typically provide “System V” IPC,
21    “POSIX” IPC, or both. Windows has its own implementation of these
22    features and is not discussed here.
23
24    By default, PostgreSQL allocates a very small amount of System V shared
25    memory, as well as a much larger amount of anonymous mmap shared
26    memory. Alternatively, a single large System V shared memory region can
27    be used (see shared_memory_type). In addition a significant number of
28    semaphores, which can be either System V or POSIX style, are created at
29    server startup. Currently, POSIX semaphores are used on Linux and
30    FreeBSD systems while other platforms use System V semaphores.
31
32    System V IPC features are typically constrained by system-wide
33    allocation limits. When PostgreSQL exceeds one of these limits, the
34    server will refuse to start and should leave an instructive error
35    message describing the problem and what to do about it. (See also
36    Section 18.3.1.) The relevant kernel parameters are named consistently
37    across different systems; Table 18.1 gives an overview. The methods to
38    set them, however, vary. Suggestions for some platforms are given
39    below.
40
41    Table 18.1. System V IPC Parameters
42    Name Description Values needed to run one PostgreSQL instance
43    SHMMAX Maximum size of shared memory segment (bytes) at least 1kB, but
44    the default is usually much higher
45    SHMMIN Minimum size of shared memory segment (bytes) 1
46    SHMALL Total amount of shared memory available (bytes or pages) same as
47    SHMMAX if bytes, or ceil(SHMMAX/PAGE_SIZE) if pages, plus room for
48    other applications
49    SHMSEG Maximum number of shared memory segments per process only 1
50    segment is needed, but the default is much higher
51    SHMMNI Maximum number of shared memory segments system-wide like SHMSEG
52    plus room for other applications
53    SEMMNI Maximum number of semaphore identifiers (i.e., sets) at least
54    ceil(num_os_semaphores / 16) plus room for other applications
55    SEMMNS Maximum number of semaphores system-wide ceil(num_os_semaphores
56    / 16) * 17 plus room for other applications
57    SEMMSL Maximum number of semaphores per set at least 17
58    SEMMAP Number of entries in semaphore map see text
59    SEMVMX Maximum value of semaphore at least 1000 (The default is often
60    32767; do not change unless necessary)
61
62    PostgreSQL requires a few bytes of System V shared memory (typically 48
63    bytes, on 64-bit platforms) for each copy of the server. On most modern
64    operating systems, this amount can easily be allocated. However, if you
65    are running many copies of the server or you explicitly configure the
66    server to use large amounts of System V shared memory (see
67    shared_memory_type and dynamic_shared_memory_type), it may be necessary
68    to increase SHMALL, which is the total amount of System V shared memory
69    system-wide. Note that SHMALL is measured in pages rather than bytes on
70    many systems.
71
72    Less likely to cause problems is the minimum size for shared memory
73    segments (SHMMIN), which should be at most approximately 32 bytes for
74    PostgreSQL (it is usually just 1). The maximum number of segments
75    system-wide (SHMMNI) or per-process (SHMSEG) are unlikely to cause a
76    problem unless your system has them set to zero.
77
78    When using System V semaphores, PostgreSQL uses one semaphore per
79    allowed connection (max_connections), allowed autovacuum worker process
80    (autovacuum_worker_slots), allowed WAL sender process
81    (max_wal_senders), allowed background process (max_worker_processes),
82    etc., in sets of 16. The runtime-computed parameter num_os_semaphores
83    reports the number of semaphores required. This parameter can be viewed
84    before starting the server with a postgres command like:
85 $ postgres -D $PGDATA -C num_os_semaphores
86
87    Each set of 16 semaphores will also contain a 17th semaphore which
88    contains a “magic number”, to detect collision with semaphore sets used
89    by other applications. The maximum number of semaphores in the system
90    is set by SEMMNS, which consequently must be at least as high as
91    num_os_semaphores plus one extra for each set of 16 required semaphores
92    (see the formula in Table 18.1). The parameter SEMMNI determines the
93    limit on the number of semaphore sets that can exist on the system at
94    one time. Hence this parameter must be at least ceil(num_os_semaphores
95    / 16). Lowering the number of allowed connections is a temporary
96    workaround for failures, which are usually confusingly worded “No space
97    left on device”, from the function semget.
