体系架构

前言

在PostgreSQL的体系架构中，最重要的组成部分是数据的存储结构，而数据的存储结构分为以下两种：

• 逻辑存储结构：数据库内部组织和管理数据的方式。
• 物理存储结构：操作系统中组织的管理数据的方式。

逻辑存储结构

逻辑存储结构主要是指数据库中的各种数据库对象，包括数据库集群、数据库、表、索引、视图等。 所有数据库对象都有各自的对象标识符（Object Identifier, OID）。OID是一个无符号的4字节整数。相关对象的OID都存储在相关的系统目录表中。

数据库集群(Database Cluster)

数据库集群是指由单个PostgreSQL服务器端实例管理的所有数据库集合。组成数据库集群的所有数据库使用相同的全局配置文件和监听端口，公用数据库的后台进程和内存结构。

一个数据库集群可以包括多个数据库、多个用户，以及数据库中的所有对象。

在文件系统中，一个数据库集群是一个单一目录，该目录被称为数据目录或数据区域，所有数据都被存储在该目录中。

数据库(Database)

在pg中，数据库本身也是数据库对象。不同的数据库在逻辑上彼此分离。处理数据库，其他数据库对象都属于它们各自的数据库。

表空间(Tablespace)

在逻辑上可以将数据库分为多个存储单元，这些存储单元被称作表空间。表空间用来把逻辑上相关的数据结构放在一起。从逻辑上来看，数据库是由一个或多个表空间组成的。

初始化数据库时会自动创建两个表空间，分别为 pg_dfault 和 pg_global 。

模式(Schema)

再创建一个数据库时，会为其自动创建一个名为 public 的默认模式。模式是数据库中的命名空间，在数据库中创建的所有其它数据对象（如表、视图和序列等）都是在模式中创建的。

一个用户可以在同一个客户端连接中访问不同的模式。而在不同的模式中可以有多个同名的表、索引、视图、序列和函数等不同的数据库对象。

段(Segment)

段时分配给一个数据对象的逻辑存储结构，由一组区间组成。段是数据库对象使用空间的集合。段分为表段、索引段、回滚段、临时段和告诉缓存段等，最常用的是表段和索引段。

区(Extent)

区是数据库存储空间分配的一个逻辑单位，由连续的块组成。如果一个段的所有空间已被占用，那么pg会自动为该段分配一个新的区。

块(Block)

块是pg管理数据文件中存储空间的单位，是数据库使用的IO的最小单位，是最小的逻辑存储单位，默认值为 8KB。

物理存储结构

在初始化数据库完成后，数据目录下会有以下目录和文件。这里以15.3版本为例

-rw------- 1 postgres postgres    3 Jan 18 22:00 PG_VERSION
drwx------ 1 postgres postgres    6 Jan 18 22:00 base
drwx------ 1 postgres postgres  616 Jan 19 20:36 global
drwx------ 1 postgres postgres    0 Jan 18 22:00 pg_commit_ts
drwx------ 1 postgres postgres    0 Jan 18 22:00 pg_dynshmem
-rw------- 1 postgres postgres 4.8K Jan 18 22:00 pg_hba.conf
-rw------- 1 postgres postgres 1.6K Jan 18 22:00 pg_ident.conf
drwx------ 1 postgres postgres   76 Jan 19 20:40 pg_logical
drwx------ 1 postgres postgres   28 Jan 18 22:00 pg_multixact
drwx------ 1 postgres postgres    0 Jan 18 22:00 pg_notify
drwx------ 1 postgres postgres    0 Jan 18 22:00 pg_replslot
drwx------ 1 postgres postgres    0 Jan 18 22:00 pg_serial
drwx------ 1 postgres postgres    0 Jan 18 22:00 pg_snapshots
drwx------ 1 postgres postgres    0 Jan 19 20:35 pg_stat
drwx------ 1 postgres postgres    0 Jan 18 22:00 pg_stat_tmp
drwx------ 1 postgres postgres    8 Jan 18 22:00 pg_subtrans
drwx------ 1 postgres postgres    0 Jan 18 22:00 pg_tblspc
drwx------ 1 postgres postgres    0 Jan 18 22:00 pg_twophase
drwx------ 1 postgres postgres   76 Jan 18 22:00 pg_wal
drwx------ 1 postgres postgres    8 Jan 18 22:00 pg_xact
-rw------- 1 postgres postgres   88 Jan 18 22:00 postgresql.auto.conf
-rw------- 1 postgres postgres  29K Jan 18 22:00 postgresql.conf
-rw------- 1 postgres postgres   36 Jan 19 20:35 postmaster.opts
-rw------- 1 postgres postgres   94 Jan 19 20:35 postmaster.pid

文件和目录说明

文件或目录	说明
PG_VERSION	版本信息
base	各个数据库文件
global	集群范围的各个表和相关视图
pg_commit_ts	已提交事务的时间
pg_dynshmem	动态共享内存子系统使用的文件
pg_hba.conf	客户端认证控制文件，用于黑白名单的设置
pg_ident.conf	用来配置哪些操作系统用户可以映射为数据库用户
pg_logical	逻辑解码的状态数据
pg_multixact	多事务的状态数据，比如等待锁定的并发事务
pg_notify	包含LISTEN/NOTIFY状态数据
pg_replslot	复制槽数据
pg_serial	已经提交的序列化事务的有关信息
pg_snapshots	导出的快照
pg_stat	统计子系统的永久文件
pg_stat_tmp	统计子系统的临时文件
pg_subtrans	子事务的状态数据
pg_tblspc	表空间的符号链接信息
pg_twophase	预备事务的状态文件
pg_wal	数据库的预写日志
pg_xact	事务提交的状态数据
postgresql.auto.conf	参数文件，只保留 alter system 命令修改的参数
postgresql.conf	主参数文件
postmaster.opts	记录服务器最后一次启动时使用的命令行参数
postmaster.pid	pid文件

日志文件

postgresql的日志分为运行日志、预写日志、事务日志和服务器日志。

运行日志

默认情况下，运行日志不开启。postgresql.conf 中相关配置参数有：log_destination、logging_collector、log_directory、log_filename。

预写日志

pgsql在对数据文件进行修改时，必须先写入预写日志，才能更改数据文件。当数据库因宕机发生数据丢失时，可以根据预写日志来恢复数据。