Assert lack of hazardous buffer locks before possible catalog read. REL_15_STABLE github/REL_15_STABLE
authorNoah Misch <[email protected]>
Wed, 17 Dec 2025 00:13:54 +0000 (16:13 -0800)
committerNoah Misch <[email protected]>
Wed, 17 Dec 2025 00:13:55 +0000 (16:13 -0800)
Commit 0bada39c83a150079567a6e97b1a25a198f30ea3 fixed a bug of this kind,
which existed in all branches for six days before detection.  While the
probability of reaching the trouble was low, the disruption was extreme.  No
new backends could start, and service restoration needed an immediate
shutdown.  Hence, add this to catch the next bug like it.

The new check in RelationIdGetRelation() suffices to make autovacuum detect
the bug in commit 243e9b40f1b2dd09d6e5bf91ebf6e822a2cd3704 that led to commit
0bada39.  This also checks in a number of similar places.  It replaces each
Assert(IsTransactionState()) that pertained to a conditional catalog read.

Back-patch to v14 - v17.  This a back-patch of commit
f4ece891fc2f3f96f0571720a1ae30db8030681b (from before v18 branched) to
all supported branches, to accompany the back-patch of commits 243e9b4
and 0bada39.  For catalog indexes, the bttextcmp() behavior that
motivated IsCatalogTextUniqueIndexOid() was v18-specific.  Hence, this
back-patch doesn't need that or its correction from commit
4a4ee0c2c1e53401924101945ac3d517c0a8a559.

Reported-by: Alexander Lakhin <[email protected]>
Discussion: https://postgr.es/m/20250410191830[email protected]
Discussion: https://postgr.es/m/10ec0bc3-5933-1189-6bb8-5dec4114558e@gmail.com
Backpatch-through: 14-17

src/backend/storage/buffer/bufmgr.c
src/backend/storage/lmgr/lwlock.c
src/backend/utils/adt/pg_locale.c
src/backend/utils/cache/catcache.c
src/backend/utils/cache/inval.c
src/backend/utils/cache/relcache.c
src/backend/utils/mb/mbutils.c
src/include/storage/bufmgr.h
src/include/storage/lwlock.h
src/include/utils/relcache.h

index 7c33948361a935ec9a19206565bef4aa431043e1..a02814a8f51608f6b402888ab357a40b76949ef7 100644 (file)
@@ -37,6 +37,9 @@
 #include "access/xloginsert.h"
 #include "access/xlogutils.h"
 #include "catalog/catalog.h"
+#ifdef USE_ASSERT_CHECKING
+#include "catalog/pg_tablespace_d.h"
+#endif
 #include "catalog/storage.h"
 #include "catalog/storage_xlog.h"
 #include "executor/instrument.h"
@@ -492,6 +495,10 @@ static void RelationCopyStorageUsingBuffer(RelFileNode srcnode,
                                           ForkNumber forkNum, bool permanent);
 static void AtProcExit_Buffers(int code, Datum arg);
 static void CheckForBufferLeaks(void);
+#ifdef USE_ASSERT_CHECKING
+static void AssertNotCatalogBufferLock(LWLock *lock, LWLockMode mode,
+                                      void *unused_context);
+#endif
 static int rnode_comparator(const void *p1, const void *p2);
 static inline int buffertag_comparator(const BufferTag *a, const BufferTag *b);
 static inline int ckpt_buforder_comparator(const CkptSortItem *a, const CkptSortItem *b);
@@ -2691,6 +2698,65 @@ CheckForBufferLeaks(void)
 #endif
 }
 