98
99    In some cases it might also be necessary to increase SEMMAP to be at
100    least on the order of SEMMNS. If the system has this parameter (many do
101    not), it defines the size of the semaphore resource map, in which each
102    contiguous block of available semaphores needs an entry. When a
103    semaphore set is freed it is either added to an existing entry that is
104    adjacent to the freed block or it is registered under a new map entry.
105    If the map is full, the freed semaphores get lost (until reboot).
106    Fragmentation of the semaphore space could over time lead to fewer
107    available semaphores than there should be.
108
109    Various other settings related to “semaphore undo”, such as SEMMNU and
110    SEMUME, do not affect PostgreSQL.
111
112    When using POSIX semaphores, the number of semaphores needed is the
113    same as for System V, that is one semaphore per allowed connection
114    (max_connections), allowed autovacuum worker process
115    (autovacuum_worker_slots), allowed WAL sender process
116    (max_wal_senders), allowed background process (max_worker_processes),
117    etc. On the platforms where this option is preferred, there is no
118    specific kernel limit on the number of POSIX semaphores.
119
120    FreeBSD
121           The default shared memory settings are usually good enough,
122           unless you have set shared_memory_type to sysv. System V
123           semaphores are not used on this platform.
124
125           The default IPC settings can be changed using the sysctl or
126           loader interfaces. The following parameters can be set using
127           sysctl:
128
129 # sysctl kern.ipc.shmall=32768
130 # sysctl kern.ipc.shmmax=134217728
131
132           To make these settings persist over reboots, modify
133           /etc/sysctl.conf.
134
135           If you have set shared_memory_type to sysv, you might also want
136           to configure your kernel to lock System V shared memory into RAM
137           and prevent it from being paged out to swap. This can be
138           accomplished using the sysctl setting kern.ipc.shm_use_phys.
139
140           If running in a FreeBSD jail, you should set its sysvshm
141           parameter to new, so that it has its own separate System V
142           shared memory namespace. (Before FreeBSD 11.0, it was necessary
143           to enable shared access to the host's IPC namespace from jails,
144           and take measures to avoid collisions.)
145
146    NetBSD
147           The default shared memory settings are usually good enough,
148           unless you have set shared_memory_type to sysv. However, you
149           will need to increase kern.ipc.semmni and kern.ipc.semmns, as
150           NetBSD's default settings for these are unworkably small.
151
152           IPC parameters can be adjusted using sysctl, for example:
153
154 # sysctl -w kern.ipc.semmni=100
155
156           To make these settings persist over reboots, modify
157           /etc/sysctl.conf.
158
159           If you have set shared_memory_type to sysv, you might also want
160           to configure your kernel to lock System V shared memory into RAM
161           and prevent it from being paged out to swap. This can be
162           accomplished using the sysctl setting kern.ipc.shm_use_phys.
163
164    OpenBSD
165           The default shared memory settings are usually good enough,
166           unless you have set shared_memory_type to sysv. However, you
167           will need to increase kern.seminfo.semmni and
168           kern.seminfo.semmns, as OpenBSD's default settings for these are
169           unworkably small.
170
171           IPC parameters can be adjusted using sysctl, for example:
172
173 # sysctl kern.seminfo.semmni=100
174
175           To make these settings persist over reboots, modify
176           /etc/sysctl.conf.
177
178    Linux
179           The default shared memory settings are usually good enough,
180           unless you have set shared_memory_type to sysv, and even then
181           only on older kernel versions that shipped with low defaults.
182           System V semaphores are not used on this platform.
183
184           The shared memory size settings can be changed via the sysctl
185           interface. For example, to allow 16 GB:
186
187 $ sysctl -w kernel.shmmax=17179869184
188 $ sysctl -w kernel.shmall=4194304
189
190           To make these settings persist over reboots, see
191           /etc/sysctl.conf.
192
193    macOS
194           The default shared memory and semaphore settings are usually
195           good enough, unless you have set shared_memory_type to sysv.
196
197           The recommended method for configuring shared memory in macOS is
198           to create a file named /etc/sysctl.conf, containing variable
199           assignments such as:
200
201 kern.sysv.shmmax=4194304
202 kern.sysv.shmmin=1
203 kern.sysv.shmmni=32
204 kern.sysv.shmseg=8
205 kern.sysv.shmall=1024
206
207           Note that in some macOS versions, all five shared-memory
208           parameters must be set in /etc/sysctl.conf, else the values will
209           be ignored.
