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PostgreSQL邏輯和物理結構

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PostgreSQL邏輯和物理結構

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文章前言



在了解PostgreSQL邏輯和物理結構之前，我們先了解PostgreSQL的系統架構，PostgreSQL使用一種客戶端/服務器的模型。
其會話由下列相關的進程或程序組成：
一個服務器進程，它管理數據庫文件、接受來自客戶端應用與數據庫的連接并且在數據庫上執行操作，該進程叫做postgres。
那些需要執行數據庫操作的用戶的客戶端應用。
客戶端應用可能本身就是多種多樣的：
可以是一個面向文本的工具，也可以是一個圖形界面的應用，或者是一個通過訪問數據庫來顯示網頁的網頁服務器，或者是一個特制的數據庫管理工具。例如PoWA,pgAdmin等。
PostgreSQL采取類似于Oracle的多進程模式，在服務器處理來自客戶端的多個并發請求時，它會為每個連接fork一個新的進程。從這個時候開始，客戶端和新服務器進程就不再經過 postgres進程的進行通信。
因此，主服務器進程總是在運行并等待著客戶端的連接，而新派生的進程就負責處理客戶端的各種操作。





PostgreSQL的邏輯結構



Database cluster: 
數據庫集群，或者叫數據庫實例，由PostgreSQL server管理的數據庫的集合，由多個database組成。每個正在運行的PostgreSQL server實例都管理著一個或多個數據庫。
database:
由各種數據庫對象構成，例如table，indexes, view,function,sequence等。在數據庫對象的層次結構中，database位于最頂層。通常每個數據庫對象（table、function等） 屬于并且只屬于一個database，但是也有幾個系統表例如pg_database屬于整個數據庫集群，對于集群中的每個database來說都是可訪問的）。

圖 1  PostgreSQL的邏輯結構
PostgreSQL中的所有數據庫對象都通過對象標識符oid(object identifiers), oid是無符號的四字節整數，數據庫對象的oid存放在相關的system catalog表中，且數據庫對象與oid的關系取決于對象的類型，例如，數據庫和表的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：
查看數據庫pgtest的oid：
查看表products的oid：
當我們執行initdb命令初始化PostgreSQL時，默認就創建了template0、 template1和postgres這3個數據庫。
template0和template1數據庫是創建用戶數據庫時將要用到的模版數據庫，它們包含了系統的元數據表。
initdb剛完成時，template0和template1數據庫中的表是一樣的，設置兩個模版數據庫的原因是template0是初始狀態，template1則可以集成用戶的某些需求。用戶數據庫是通過克隆template1來創建的。postgres數據庫是使用模版template1創建的默認數據庫，如果連接時不指定數據庫名，則默認連接到postgres數據庫。
查看數據庫集群當前有哪些數據庫：
上圖中，pgtest是初始化完成之后用戶新創建的一個數據庫。
通過datistemplate列可知template0和template1是用戶創建數據庫時使用的模版數據庫，其他的則不是模版數據庫。
通過datlowconn列可知該數據庫是否允許訪問。template0數據庫不能被訪問，因此該數據庫不能被修改。
tablespace：
PostgreSQL的表空間的概念與其他關系數據庫有所不同，在PostgreSQL中，一個表空間對應的是一個目錄，里面存放的是數據目錄之外的一些數據,一般是業務數據。
當我們初始化PostgreSQL后，就默認創建了pg_default和pg_global這兩個表空間。
建表時如果沒有指定特定的表空間，表默認存儲在pg_default表空間中。pg_global表空間中默認存儲的是用于管理整個數據庫集群的表。
block：
在PostgreSQL中，將保存在磁盤中的塊稱為Page，而將內存中的塊稱為Buffer，表和索引稱為Relation，行稱為Tuple。數據的讀寫是以Page為最小單位，每個Page默認大小為8KB，頁的尺寸可以在編譯PostgreSQL時指定。





PostgreSQL的物理結構



當我們初始化一個新的數據庫集群的時候，會在指定目錄下創建一個數據目錄，這個數據目錄的路徑通常用環境變量$PGDATA來表示，初始化完成后，會在$PGDATA下生成相關的子目錄以及文件。
1. 數據庫的物理結構
圖2展示了PostgreSQL數據庫集群的物理結構。database是$PGDATA/base路徑下的子目錄，每個表和索引（至少）是一個文件，存儲在它所屬的數據庫（例如testdb）的子目錄下。另外，還有幾個包含特定數據和配置文件的子目錄。
圖2  PostgreSQL的物理結構
下面是數據目錄下的文件和子目錄的信息：
相關文件和子目錄的介紹如下：


如下圖所示，每個數據庫的oid都對應了$PGDATA/base路徑下面的一個子目錄：
2. 表空間的物理結構
PostgreSQL初始化時默認創建pg_default和pg_global這兩個表空間，pg_default表空間的物理位置為$PGDATAase目錄，pg_global表空間的物理位置為$PGDATAglobal目錄。用戶新建的表空間對應的目錄都位于pg_tblspc下。
一個表空間可以同時被多個數據庫使用，這時，每個數據庫都會在表空間的路徑下創建一個新的子路徑。
每創建一個用戶表空間就會在$PGDATApg_tblspc目錄下面創建一個軟鏈接，連接到表空間指定的目錄位置。
例如，當我們創建一個名為tbs_test表空間，路徑是/home/postgres/data2/tbs_test，那么就會在pg_tblspc目錄下面生成一個軟連接的目錄16425，這里的16425就是表空間對應的oid，再往下可以看到子目錄16384，對應的是database的oid。
3. 表和索引的物理結構
表或者索引超過 1GB 之后，它就被劃分成1G大小的segment。第一個segment的文件名和文件節點相同；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上的問題（實際上，1GB只是默認的segment尺寸。segment尺寸限制可以在編譯PostgreSQL時使用配置選項--with-segsize進行調整）。
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（上海新炬王翦團隊）

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