【 PG 入门系列 】PostgreSQL的体系结构（三）

Postgresql 系列博文讲解（B站同步介绍教学：https://space.bilibili.com/282421760）
支持一下，关注一波微信公众号：【 钥道不止 】

1. PG的体系结构

PostgreSQL与Oracle都是使用共享内存的进程结构，而MySQL是线程模型。

1.1. Postmaster进程

守护进程，实际上是第一个postgres进程，主要职责有：

• 数据库的启停
• 监听客户端连接
• 为每个客户端连接衍生(fork)专用的postgres服务进程
• 当postgres进程出错时尝试修复
• 管理数据文件
• 管理数据库的辅助进程

1.2. postgres进程

实际上是postgres的子进程：

• 直接与客户端进程通讯
• 负责接收客户端所有的请求
• 包含数据库引擎，负责解析SQL和生成执行计划等
• 根据命令的需要调用各中辅助进程和访问各内存结构
• 负责返回命令执行结果给客户端
• 在客户端断开连接时释放进程

1.3. 本地内存

本地内存是服务器进程独占的内存结构，每个postgre子进程都会分配一小块相应内存空间，随着连接会话的增加而增加，它不属于实例的一部分。

• work memory：用于排序的内存
• maintenance work memory：内部运维工作的内存,如VACUUM垃圾回收、创建和重建索引
• temp buffer：用于存储临时表的数据

1.4. 数据库实例（INSTANCE）

• 实例是管理和访问数据库的一套方法，即所有客户端的请求，最终都会转
  换成实例对数据库磁盘文件的各种操作，从而达到读写数据的目的
• 实例和数据库是一一对应的
• 实例包含了若干个内存结构和进程

1.4.1. 共享内存

• Shared buffer
  用于缓存表和索引的数据块。
  数据的读写都是直接对buffer操作，若所需的块不在缓存中，则需要从磁盘中读取。
  在buffer中被修改过的，但又没有写到磁盘文件中的块被称之为脏块。
  大小由shared_buffers参数控制。
• WAL(Write Ahead Log) buffer：预写日志缓存
  用于缓存增删改等写操作产生的事务日志。
  大小由wal_buffers参数控制
• Clog buffer：日志缓存
  Commit Log Buffer是记录事务状态的日志缓存
• Stats buffer
• Other buffer

1.4.2. 辅助进程

• Backgroup write：后台写进程（BgWrite），LRU算法清理脏页，将shared buffer中的脏数据页写到磁盘文件中
• AutoVacuum launcher/workers：系统自动清理进程（自动清理垃圾回收进程）
  当参数autovacuum设为on的时候启用自动清理功能。
  Launcher为清理的守护进程，每次启动的时候会调用一个或多个worker。
  Worker是负责真正清理工作的进程，由autovacuum_max_workers参数设定其数量。
• WAL Writer：预写式日志进程，将预写日志写入磁盘文件
  触发时机：
  • WAL BUFFER满了；
  • 事务commit时；
  • WAL writer进程到达间歇时间时；
  • checkpoint发生时。
• Checkpointer：检查点进程
  用于保证数据库的一致性
  它会触发bgwriter和wal writer动作
• Archiver：归档进程（PgArch）
  用于将写满的WAL日志文件转移到归档目录，该进程只有在归档模式才会启用
• SysLogger：系统日志进程
  采集PostgreSQL的运行状态，并将运行日志写入日志文件；
  logging_collector参数为on时启动，不建议关闭；
  log_directory设定日志目录；
  log_destination设定日志输出方式，甚至格式；
  log_filename设定日志文件名；
  log_truncate_on_rotation设定是否重复循环使用且删除日志；
  log_rotation_age设定循环时间；
  log_rotation_size设定循环的日志尺寸上线。
• WAL Sender/Receiver
• Stats collector：统计信息收集进程（PgStat）
  收集表和索引的空间信息和元组信息等，甚至是表的访问信息。收集到的信息能被优化器和autovaccum利用，甚至给数据库管理员作为数据库管理的参考信息。

1.5. Database Cluster

• 这里的database cluster并非数据库集群，而是数据库簇，即数据库。PostgreSQL在磁盘上的一整套文件集合叫做database cluster。
• 数据库包含了数据文件、日志文件等多种文件，用于存储用户数据和保证数据一致性。

1.6. 查询验证

# 进入postgres用户
su - postgres
# 查看postgres进程
ps -ef | grep postgres

2. PG的数据目录结构

• base目录用于存放数据库的所有实体文件，下属子目录均以数据库OID命名
  数据库子目录下是以对象OID命名的文件

• PG_VERSION 是当前数据库数据格式对应的版本号

• _fsm结尾的文件是数据文件对应的FSM(free space map)文件，用位图方式来标识哪些block是空闲的

• _vm结尾的文件是数据文件对应的VM(visibility map)，在做多版本并发控制时是通过在元组头上标识“已无效”来实现删除或更新的，最后通过VACUUM功能来清理无效数据回收空闲空间。

• pg_hba.conf：客户端认证配置文件，可以配置客户的连接协议、加密方式、ACL等等

• pg_wal：WAL日志目录。

• pg_xact：Commit log目录。V9版本以前为pg_clog目录。

• postgresql.conf：配置文件，文本格式。

• postgresql.auto.conf：也是参数配置文件，所有通过alter命令修改的命令，都会保存在这个文件中，该文件中的参数将会覆盖postgresql.conf文件相同参数的值，该文件为二进制

• postmaster.pid：Postmaster主进程的操作系统PID，数据库实例正常启动以后就会生成该文件。

• 表空间目录可以任意指定，结构与base目录类似

3. PG的层级结构