210
211           SHMMAX can only be set to a multiple of 4096.
212
213           SHMALL is measured in 4 kB pages on this platform.
214
215           It is possible to change all but SHMMNI on the fly, using
216           sysctl. But it's still best to set up your preferred values via
217           /etc/sysctl.conf, so that the values will be kept across
218           reboots.
219
220    Solaris
221           illumos
222           The default shared memory and semaphore settings are usually
223           good enough for most PostgreSQL applications. Solaris defaults
224           to a SHMMAX of one-quarter of system RAM. To further adjust this
225           setting, use a project setting associated with the postgres
226           user. For example, run the following as root:
227
228 projadd -c "PostgreSQL DB User" -K "project.max-shm-memory=(privileged,8GB,deny)
229 " -U postgres -G postgres user.postgres
230
231           This command adds the user.postgres project and sets the shared
232           memory maximum for the postgres user to 8GB, and takes effect
233           the next time that user logs in, or when you restart PostgreSQL
234           (not reload). The above assumes that PostgreSQL is run by the
235           postgres user in the postgres group. No server reboot is
236           required.
237
238           Other recommended kernel setting changes for database servers
239           which will have a large number of connections are:
240
241 project.max-shm-ids=(priv,32768,deny)
242 project.max-sem-ids=(priv,4096,deny)
243 project.max-msg-ids=(priv,4096,deny)
244
245           Additionally, if you are running PostgreSQL inside a zone, you
246           may need to raise the zone resource usage limits as well. See
247           "Chapter2: Projects and Tasks" in the System Administrator's
248           Guide for more information on projects and prctl.
249
250 18.4.2. systemd RemoveIPC #
251
252    If systemd is in use, some care must be taken that IPC resources
253    (including shared memory) are not prematurely removed by the operating
254    system. This is especially of concern when installing PostgreSQL from
255    source. Users of distribution packages of PostgreSQL are less likely to
256    be affected, as the postgres user is then normally created as a system
257    user.
258
259    The setting RemoveIPC in logind.conf controls whether IPC objects are
260    removed when a user fully logs out. System users are exempt. This
261    setting defaults to on in stock systemd, but some operating system
262    distributions default it to off.
263
264    A typical observed effect when this setting is on is that shared memory
265    objects used for parallel query execution are removed at apparently
266    random times, leading to errors and warnings while attempting to open
267    and remove them, like
268 WARNING:  could not remove shared memory segment "/PostgreSQL.1450751626": No su
269 ch file or directory
270
271    Different types of IPC objects (shared memory vs. semaphores, System V
272    vs. POSIX) are treated slightly differently by systemd, so one might
273    observe that some IPC resources are not removed in the same way as
274    others. But it is not advisable to rely on these subtle differences.
275
276    A “user logging out” might happen as part of a maintenance job or
277    manually when an administrator logs in as the postgres user or
278    something similar, so it is hard to prevent in general.
279
280    What is a “system user” is determined at systemd compile time from the
281    SYS_UID_MAX setting in /etc/login.defs.
282
283    Packaging and deployment scripts should be careful to create the
284    postgres user as a system user by using useradd -r, adduser --system,
285    or equivalent.
286
287    Alternatively, if the user account was created incorrectly or cannot be
288    changed, it is recommended to set
289 RemoveIPC=no
290
291    in /etc/systemd/logind.conf or another appropriate configuration file.
292
293 Caution
294
295    At least one of these two things has to be ensured, or the PostgreSQL
296    server will be very unreliable.
297
298 18.4.3. Resource Limits #
299
300    Unix-like operating systems enforce various kinds of resource limits
301    that might interfere with the operation of your PostgreSQL server. Of
302    particular importance are limits on the number of processes per user,
303    the number of open files per process, and the amount of memory
304    available to each process. Each of these have a “hard” and a “soft”
305    limit. The soft limit is what actually counts but it can be changed by
306    the user up to the hard limit. The hard limit can only be changed by
307    the root user. The system call setrlimit is responsible for setting
308    these parameters. The shell's built-in command ulimit (Bourne shells)
309    or limit (csh) is used to control the resource limits from the command
310    line. On BSD-derived systems the file /etc/login.conf controls the
311    various resource limits set during login. See the operating system
312    documentation for details. The relevant parameters are maxproc,
313    openfiles, and datasize. For example:
314 default:\
315 ...
