データベース

Cloud SQL for PostgreSQL データキャッシュの仕組み

2024年5月16日

Google Cloud Japan Team

※この投稿は米国時間 2024 年 5 月 9 日に、Google Cloud blog に投稿されたものの抄訳です。

データは組織に不可欠なものです。信頼できるデータに基づいて、迅速かつ正確で実践的な意思決定を下すことができる企業は、差別化されたサービスの提供や顧客満足度の向上を実現できます。このことは、生成 AI の台頭により、さらに重みが増す一方となっています。

そのため、運用データの操作時は、データベースからニアリアルタイムのパフォーマンスを得られることが重要です。PostgreSQL データベースに対し、Google は Cloud SQL for PostgreSQL Enterprise Plus エディションを提供しています。これにより、初期設定でのパフォーマンスの向上、データ保護の強化（最大 35 日の PITR）、可用性の向上（99.99% の SLA とダウンタイムがほぼゼロのメンテナンス）を実現できます。

Cloud SQL for PostgreSQL Enterprise Plus エディションには、読み取りのパフォーマンスを大きく向上させる革新的なデータキャッシュ機能も含まれています。このデータキャッシュは、サーバーサイドの SSD を使用してデータをキャッシュする読み取りキャッシュです。サーバー内のコンピューティング機能と同じ場所に配置されるため、データアクセスにおける低レイテンシと高スループットが確保されます。このため、データキャッシュを使用することにより、一般的に読み取りスループットとレイテンシによって制限されるワークロードに対して大きなメリットが得られます。

このブログ投稿では、データキャッシュの仕組み、データキャッシュの内部メカニズム、データキャッシュから特に大きなメリットを得られるワークロードの種類について説明します。

データキャッシュの仕組み

Cloud SQL では、高パフォーマンス、低レイテンシのローカル SSD（ソリッドステートドライブ）がデータストレージディスクのキャッシュレイヤとして使用されます。PostgreSQL では、データキャッシュは共有バッファの拡張機能と考えてください。つまり、クエリでは不要なネットワークホップが回避され、基盤となるストレージによってクエリが制限されることがありません。データキャッシュは、インスタンス内の物理メモリより大きいため、ワーキングセットのより多くの部分がサーバー内に収まります。このため、クエリで実現できるキャッシュヒット率が非常に高くなります。

以下の表では、32 vCPU インスタンスの場合の各ストレージレイヤのサイズの違いがわかります。

https://storage.googleapis.com/gweb-cloudblog-publish/images/1_0jIJ77R.max-1600x1600.jpg

データキャッシュサイズはインスタンスごとに固定されており、構成されている vCPU の数に基づきます。以下の表は、さまざまな vCPU 構成のデータキャッシュサイズの概要を示しています。

vCPU 数	メモリ（GB）	データキャッシュサイズ（GB）
2	16	375
4	32	375
8	64	375
16	128	750
32	256	1,500
48	384	3,000
64	512	6,000
80	640	6,000
96	768	6,000
128	864	9,000

データキャッシュからメリットを得られるワークロードの種類

データキャッシュ機能からメリットを得られるワークロードは、データセットの総量全体がメモリに収まらない読み取りワークロードです。これには以下のようなワークロードが含まれますが、これらに限定されるものではありません。

読み取りレイテンシの影響を受けやすいワークロード（例: Key-Value ルックアップ）
読み取りスループットの影響を受けやすいワークロード（例: テーブルスキャン）
類似性検索にベクトルを使用する生成 AI ワークロード

データキャッシュの有効化

Cloud SQL コンソールで、[SQL] > [インスタンスを作成] > [PostgreSQL を選択] に移動し、[データキャッシュを有効にする] を選択します。データキャッシュは、gcloud と Terraform を使用して有効にすることもできます。

https://storage.googleapis.com/gweb-cloudblog-publish/images/2_brtZh8u.max-1100x1100.png

モニタリング

Cloud SQL for PostgreSQL には、データキャッシュのオブザーバビリティのために 4 つの新しい指標も含まれています。

Data cache quota: データキャッシュの最大サイズ
Data cache used: 使用済みのデータキャッシュ
PostgreSQL data cache hit count: データキャッシュヒットの合計数
PostgreSQL data cache miss count: データキャッシュミスの合計数

読み取り負荷の高いワークロードのパフォーマンス向上

このブログ投稿では、データキャッシュが読み取りのパフォーマンスを向上させる仕組みを説明しました。データキャッシュオペレーションを簡単にモニタリングする方法も紹介しました。Cloud SQL for PostgreSQL データキャッシュの詳細や利用を開始する方法については、ドキュメントをご覧ください。

ーデータベース エンジニア Virender Singla

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