+#ifdef USE_ASSERT_CHECKING
+/*
+ * Check for exclusive-locked catalog buffers.  This is the core of
+ * AssertCouldGetRelation().
+ *
+ * A backend would self-deadlock on LWLocks if the catalog scan read the
+ * exclusive-locked buffer.  The main threat is exclusive-locked buffers of
+ * catalogs used in relcache, because a catcache search on any catalog may
+ * build that catalog's relcache entry.  We don't have an inventory of
+ * catalogs relcache uses, so just check buffers of most catalogs.
+ *
+ * It's better to minimize waits while holding an exclusive buffer lock, so it
+ * would be nice to broaden this check not to be catalog-specific.  However,
+ * bttextcmp() accesses pg_collation, and non-core opclasses might similarly
+ * read tables.  That is deadlock-free as long as there's no loop in the
+ * dependency graph: modifying table A may cause an opclass to read table B,
+ * but it must not cause a read of table A.
+ */
+void
+AssertBufferLocksPermitCatalogRead(void)
+{
+   ForEachLWLockHeldByMe(AssertNotCatalogBufferLock, NULL);
+}
+
+static void
+AssertNotCatalogBufferLock(LWLock *lock, LWLockMode mode,
+                          void *unused_context)
+{
+   BufferDesc *bufHdr;
+   BufferTag   tag;
+   Oid         relid;
+
+   if (mode != LW_EXCLUSIVE)
+       return;
+
+   if (!((BufferDescPadded *) lock > BufferDescriptors &&
+         (BufferDescPadded *) lock < BufferDescriptors + NBuffers))
+       return;                 /* not a buffer lock */
+
+   bufHdr = (BufferDesc *)
+       ((char *) lock - offsetof(BufferDesc, content_lock));
+   tag = bufHdr->tag;
+
+   /*
+    * This relNode==relid assumption holds until a catalog experiences VACUUM
+    * FULL or similar.  After a command like that, relNode will be in the
+    * normal (non-catalog) range, and we lose the ability to detect hazardous
+    * access to that catalog.  Calling RelidByRelfilenode() would close that
+    * gap, but RelidByRelfilenode() might then deadlock with a held lock.
+    */
+   relid = tag.rnode.relNode;
+
+   Assert(!IsCatalogRelationOid(relid));
+   /* Shared rels are always catalogs: detect even after VACUUM FULL. */
+   Assert(tag.rnode.spcNode != GLOBALTABLESPACE_OID);
+}
+#endif
+
+
 /*
  * Helper routine to issue warnings when a buffer is unexpectedly pinned
  */
index 11f60bb20b1394544d3645575ddbaf1b5b4fb848..506dc285c8ca2f1ebdcc7d774e7e233a73b0c469 100644 (file)
@@ -1914,6 +1914,21 @@ LWLockReleaseAll(void)
 }
 
 
+/*
+ * ForEachLWLockHeldByMe - run a callback for each held lock
+ *
+ * This is meant as debug support only.
+ */
+void
+ForEachLWLockHeldByMe(void (*callback) (LWLock *, LWLockMode, void *),
+                     void *context)
+{
+   int         i;
+
+   for (i = 0; i < num_held_lwlocks; i++)
+       callback(held_lwlocks[i].lock, held_lwlocks[i].mode, context);
+}
+
 /*
  * LWLockHeldByMe - test whether my process holds a lock in any mode
  *
index 3646c979498e13c20eec13effc06d7c61759c93d..7183711416ee9a25491f3b6a9e80a31360095d65 100644 (file)
@@ -64,6 +64,7 @@
 #include "utils/lsyscache.h"
 #include "utils/memutils.h"
 #include "utils/pg_locale.h"
+#include "utils/relcache.h"
 #include "utils/syscache.h"
 
 #ifdef USE_ICU
@@ -1265,6 +1266,8 @@ lookup_collation_cache(Oid collation, bool set_flags)
    Assert(OidIsValid(collation));
    Assert(collation != DEFAULT_COLLATION_OID);
 
+   AssertCouldGetRelation();
+
    if (collation_cache == NULL)
    {
        /* First time through, initialize the hash table */
index ceabeac7e6a61486428c4ec11c0ae448f1a44ad4..a70a8f7b3292cf0ac44b20e343bcc0cf0358e8f0 100644 (file)
@@ -937,12 +937,41 @@ RehashCatCache(CatCache *cp)
    cp->cc_bucket = newbucket;
 }
 
