PostgreSQL 以固定大小的數據塊（Page）存儲數據，默認大小為 8 KB。當客户端執行更新或插入操作時，PostgreSQL 並不會立即將變更寫入磁盤，而是先將相關數據頁加載到共享內存（Shared Buffers）中，在內存中完成修改，並將該頁面標記為“髒頁”。所謂“髒頁”，是指內存中的頁面版本已經新於磁盤上的對應版本。

在向客户端返回操作結果之前，PostgreSQL 會先將變更記錄寫入預寫日誌（Write-Ahead Log，WAL），以保證即使數據庫發生崩潰也能恢復數據一致性。但實際的數據文件並不會立刻更新，只有在檢查點（Checkpoint）觸發或後台寫進程執行刷新時，髒頁才會被寫回磁盤。

在此之前，髒頁會持續累積在內存中，直到通過以下三種機制之一被刷新：

• 後台寫進程（Background Writer，BGWriter）：一個常駐後台進程，在可用的乾淨緩衝區數量下降時，持續將髒頁寫入磁盤。
• 檢查點進程（Checkpointer）：在觸發檢查點時（如達到 checkpoint_timeout 或 WAL 超過 max_wal_size），將所有髒頁刷新到磁盤。
• 後端進程（Backend）：在緊急情況下（如共享緩衝區幾乎全部為髒頁），普通後端進程會自行寫髒頁，可能導致用户查詢阻塞。

理解併合理控制髒頁的刷新時機與方式，是優化 PostgreSQL 性能的關鍵。

髒頁為何影響性能

髒頁會從多個方面影響數據庫性能：

1. 檢查點期間的 I/O 峯值

檢查點發生時，所有髒頁都必須被刷新到磁盤。如果髒頁數量較多，會在短時間內產生大量磁盤 I/O，影響其他查詢性能。checkpoint_timeout、checkpoint_completion_target 和 max_wal_size 等參數決定了檢查點觸發的頻率以及刷新髒頁的節奏。

2. 後端寫入帶來的查詢阻塞

當共享緩衝區被大量髒頁佔滿，而 BGWriter 無法及時清理時，後端進程將被迫自行寫盤，直接阻塞正在執行的用户查詢。為避免此類情況，應通過合理的內存與刷新參數配置，讓 BGWriter 承擔絕大多數寫入工作。實踐中通常包括：

• 為 shared_buffers 分配足夠內存；
• 調整 bgwriter_delay、bgwriter_lru_maxpages、bgwriter_lru_multiplier、bgwriter_flush_after 等參數，使髒頁持續、平穩地寫入磁盤；
• 通過增大 checkpoint_timeout、提高 checkpoint_completion_target 以及增大max_wal_size，減少檢查點引發的突發寫入。

3. 吞吐量與崩潰恢復時間的權衡

較少的刷新頻率（如較大的 checkpoint_timeout）可以降低 I/O 開銷，但會增加數據庫崩潰後需要回放的 WAL 數量；更頻繁的刷新可以加快恢復速度，但可能降低運行時性能。合理的參數配置需要根據實際業務負載在兩者之間取得平衡。

PostgreSQL 管理髒頁的核心機制

後台寫進程（Background Writer，BGWriter）

BGWriter 是一個獨立進程，其目標是在後台持續寫出髒頁，保持一定數量的乾淨緩衝區可用。根據官方文檔描述：

• 當共享緩衝區中可用的乾淨頁面數量低於閾值時，BGWriter 會寫出部分髒頁並將其標記為乾淨。
• 若同一頁面在一個檢查點週期內被多次修改，可能會被多次寫盤，從而增加總體 I/O。

BGWriter 的主要配置參數（位於 postgresql.conf）包括：

調優建議：

如果在 pg_stat_bgwriter 中觀察到後端進程寫盤較多，應適當提高 bgwriter_lru_maxpages 和 bgwriter_lru_multiplier；若 BGWriter 本身導致 I/O 過高，則可適當降低相關參數。通過調整 bgwriter_delay，在寫入頻率與 CPU 開銷之間取得平衡。

檢查點（Checkpointer）

檢查點觸發時，PostgreSQL 會將所有髒頁寫入磁盤，並在 WAL 中記錄檢查點位置。合理調整檢查點參數有助於平滑 I/O 壓力：

通過增大 checkpoint_timeout 和 checkpoint_completion_target，可以將寫入分散到更長時間窗口內；max_wal_size 決定了自動檢查點的觸發時機，從而間接影響髒頁刷新頻率。

