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PostgreSQL邏輯和物理結(jié)構(gòu)

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PostgreSQL邏輯和物理結(jié)構(gòu)

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文章前言



在了解PostgreSQL邏輯和物理結(jié)構(gòu)之前，我們先了解PostgreSQL的系統(tǒng)架構(gòu)，PostgreSQL使用一種客戶端/服務(wù)器的模型。
其會(huì)話由下列相關(guān)的進(jìn)程或程序組成：
一個(gè)服務(wù)器進(jìn)程，它管理數(shù)據(jù)庫文件、接受來自客戶端應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫的連接并且在數(shù)據(jù)庫上執(zhí)行操作，該進(jìn)程叫做postgres。
那些需要執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作的用戶的客戶端應(yīng)用。
客戶端應(yīng)用可能本身就是多種多樣的：
可以是一個(gè)面向文本的工具，也可以是一個(gè)圖形界面的應(yīng)用，或者是一個(gè)通過訪問數(shù)據(jù)庫來顯示網(wǎng)頁的網(wǎng)頁服務(wù)器，或者是一個(gè)特制的數(shù)據(jù)庫管理工具。例如PoWA,pgAdmin等。
PostgreSQL采取類似于Oracle的多進(jìn)程模式，在服務(wù)器處理來自客戶端的多個(gè)并發(fā)請求時(shí)，它會(huì)為每個(gè)連接fork一個(gè)新的進(jìn)程。從這個(gè)時(shí)候開始，客戶端和新服務(wù)器進(jìn)程就不再經(jīng)過 postgres進(jìn)程的進(jìn)行通信。
因此，主服務(wù)器進(jìn)程總是在運(yùn)行并等待著客戶端的連接，而新派生的進(jìn)程就負(fù)責(zé)處理客戶端的各種操作。





PostgreSQL的邏輯結(jié)構(gòu)



Database cluster: 
數(shù)據(jù)庫集群，或者叫數(shù)據(jù)庫實(shí)例，由PostgreSQL server管理的數(shù)據(jù)庫的集合，由多個(gè)database組成。每個(gè)正在運(yùn)行的PostgreSQL server實(shí)例都管理著一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫。
database:
由各種數(shù)據(jù)庫對象構(gòu)成，例如table，indexes, view,function,sequence等。在數(shù)據(jù)庫對象的層次結(jié)構(gòu)中，database位于最頂層。通常每個(gè)數(shù)據(jù)庫對象（table、function等） 屬于并且只屬于一個(gè)database，但是也有幾個(gè)系統(tǒng)表例如pg_database屬于整個(gè)數(shù)據(jù)庫集群，對于集群中的每個(gè)database來說都是可訪問的）。

圖 1  PostgreSQL的邏輯結(jié)構(gòu)
PostgreSQL中的所有數(shù)據(jù)庫對象都通過對象標(biāo)識(shí)符oid(object identifiers), oid是無符號(hào)的四字節(jié)整數(shù)，數(shù)據(jù)庫對象的oid存放在相關(guān)的system catalog表中，且數(shù)據(jù)庫對象與oid的關(guān)系取決于對象的類型，例如，數(shù)據(jù)庫和表的oid分別存放在pg_database,pg_class表中，通過下面的查詢語句可以找到指定對象的oid。
示例：
查看數(shù)據(jù)庫pgtest的oid：
查看表products的oid：
當(dāng)我們執(zhí)行initdb命令初始化PostgreSQL時(shí)，默認(rèn)就創(chuàng)建了template0、 template1和postgres這3個(gè)數(shù)據(jù)庫。
template0和template1數(shù)據(jù)庫是創(chuàng)建用戶數(shù)據(jù)庫時(shí)將要用到的模版數(shù)據(jù)庫，它們包含了系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)表。
initdb剛完成時(shí)，template0和template1數(shù)據(jù)庫中的表是一樣的，設(shè)置兩個(gè)模版數(shù)據(jù)庫的原因是template0是初始狀態(tài)，template1則可以集成用戶的某些需求。用戶數(shù)據(jù)庫是通過克隆template1來創(chuàng)建的。postgres數(shù)據(jù)庫是使用模版template1創(chuàng)建的默認(rèn)數(shù)據(jù)庫，如果連接時(shí)不指定數(shù)據(jù)庫名，則默認(rèn)連接到postgres數(shù)據(jù)庫。
查看數(shù)據(jù)庫集群當(dāng)前有哪些數(shù)據(jù)庫：
上圖中，pgtest是初始化完成之后用戶新創(chuàng)建的一個(gè)數(shù)據(jù)庫。
通過datistemplate列可知template0和template1是用戶創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)使用的模版數(shù)據(jù)庫，其他的則不是模版數(shù)據(jù)庫。
通過datlowconn列可知該數(shù)據(jù)庫是否允許訪問。template0數(shù)據(jù)庫不能被訪問，因此該數(shù)據(jù)庫不能被修改。
tablespace：
PostgreSQL的表空間的概念與其他關(guān)系數(shù)據(jù)庫有所不同，在PostgreSQL中，一個(gè)表空間對應(yīng)的是一個(gè)目錄，里面存放的是數(shù)據(jù)目錄之外的一些數(shù)據(jù),一般是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。
當(dāng)我們初始化PostgreSQL后，就默認(rèn)創(chuàng)建了pg_default和pg_global這兩個(gè)表空間。
建表時(shí)如果沒有指定特定的表空間，表默認(rèn)存儲(chǔ)在pg_default表空間中。pg_global表空間中默認(rèn)存儲(chǔ)的是用于管理整個(gè)數(shù)據(jù)庫集群的表。
block：
在PostgreSQL中，將保存在磁盤中的塊稱為Page，而將內(nèi)存中的塊稱為Buffer，表和索引稱為Relation，行稱為Tuple。數(shù)據(jù)的讀寫是以Page為最小單位，每個(gè)Page默認(rèn)大小為8KB，頁的尺寸可以在編譯PostgreSQL時(shí)指定。