+/*
+ *     ConditionalCatalogCacheInitializeCache
+ *
+ * Call CatalogCacheInitializeCache() if not yet done.
+ */
+pg_attribute_always_inline
+static void
+ConditionalCatalogCacheInitializeCache(CatCache *cache)
+{
+#ifdef USE_ASSERT_CHECKING
+   /*
+    * TypeCacheRelCallback() runs outside transactions and relies on TYPEOID
+    * for hashing.  This isn't ideal.  Since lookup_type_cache() both
+    * registers the callback and searches TYPEOID, reaching trouble likely
+    * requires OOM at an unlucky moment.
+    *
+    * InvalidateAttoptCacheCallback() runs outside transactions and likewise
+    * relies on ATTNUM.  InitPostgres() initializes ATTNUM, so it's reliable.
+    */
+   if (!(cache->id == TYPEOID || cache->id == ATTNUM) ||
+       IsTransactionState())
+       AssertCouldGetRelation();
+   else
+       Assert(cache->cc_tupdesc != NULL);
+#endif
+
+   if (unlikely(cache->cc_tupdesc == NULL))
+       CatalogCacheInitializeCache(cache);
+}
+
 /*
  *     CatalogCacheInitializeCache
  *
  * This function does final initialization of a catcache: obtain the tuple
- * descriptor and set up the hash and equality function links.  We assume
- * that the relcache entry can be opened at this point!
+ * descriptor and set up the hash and equality function links.
  */
 #ifdef CACHEDEBUG
 #define CatalogCacheInitializeCache_DEBUG1 \
@@ -1077,8 +1106,7 @@ CatalogCacheInitializeCache(CatCache *cache)
 void
 InitCatCachePhase2(CatCache *cache, bool touch_index)
 {
-   if (cache->cc_tupdesc == NULL)
-       CatalogCacheInitializeCache(cache);
+   ConditionalCatalogCacheInitializeCache(cache);
 
    if (touch_index &&
        cache->id != AMOID &&
@@ -1257,16 +1285,12 @@ SearchCatCacheInternal(CatCache *cache,
    dlist_head *bucket;
    CatCTup    *ct;
 
-   /* Make sure we're in an xact, even if this ends up being a cache hit */
-   Assert(IsTransactionState());
-
    Assert(cache->cc_nkeys == nkeys);
 
    /*
     * one-time startup overhead for each cache
     */
-   if (unlikely(cache->cc_tupdesc == NULL))
-       CatalogCacheInitializeCache(cache);
+   ConditionalCatalogCacheInitializeCache(cache);
 
 #ifdef CATCACHE_STATS
    cache->cc_searches++;
@@ -1545,8 +1569,7 @@ GetCatCacheHashValue(CatCache *cache,
    /*
     * one-time startup overhead for each cache
     */
-   if (cache->cc_tupdesc == NULL)
-       CatalogCacheInitializeCache(cache);
+   ConditionalCatalogCacheInitializeCache(cache);
 
    /*
     * calculate the hash value
@@ -1595,8 +1618,7 @@ SearchCatCacheList(CatCache *cache,
    /*
     * one-time startup overhead for each cache
     */
-   if (cache->cc_tupdesc == NULL)
-       CatalogCacheInitializeCache(cache);
+   ConditionalCatalogCacheInitializeCache(cache);
 
    Assert(nkeys > 0 && nkeys < cache->cc_nkeys);
 
@@ -2219,8 +2241,7 @@ PrepareToInvalidateCacheTuple(Relation relation,
            continue;
 
        /* Just in case cache hasn't finished initialization yet... */
-       if (ccp->cc_tupdesc == NULL)
-           CatalogCacheInitializeCache(ccp);
+       ConditionalCatalogCacheInitializeCache(ccp);
 
        hashvalue = CatalogCacheComputeTupleHashValue(ccp, ccp->cc_nkeys, tuple);
        dbid = ccp->cc_relisshared ? (Oid) 0 : MyDatabaseId;
index 6176dbafbca87d9149b296f0c7bfc5de67fe9579..0374e4733442ba26fc5a133aee10bc026ef6fa0a 100644 (file)
@@ -631,7 +631,8 @@ PrepareInvalidationState(void)
 {
    TransInvalidationInfo *myInfo;
 
-   Assert(IsTransactionState());
+   /* PrepareToInvalidateCacheTuple() needs relcache */
+   AssertCouldGetRelation();
    /* Can't queue transactional message while collecting inplace messages. */
    Assert(inplaceInvalInfo == NULL);
 
@@ -700,7 +701,7 @@ PrepareInplaceInvalidationState(void)
 {
    InvalidationInfo *myInfo;
 
-   Assert(IsTransactionState());
+   AssertCouldGetRelation();
    /* limit of one inplace update under assembly */
    Assert(inplaceInvalInfo == NULL);
 
@@ -863,6 +864,12 @@ InvalidateSystemCaches(void)
 void
 AcceptInvalidationMessages(void)
 {
+#ifdef USE_ASSERT_CHECKING
+   /* message handlers shall access catalogs only during transactions */
+   if (IsTransactionState())
+       AssertCouldGetRelation();
+#endif
+
    ReceiveSharedInvalidMessages(LocalExecuteInvalidationMessage,
                                 InvalidateSystemCaches);
 