316         :datasize-cur=256M:\
317         :maxproc-cur=256:\
318         :openfiles-cur=256:\
319 ...
320
321    (-cur is the soft limit. Append -max to set the hard limit.)
322
323    Kernels can also have system-wide limits on some resources.
324      * On Linux the kernel parameter fs.file-max determines the maximum
325        number of open files that the kernel will support. It can be
326        changed with sysctl -w fs.file-max=N. To make the setting persist
327        across reboots, add an assignment in /etc/sysctl.conf. The maximum
328        limit of files per process is fixed at the time the kernel is
329        compiled; see /usr/src/linux/Documentation/proc.txt for more
330        information.
331
332    The PostgreSQL server uses one process per connection so you should
333    provide for at least as many processes as allowed connections, in
334    addition to what you need for the rest of your system. This is usually
335    not a problem but if you run several servers on one machine things
336    might get tight.
337
338    The factory default limit on open files is often set to “socially
339    friendly” values that allow many users to coexist on a machine without
340    using an inappropriate fraction of the system resources. If you run
341    many servers on a machine this is perhaps what you want, but on
342    dedicated servers you might want to raise this limit.
343
344    On the other side of the coin, some systems allow individual processes
345    to open large numbers of files; if more than a few processes do so then
346    the system-wide limit can easily be exceeded. If you find this
347    happening, and you do not want to alter the system-wide limit, you can
348    set PostgreSQL's max_files_per_process configuration parameter to limit
349    the consumption of open files.
350
351    Another kernel limit that may be of concern when supporting large
352    numbers of client connections is the maximum socket connection queue
353    length. If more than that many connection requests arrive within a very
354    short period, some may get rejected before the PostgreSQL server can
355    service the requests, with those clients receiving unhelpful connection
356    failure errors such as “Resource temporarily unavailable” or
357    “Connection refused”. The default queue length limit is 128 on many
358    platforms. To raise it, adjust the appropriate kernel parameter via
359    sysctl, then restart the PostgreSQL server. The parameter is variously
360    named net.core.somaxconn on Linux, kern.ipc.soacceptqueue on newer
361    FreeBSD, and kern.ipc.somaxconn on macOS and other BSD variants.
362
363 18.4.4. Linux Memory Overcommit #
364
365    The default virtual memory behavior on Linux is not optimal for
366    PostgreSQL. Because of the way that the kernel implements memory
367    overcommit, the kernel might terminate the PostgreSQL postmaster (the
368    supervisor server process) if the memory demands of either PostgreSQL
369    or another process cause the system to run out of virtual memory.
370
371    If this happens, you will see a kernel message that looks like this
372    (consult your system documentation and configuration on where to look
373    for such a message):
374 Out of Memory: Killed process 12345 (postgres).
375
376    This indicates that the postgres process has been terminated due to
377    memory pressure. Although existing database connections will continue
378    to function normally, no new connections will be accepted. To recover,
379    PostgreSQL will need to be restarted.
380
381    One way to avoid this problem is to run PostgreSQL on a machine where
382    you can be sure that other processes will not run the machine out of
383    memory. If memory is tight, increasing the swap space of the operating
384    system can help avoid the problem, because the out-of-memory (OOM)
385    killer is invoked only when physical memory and swap space are
386    exhausted.
387
388    If PostgreSQL itself is the cause of the system running out of memory,
389    you can avoid the problem by changing your configuration. In some
390    cases, it may help to lower memory-related configuration parameters,
391    particularly shared_buffers, work_mem, and hash_mem_multiplier. In
392    other cases, the problem may be caused by allowing too many connections
393    to the database server itself. In many cases, it may be better to
394    reduce max_connections and instead make use of external
395    connection-pooling software.
396
397    It is possible to modify the kernel's behavior so that it will not
398    “overcommit” memory. Although this setting will not prevent the OOM
399    killer from being invoked altogether, it will lower the chances
400    significantly and will therefore lead to more robust system behavior.