PostgreSQL的物理結(jié)構(gòu)



當(dāng)我們初始化一個(gè)新的數(shù)據(jù)庫集群的時(shí)候，會(huì)在指定目錄下創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)目錄，這個(gè)數(shù)據(jù)目錄的路徑通常用環(huán)境變量$PGDATA來表示，初始化完成后，會(huì)在$PGDATA下生成相關(guān)的子目錄以及文件。
1. 數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)
圖2展示了PostgreSQL數(shù)據(jù)庫集群的物理結(jié)構(gòu)。database是$PGDATA/base路徑下的子目錄，每個(gè)表和索引（至少）是一個(gè)文件，存儲(chǔ)在它所屬的數(shù)據(jù)庫（例如testdb）的子目錄下。另外，還有幾個(gè)包含特定數(shù)據(jù)和配置文件的子目錄。
圖2  PostgreSQL的物理結(jié)構(gòu)
下面是數(shù)據(jù)目錄下的文件和子目錄的信息：
相關(guān)文件和子目錄的介紹如下：


如下圖所示，每個(gè)數(shù)據(jù)庫的oid都對應(yīng)了$PGDATA/base路徑下面的一個(gè)子目錄：
2. 表空間的物理結(jié)構(gòu)
PostgreSQL初始化時(shí)默認(rèn)創(chuàng)建pg_default和pg_global這兩個(gè)表空間，pg_default表空間的物理位置為$PGDATAase目錄，pg_global表空間的物理位置為$PGDATAglobal目錄。用戶新建的表空間對應(yīng)的目錄都位于pg_tblspc下。
一個(gè)表空間可以同時(shí)被多個(gè)數(shù)據(jù)庫使用，這時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)庫都會(huì)在表空間的路徑下創(chuàng)建一個(gè)新的子路徑。
每創(chuàng)建一個(gè)用戶表空間就會(huì)在$PGDATApg_tblspc目錄下面創(chuàng)建一個(gè)軟鏈接，連接到表空間指定的目錄位置。
例如，當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)名為tbs_test表空間，路徑是/home/postgres/data2/tbs_test，那么就會(huì)在pg_tblspc目錄下面生成一個(gè)軟連接的目錄16425，這里的16425就是表空間對應(yīng)的oid，再往下可以看到子目錄16384，對應(yīng)的是database的oid。
3. 表和索引的物理結(jié)構(gòu)
表或者索引超過 1GB 之后，它就被劃分成1G大小的segment。第一個(gè)segment的文件名和文件節(jié)點(diǎn)相同；隨后的segment被命名為 filenode.1、filenode.2等等。
這樣的安排避免了在某些有文件大小限制的平臺(tái)上的問題（實(shí)際上，1GB只是默認(rèn)的segment尺寸。segment尺寸限制可以在編譯PostgreSQL時(shí)使用配置選項(xiàng)--with-segsize進(jìn)行調(diào)整）。
如下：
cd $PGDATA
$ ls -la -h base/16384/19427*
-rw------- 1 postgres postgres 1.0G Aug 6 10:33 data/base/16384/19427
-rw------- 1 postgres postgres 45M Aug 6 10:33 data/base/16384/19427.1





本文作者：魏 斌

本文來源：IT那活兒（上海新炬王翦團(tuán)隊(duì)）

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