Uma das formas de medir o desempenho do PostgreSQL no nosso servidor, é usar o pgbench, a ferramenta padrão incluída com a instalação do pgsql. Há tempos fiz uns testes de comparação de 2 servidores que publiquei aqui: http://blog.viasig.com/2014/08/medir-o-desempenho-do-postgresql/.
Ora, esses testes usam dados alfanuméricos e queries “normais”, de escrita e leitura, usando tabelas relacionadas. Ou seja, o pgbench tenta simular uma utilização usual do pgsql.
No nosso caso, SIGianos, a utilização usual não tem nada a haver – usamos dados espaciais e queries muito próprias. Este artigo mostra uma forma de medirmos o desempenho do PostGIS, usando também a ferramenta pgbench.
Uso “normal” de SIG
Quando um programa “normal”, não geográfico, consulta uma base de dados, em geral, obtém alguns registos, e pode até cruzá-los, para dar um resultado final. Provavelmente, apresenta uma tabela de resultados, paginados, com algumas colunas (menos de 10?). Um bom exemplo, é um programa de facturação ou de gestão de stocks. É este tipo de programas que o pgbench tenta simular.
Há uma enorme diferença para o uso que um programa de SIG faz de uma base de dados. O uso normal SIG é visualizar um mapa. E isso faz toda a diferença.
Este simples mapa de enquadramento usa 7 tabelas. A área visível usa um total de 618 registos (1+261+177+1+3+29+146). Se visualizarmos o país inteiro, a conta passa para 5841 registos. É muita informação para uma das operações mais básicas – pan e zoom.
Do ponto de vista da base de dados, o uso SIG é diferente:
- Um mapa é, tipicamente, composto por diversos temas (facilmente mais de 10);
- Cada tema é uma tabela espacial diferente na base de dados, logo em cada visualização vamos ler uma série de tabelas;
- Cada tema/tabela pode ser lido na totalidade (não paginado) se visualizarmos toda a área do tema;
- Cada tema/tabela pode ter aplicada uma selecção (filtro) logo de início com base nos atributos (e.g. para vermos apenas uma categoria de rios ou estradas);
- Cada tema/tabela pode ainda ter aplicado um filtro espacial se estivermos a visualizar apenas uma área específica (ou seja, são apenas pedidos os dados relativos ao rectângulo visível no mapa);
- Mas, principalmente, os dados geográficos são muitos mais “pesados” ou “gordos”: têm uma coluna que contém todos os vértices da geometria! (Cada vértice tem 2 números do tipo double, o que equivale a 2 colunas em dados alfanuméricos.)
- Para agravar a coisa, os utilizadores nunca escolhem os campos que precisam para trabalhar, e assim quando abrem a tabela de atributos todos os campos são lidos.
Usar o pgbench para simular utilizadores SIG
Uma das capacidades do pgbench é que permite testar queries à base de dados feitas por nós, em vez de usar as pré-definidas. Basta criar um ficheiro sql que contém as nossas queries e passá-lo ao pgbench com o parâmetro –f.
É esta capacidade que usamos para simular queries espaciais e medir o desempenho em Transações por Minuto (TPS), tal com se faz para uma base de dados não espacial.
Assim, configuramos o PostgreSQL para que guarde no log todas as queries que recebe. Depois usamos o QGIS com um mapa típico que utilizamos frequentemente, e fazemos zoom a diversos locais e com diferentes escalas. A partir dos logs do PostgreSQL obtemos as queries SQL de cada zoom, e criamos um ficheiro .sql para cada zoom.
Em resumo, no nosso exemplo, obtivemos 10 ficheiros zoomN.sql que correspondem a 10 visualizações no QGIS do mesmo mapa, a escalas diferentes: zoom1.sql, zoom2.sql, … até zoom10.sql. Ou seja, um ficheiro .sql equivale a 1 mapa:
zoom1 – 1:1M zoom2 – 1:288.000
zoom3 – 1:72.000 zoom4 – 1:18.000
Cada visualização criou um ficheiro .sql que podemos usar no pgbench, e simular vários utilizadores simultâneos de QGIS. Aqui,há uma simplificação: cada zoom é feito instantaneamente a seguir ao outro. Ou seja, vamos simular super-utilizadores! 
que não fazem pausas entre zooms e pans.
