運用トラブルを防止するVACUUMのチューニング ～ XID / MXID周回問題と性能影響を防ぐ ～

トランザクションID（XID）

XIDとは、トランザクションごとに自動で割り振られる識別子です。
テーブルの各行にはXIDを管理する列が存在し、挿入や更新されたときのXIDが記録されます。現在のXIDの値を基準にして、それ以前を過去のXID（可視の状態）とし、未来に実行されるトランザクションのXIDは不可視の状態として識別することで、他のトランザクションからの可視化の判断に利用されます。
XIDには32ビットの符号なし整数を使用しているため、約40億個（2の32乗個）のトランザクションが稼働すると、周回して0から割り振られます。また、現在のXIDの値を基準にして、それ以前の約20億個（XID全体の半分）を過去のXID、約20億先までを未来のXIDとして識別します。このため、現在のXIDから約20億個よりも前の古いXIDを持つレコードが存在すると、そのXIDが未来のXIDとして識別されて参照できなくなり、データの整合性が損なわれるXID周回問題が発生します。

マルチトランザクションID（MXID）

PostgreSQLは、XIDによる基本的な可視性管理に加え、複数のトランザクションが同じ行を同時にロックするような複雑な状況を効率的に扱うために、マルチトランザクションID（MXID）という仕組みも利用しています。
MXIDとは、複数のトランザクションが同時に同じ行（タプル）をロックする状況を効率的に管理するための特別な識別子です。具体的には、SELECT FOR SHAREのような共有ロックを取得する操作において、複数のトランザクションが同時に同じ行（タプル）をロックすると、PostgreSQLはこれらのトランザクションを一つのマルチトランザクションIDにまとめます。これにより、各トランザクションが個別にロック情報を保持するよりも、ロックの所有者を効率的に管理できます。
MXIDもXIDと同様に32ビットの有限な整数であるため、周回し、適切に管理されないと枯渇する可能性があります。このMXIDの枯渇も、XIDの枯渇と同様にデータの整合性を損なうXMID周回問題を引き起こします。

XID / MXID周回問題への対処法

これらのXIDおよびMXID周回問題への対処法として、PostgreSQLではVACUUMによるXIDおよびMXIDの凍結処理が用いられます。凍結処理は、古いXIDやMXIDを特別な値に置き換えることで、それらが未来のIDと誤認されることを防ぎ、実質的に再利用可能とします。

XID周回問題とVACUUMによる凍結処理については、以下の記事に詳しく解説しています。

また、XID周回問題が発生するまでに残り300万トランザクション（注1）を切ると、新しいトランザクションはエラーとなります。