PostgreSQL体系架构知多少
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阅读本文可以了解PostgreSQL数据库的体系架构，包罗内存结构和进程结构，逻辑结构和物理结构。
01 内存结构
- **共享进程：**PostgreSQL 启动之后，会生成一块共享内存（shared_buffers），共享内存主要用作数据块的缓冲区，以便进步读写性能。wal 日志缓冲区 和 clog 缓冲区也存放于共享内存中。除此之外，一些全局信息也存放在内存中，如进程信息，锁信息、全局统计信息等。
- **本地进程：**后台进程除了访问共享内存外，还会申请分配一些本地内存，以便暂存一些不需要全局存储的数据，这些内存缓冲区主要有：
暂时缓冲区：用于访问暂时表的本地缓冲区；
work_mem：内部排序操作和hash表在使用暂时磁盘文件之前使用的内存缓冲区；
maintenance_work_mem：在维护性操作（如vacuum、create index和alter table add foreign key等）中使用的内存缓冲区。
02 进程结构
- **postmaster：**客户端发起毗连，PG会启动一个服务进程为这个毗连服务。当某个服务进程出现非常，Postmaster主进程会自动完成体系的恢复，恢复过程中会停掉所有的服务进程，然后举行数据一致性恢复，恢复完成之后才开始接收新的毗连。
- **syslogger：**通过从postmaster进程、所有的服务进程及其他辅助进程网络所有的stderr输出，并将这些输出写入到日志文件中。
- **bgwriter：**辅助进程是把共享内存中的脏页写入磁盘上的进程。
- **walwriter：**负责写入Wal日志的进程。概念就是在修改数据之前，必须将这些修改操作记载到磁盘中，后面更新实际数据时，就不需要及时的将数据长期化到文件中了。WAL日志生存在pg_wal下，每个文件默认是16MB。
- **pgarch：**由于Wal日志会被循环使用，PgArch归档进程会把覆盖前的WAL日志备份出来。
- **autovacuum：**postgresql对表举行delete操作后，旧的数据并不会立刻被删除。并且，在更新数据时，也不会在旧的数据上做更新，而是生成一行新的数据。旧的数据只是被表示为删除状态，只有在没有并发的其他事务读到这些旧数据时，它们就会被autovacuum进程清除。
- **pgstat：**该辅助进程用来做数据的统计网络工作。网络的信息主要用于查询优化时的代价估算，这些信息包罗在一个表和索引上举行了多少次的插入、更新、删除操作，磁盘块读写的次数以及行的读次数。体系表pg_statistic中存储了PgStat网络的各类统计信息。
03 物理结构
- 数据文件：物理存储结构是操作体系中组织和管理数据库的方式。主要包罗数据文件、日志文件、参数文件、控制文件、wal文件。实验initdb的时候会初始化一个目次，在这个目次会生成相关的子目次和一些文件。PG的表空间概念差异于其他关系型数据库，这里的tablespace对应的都是一个目次。
下图是对每个目次的功能和作用的先容。
数据文件用于存储数据。文件名以oid命名，对于超出1G的表数据文件，PostgreSQL会自动将其拆分为多个文件来存储，而拆分的文件名将由pg_class中的relfilenode字段来决定。
- ## 查看t1表物理文件存储路径，实际上就是 base/<database oid>/<relation oid>
- test=# select pg_relation_filepath('t1');
- pg_relation_filepath
- ----------------------
- base/16384/16413
- (1 行记录)
- ## 查看数据库oid
- test=# select oid, datname from pg_database where datname = 'test';
- oid | datname
- -------+---------
- 16384 | test
- (1 行记录)
- ## 如下是查看t1表的oid和relfilenode
- test=# select oid, relfilenode, relname, relkind from pg_class where relname = 't1';
- oid | relfilenode | relname | relkind
- -------+-------------+---------+---------
- 16413 | 16413 | t1 | r
- (1 行记录)
- ## 值得注意的是，relation的oid是唯一的，但是relfilenode是会变化的，例如当执行vacuum full t1的时候，relfilenode就会变化，这跟
逻辑存储结构是内部的组织和管理数据的方式。所有的数据库对象都有各自的object identifers，oid是一个无符号的4字节整数，相关对象的oid都存放在相关的体系catalog表中，比如数据库的oid和表的oid分别存放在pg_database和pg_class表中。
**database cluster：**数据库集群簇，它是指向单个PG服务器实例管理的数据库集合，组合数据库集群的这些数据库使用相同的全局配置文件和监听端口，共用进程和内存结构。
一个Database cluster可以包罗多个database、多个user以及databases中的所有对象。
database：在PG中，数据库本身也是数据库对象，并且在逻辑上相互分离，出数据库之外的其他数据库对象（比方表、索引等）都属于它们各自的数据库。
database object：如：表、视图、索引、序列、函数等等。在PostgreSQL中的所有数据库对象都由各自的对象标识符（OID）举行内部的管理。数据库的OID存储在pg_database体系表中，数据库对象的OID存储在pg_class体系表中。
**tablespace：**数据库在逻辑上分为多个存储单元，称为表空间。表空间的作用把逻辑上相关的结构放在一起。数据库逻辑上是一个或多个表空间组成。初始化的时候，会自动创建pg_default和pg_global两个表空间。
**schema：**当创建一个数据库时，会为其创建一个名为public的默认schema。Schema是数据库中的命名空间。在数据库创建的所有对象都是在schema中创建。一个用户可以从同一个客户端毗连中访问差异的schema。而差异的schema中可以有多个同名的table、index、view、sequence、Funcation等数据库对象。
**segment：**一个段是分配给一个逻辑结构（一个表、一个索引或其他对象）的一组区，是数据库对象使用的空间的集合；段可以有表段、索引段、回滚段、暂时段和高速缓存段等。
extent：
区是数据库存储空间分配的一个逻辑单元，它由一连数据块所组成。第一个段是由一个或多个盘区组成。当一段中间所有空间已完全使用，PostgreSQL为该段分配一个新的范围。
**block：**数据块是PostgreSQL 管理数据文件中存储空间的单元，为数据库使用的I/O的最小单元，是最小的逻辑部件。默认值8K。
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