@@ -1326,6 +1333,9 @@ CacheInvalidateHeapTupleCommon(Relation relation,
    Oid         databaseId;
    Oid         relationId;
 
+   /* PrepareToInvalidateCacheTuple() needs relcache */
+   AssertCouldGetRelation();
+
    /* Do nothing during bootstrap */
    if (IsBootstrapProcessingMode())
        return;
index 658c249b23a04bef8ab0be9126ae2e27189204bd..264b32270bff90fa26cdb869e041772e27953066 100644 (file)
@@ -2028,6 +2028,23 @@ formrdesc(const char *relationName, Oid relationReltype,
    relation->rd_isvalid = true;
 }
 
+#ifdef USE_ASSERT_CHECKING
+/*
+ *     AssertCouldGetRelation
+ *
+ *     Check safety of calling RelationIdGetRelation().
+ *
+ *     In code that reads catalogs in the event of a cache miss, call this
+ *     before checking the cache.
+ */
+void
+AssertCouldGetRelation(void)
+{
+   Assert(IsTransactionState());
+   AssertBufferLocksPermitCatalogRead();
+}
+#endif
+
 
 /* ----------------------------------------------------------------
  *              Relation Descriptor Lookup Interface
@@ -2055,8 +2072,7 @@ RelationIdGetRelation(Oid relationId)
 {
    Relation    rd;
 
-   /* Make sure we're in an xact, even if this ends up being a cache hit */
-   Assert(IsTransactionState());
+   AssertCouldGetRelation();
 
    /*
     * first try to find reldesc in the cache
index fc279b3125b144448e2a1551767a562c1568a1f4..39e5fcaf5a015c14ef2f81c71b3d4b95fa826052 100644 (file)
@@ -39,6 +39,7 @@
 #include "mb/pg_wchar.h"
 #include "utils/builtins.h"
 #include "utils/memutils.h"
+#include "utils/relcache.h"
 #include "utils/syscache.h"
 
 /*
@@ -310,7 +311,7 @@ InitializeClientEncoding(void)
    {
        Oid         utf8_to_server_proc;
 
-       Assert(IsTransactionState());
+       AssertCouldGetRelation();
        utf8_to_server_proc =
            FindDefaultConversionProc(PG_UTF8,
                                      current_server_encoding);
index 58391406f65a3d38d60771f0984c8b31056a8c99..8e93d315a67cecbca509df68e3e10f9580b39e21 100644 (file)
@@ -196,6 +196,9 @@ extern Buffer ReleaseAndReadBuffer(Buffer buffer, Relation relation,
 extern void InitBufferPool(void);
 extern void InitBufferPoolAccess(void);
 extern void AtEOXact_Buffers(bool isCommit);
+#ifdef USE_ASSERT_CHECKING
+extern void AssertBufferLocksPermitCatalogRead(void);
+#endif
 extern void PrintBufferLeakWarning(Buffer buffer);
 extern void CheckPointBuffers(int flags);
 extern BlockNumber BufferGetBlockNumber(Buffer buffer);
index d88fa4b4ad985acdfd86a0a7b19cd183c7729897..5998fdc88e892efa2806a5181232a045720c97bd 100644 (file)
@@ -127,6 +127,8 @@ extern bool LWLockAcquireOrWait(LWLock *lock, LWLockMode mode);
 extern void LWLockRelease(LWLock *lock);
 extern void LWLockReleaseClearVar(LWLock *lock, uint64 *valptr, uint64 val);
 extern void LWLockReleaseAll(void);
+extern void ForEachLWLockHeldByMe(void (*callback) (LWLock *, LWLockMode, void *),
+                                 void *context);
 extern bool LWLockHeldByMe(LWLock *lock);
 extern bool LWLockAnyHeldByMe(LWLock *lock, int nlocks, size_t stride);
 extern bool LWLockHeldByMeInMode(LWLock *lock, LWLockMode mode);
index c93d8654bb9942f236ed682dc55fc5f2ae7e4fd2..9788ece35723258f7f69f13eba19743ccb584876 100644 (file)
@@ -36,6 +36,14 @@ typedef Relation *RelationPtr;
 /*
  * Routines to open (lookup) and close a relcache entry
  */
+#ifdef USE_ASSERT_CHECKING
+extern void AssertCouldGetRelation(void);
+#else
+static inline void
+AssertCouldGetRelation(void)
+{
+}
+#endif
 extern Relation RelationIdGetRelation(Oid relationId);
 extern void RelationClose(Relation relation);