401    This is done by selecting strict overcommit mode via sysctl:
402 sysctl -w vm.overcommit_memory=2
403
404    or placing an equivalent entry in /etc/sysctl.conf. You might also wish
405    to modify the related setting vm.overcommit_ratio. For details see the
406    kernel documentation file
407    https://www.kernel.org/doc/Documentation/vm/overcommit-accounting.
408
409    Another approach, which can be used with or without altering
410    vm.overcommit_memory, is to set the process-specific OOM score
411    adjustment value for the postmaster process to -1000, thereby
412    guaranteeing it will not be targeted by the OOM killer. The simplest
413    way to do this is to execute
414 echo -1000 > /proc/self/oom_score_adj
415
416    in the PostgreSQL startup script just before invoking postgres. Note
417    that this action must be done as root, or it will have no effect; so a
418    root-owned startup script is the easiest place to do it. If you do
419    this, you should also set these environment variables in the startup
420    script before invoking postgres:
421 export PG_OOM_ADJUST_FILE=/proc/self/oom_score_adj
422 export PG_OOM_ADJUST_VALUE=0
423
424    These settings will cause postmaster child processes to run with the
425    normal OOM score adjustment of zero, so that the OOM killer can still
426    target them at need. You could use some other value for
427    PG_OOM_ADJUST_VALUE if you want the child processes to run with some
428    other OOM score adjustment. (PG_OOM_ADJUST_VALUE can also be omitted,
429    in which case it defaults to zero.) If you do not set
430    PG_OOM_ADJUST_FILE, the child processes will run with the same OOM
431    score adjustment as the postmaster, which is unwise since the whole
432    point is to ensure that the postmaster has a preferential setting.
433
434 18.4.5. Linux Huge Pages #
435
436    Using huge pages reduces overhead when using large contiguous chunks of
437    memory, as PostgreSQL does, particularly when using large values of
438    shared_buffers. To use this feature in PostgreSQL you need a kernel
439    with CONFIG_HUGETLBFS=y and CONFIG_HUGETLB_PAGE=y. You will also have
440    to configure the operating system to provide enough huge pages of the
441    desired size. The runtime-computed parameter
442    shared_memory_size_in_huge_pages reports the number of huge pages
443    required. This parameter can be viewed before starting the server with
444    a postgres command like:
445 $ postgres -D $PGDATA -C shared_memory_size_in_huge_pages
446 3170
447 $ grep ^Hugepagesize /proc/meminfo
448 Hugepagesize:       2048 kB
449 $ ls /sys/kernel/mm/hugepages
450 hugepages-1048576kB  hugepages-2048kB
451
452    In this example the default is 2MB, but you can also explicitly request
453    either 2MB or 1GB with huge_page_size to adapt the number of pages
454    calculated by shared_memory_size_in_huge_pages. While we need at least
455    3170 huge pages in this example, a larger setting would be appropriate
456    if other programs on the machine also need huge pages. We can set this
457    with:
458 # sysctl -w vm.nr_hugepages=3170
459
460    Don't forget to add this setting to /etc/sysctl.conf so that it is
461    reapplied after reboots. For non-default huge page sizes, we can
462    instead use:
463 # echo 3170 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages
464
465    It is also possible to provide these settings at boot time using kernel
466    parameters such as hugepagesz=2M hugepages=3170.
467
468    Sometimes the kernel is not able to allocate the desired number of huge
469    pages immediately due to fragmentation, so it might be necessary to
470    repeat the command or to reboot. (Immediately after a reboot, most of
471    the machine's memory should be available to convert into huge pages.)
472    To verify the huge page allocation situation for a given size, use:
473 $ cat /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages
474
475    It may also be necessary to give the database server's operating system
476    user permission to use huge pages by setting vm.hugetlb_shm_group via
477    sysctl, and/or give permission to lock memory with ulimit -l.
478
479    The default behavior for huge pages in PostgreSQL is to use them when
480    possible, with the system's default huge page size, and to fall back to
481    normal pages on failure. To enforce the use of huge pages, you can set
482    huge_pages to on in postgresql.conf. Note that with this setting
483    PostgreSQL will fail to start if not enough huge pages are available.
484
485    For a detailed description of the Linux huge pages feature have a look
486    at https://www.kernel.org/doc/Documentation/vm/hugetlbpage.txt.