共享緩衝區（Shared Buffers）

shared_buffers 決定了 PostgreSQL 可用於緩存數據頁和存放髒頁的內存大小。該參數直接影響頁面在內存中的停留時間以及寫盤頻率。

在專用數據庫服務器上，通常建議將其設置為物理內存的 25%～ 40%。當 shared_buffers 較大時，往往需要相應提高 max_wal_size，以避免檢查點過於頻繁。

shared_buffers 過小會導致髒頁頻繁被淘汰，引發後端寫盤；設置過大則可能在檢查點時一次性刷新大量頁面，造成 I/O 峯值。合理的 shared_buffers 配合 BGWriter 調優，可以顯著減少後端寫入。

自動清理（Autovacuum） 與 凍結清理（Vacuum Freeze）

自動清理（Autovacuum）在更新可見性信息或凍結元組（Freeze）時，也會產生髒頁。應確保 Autovacuum 運行頻率足以防止表膨脹，但又不過於激進，以免產生不必要的寫入。可根據業務負載調整 autovacuum_vacuum_cost_limit 和 autovacuum_vacuum_scale_factor。在 SSD 環境下，適當提高 Autovacuum 強度通常是有益的。

面向性能的調優實踐

1. 先監控，再調優

通過 pg_stat_bgwriter 重點關注以下指標：

• buffers_checkpoint：檢查點寫出的髒頁數量。
• buffers_clean：BGWriter 寫出的頁面數量。
• buffers_backend：後端進程寫出的頁面數量。

目標是將 buffers_backend 控制在接近 0 的水平。

2. 合理配置共享緩衝區大小

以物理內存的 25% 作為起點，根據負載特徵調整：

• 若業務場景以讀操作為主，可適當增大共享緩衝區。
• 若寫操作導致檢查點產生大幅性能波動，則需調小共享緩衝區。

3. 調整 BGWriter 參數

• 降低 bgwriter_delay 參數值（如設置為 100 毫秒），提高後台寫入器的喚醒頻率。
• 針對高寫入負載場景，增大 bgwriter_lru_maxpages（建議取值範圍 200–1000）與 bgwriter_lru_multiplier（建議取值範圍 3–4）參數，提升單次週期內的髒頁處理能力。
• 將 bgwriter_flush_after 參數設為與存儲系統最佳寫入粒度匹配的值；對於固態硬盤，512KB–1MB 為推薦取值區間。

4. 優化檢查點行為

• 增大 checkpoint_timeout 參數，降低檢查點觸發頻率（建議取值範圍 15–60 分鐘）。
• 將 checkpoint_completion_target 參數提升至 0.7–0.9，使檢查點的寫入操作均勻分佈。
• 增大 max_wal_size 參數，避免檢查點被過度頻繁觸發。

5. 避免後端寫入

當 buffers_backend 持續增長時，應優先增加 shared_buffers 或增強 BGWriter 的寫盤能力。後端寫盤往往是查詢延遲的主要來源。

6. 操作系統層面優化

• Linux 系統中，應避免 vm.dirty_background_ratio 和 vm.dirty_ratio 設置過高，以免內核長時間累積髒頁，造成突發寫回。
• 關閉透明大頁（THP），並在內存充足的服務器上啓用靜態大頁（Huge Pages），以提升整體性能。

7. 持續評估與迭代

不同業務負載差異較大，應結合 pg_stat_activity、pg_stat_bgwriter 以及 PostgreSQL 17 引入的 pg_stat_io 等視圖，持續評估調優效果，並逐步調整參數。

總結

“髒頁”本質上是 PostgreSQL 內存中等待寫回磁盤的已修改數據頁。通過髒頁機制，PostgreSQL 能夠合併寫入操作，並藉助 WAL 保證崩潰安全性。但如果相關參數配置不當，髒頁處理可能引發 I/O 峯值和查詢延遲。

深入理解共享緩衝區、後台寫進程、檢查點與 WAL 的協同機制，併合理調優 bgwriter_delay、bgwriter_lru_maxpages、bgwriter_lru_multiplier、checkpoint_timeout、shared_buffers 等關鍵參數，有助於在保障數據可靠性的同時，實現平穩、可預測的數據庫性能。

原文鏈接：

https://stormatics.tech/blogs/what-are-dirty-pages-in-postgresql

作者：Umair Shahid