O comando para simular 12 super-utilizadores que fazem 10 zooms/pans é o seguinte:
pgbench -f zoom1.sql -f zoom2.sql -f zoom3.sql -f zoom4.sql -f zoom5.sql -f zoom6.sql -f zoom7.sql -f zoom8.sql zoom9.sql zoom10.sql -h <servidor> –U <user> -n -l -c 12 -j 2 -T 180 postgis
Tal como no artigo anterior sobre pgbench, o significado dos parâmetros é:
- -n = não fazer vacuum aos dados, porque estamos a usar a bd de produção;
- -l = log de tempos para um ficheiro;
- -c 12 = simular 12 conexões simultâneas, ou seja, 12 utilizadores de SIG;
- -j 2 = simular 2 threads por conexão (pouco impacto tem);
- -T 180 = simular durante 180 segundos (3min);
Os resultados são:
transaction type: Custom query
scaling factor: 1
query mode: simple
number of clients: 12
number of threads: 2
duration: 180 s
number of transactions actually processed: 4004
tps = 22.148347 (including connections establishing)
tps = 22.188888 (excluding connections establishing)
O que quer isto dizer?
O que interessa é o valor final de 22.18 tps. Isto significa que o nosso PostGIS consegue responder a um ritmo de 22,18 mapas por segundo, em média. Ou seja, deviamos dizer 22,18 MPS (maps per second)
Este valor é a média para todas as escalas que utilizámos no teste. Podemos testar cada escala em separado, e obter desempenhos por escala. Num outro teste usando dados do OpenStreetMap, fizemos este gráfico:
Obviamente, quanto maior a escala, maior o detalhe, e, geralmente, menos dados. Logo, à escala 1:1M temos um poder de processamento de 1,51 MPS, e à escala :1:5600 temos 112,92 MPS.
O que interessa nisto tudo é que podemos comparar agora entre servidores diferentes de PostGIS, e entre configurações diferentes num servidor, para determinarmos a melhor configuração.
Notem que este teste elimina o factor QGIS, ou seja, não se considera o desempenho do QGIS a desenhar o mapa. Uma vez que convertemos cada vizualização num ficheiro .sql, ao executar o teste só usamos o ficheiro .sql. Assim, o desempenho do QGIS não entra na equação, o que é necessário se queremos medir o desempenho do servidor PostGIS.
Outras questões de desempenho
Ao testar o desempenho do PostGIS, acabamos por nos apercebermos de alguns factores que influenciam e muito os resultados e o desempenho observado de um servidor PostGIS.
Por exemplo, se durante o teste verificarmos o que se passa no servidor, podemos ter algumas surpresas:
(Sim, eu sei… é windows…)
O CPU esteve a 91%, para conseguir responder aos nossos 12 QGIS simulados. É perigoso andar tão perto dos 100%, porque o desempenho começa a diminuir. Aqui temos de jogar com o n.º de conexões. Neste caso, baixar de 12 para 10 conexões simultâneas até poderia dar resultados melhores. Cada servidor terá o seu n.º de conexões para o qual se obtém o máximo de tps. Temos de experimentar vários valores e ver o melhor.
Os valores de memória apresentados no Task Manager são inúteis, porque a memória ocupada está sempre perto dos 100%. Teríamos de fazer outro tipo de análise.
Já a ocupação de rede é interessante: é enorme! 769 Mbps! É muito fácil limitar o desempenho do PostGIS por causa de uma má ligação de rede entre o PostGIS e os utilizadores. Se compararmos com o teste de queries “normais” não espaciais, vemos que a ocupação de rede é apenas de 22 Mbps (para o total das 12 conexões simultâneas).
Outra questão importante para os resultados dos testes é observar o estado do PC onde corremos o pgbench, principalmente quanto à ocupação do CPU: como o pgbench corre num só processo ocupa só 1 core, e podemos facilmente limitar os resultados porque o nosso CPU não consegue responder. Temos de verificar durante os testes se o processo pgbench.exe ocupa MENOS que 1 core. No meu caso, usei um i5, que tem 4 cores. Logo, o pgbench tinha de ocupar menos de 25% de cpu para que os resultados fossem bem medidos.
Conclusão
Usar o pgbench com dados espaciais dá-nos uma excelente forma de testar o desempenho do PostGIS. Podemos perceber qual o melhor servidor, se físico, se virtual, para o nosso caso particular. Podemos ainda testar configurações alternativas do PostgreSQL e identificar aquela que dá melhores resultados.
Melhor ainda, será criar um pacote de dados OSM e os scripts .sql correspondentes, e usá-los para termos um teste padrão de PostGIS. Se todos usarmos estes dados vamos conseguir partilhar resultados entre toda a comunidade. Hmmm, temos de pensar nisto…
