postgres 数据库架构介绍--1

简介

   postgres 数据库是目前最流行的开源关系型数据库之一，其具有丰富的数据类型、多版本并发控制、同步/异步流复制、嵌套事务和预写式日志等功能，广泛地应用于金融、物流、制造/电信等领域

基本概念

1 数据库cluster[逻辑]
database cluster：包含各种数据库对象，如表，索引，视图，索引，函数和序列等

2 数据库cluster [物理]

files	description
PG_VERSION	包含postgres的版本号信息
pg_hba.conf	客户端认正配置文件
pg_ident.conf	postgres 用户名映射文件
postgresql.conf	postgres 配置文件，包含各种参数设置：共享内存大小，最大连接数等
postgresql.auto.conf	更改系统时存放各种配置参数信息

subdirectories	description
base	创建数据库所在目录
global	全局系统表，pg_class和pg_control等
pg_xact	事务提交状态日志
pg_dynshmem	记录动态共享内存信息
pg_logical	存放逻辑解析过程中生成的数据
pg_wal	存放预写式日志
pg_stat	统计信息的持久性文件
pg_subtrans	存放子事务状态日志
pg_twophase	存放两阶段提交事务状态信息

架构介绍

1 进程架构
  postgres数据库是一个多进程架构，采用典型服务端–客户端结构，进程间通过共享内存进行通信。其中最重要的两个进程server process （postmaster）和backend process. postmaster 负责整个系统的启动与关闭，管理整个数据库集群，同时接收来自客户端的连接请求，后fork出一个服务进程backend process. postmaster 为客户端提供服务，执行客户端的各种命令。
  此外postmaster进程还启动一些辅助进程共同实现数据库的各种功能。

1. background writer:后台写进程，负责将缓冲池的脏页数据写回磁盘，
2. checkpointer:检查点，每隔一定周期将脏页刷盘，包括共享缓冲池和SLRU脏数据
3. autovacuum：自动清理进程，用于回收被删除元组空间，避免数据文件无限膨胀
4. WAL writer: WAL写进程，负责将wal buffer 刷写至磁盘，缓解业务高峰时日志的并发写入，对数据库性能造成影响
5. statistics collector：信息收集进程，负责收集数据库系统运行的统计信息，主要用于查询优化时的代价估算
6. pgArch：日志归档进程，负责将WAL日志进行归档备份，加强数据库的高可靠性和高可用性，防止数据意外丢失。

如果许多客户端(如WEB应用程序)频繁地重复与PostgreSQL服务器的建立连接与断开，就会增加建立连接和创建后端进程的成本，因为PostgreSQL没有实现本地连接池特性。这种情况会对数据库服务器的性能产生负面影响。要处理这种情况，通常使用池中间件(pgbouncer或pgpool-II)。

2 共享内存架构
  在postgres数据库中，内存分为共享内存和私有内存[backend process]。
私有内存主要由temp_buffers、work_mem和maintenance_work_mem组成

type	description
temp_buffers	存放执行过程中的临时数据或者临时表
work_mem	此区域用于ORDER by和DISTINCT操作，以及各种joins操作
maintenance_work_mem	此区域用于执行各种维护性操作如 VACUUM、REINDEX操作

共享内存包括共享缓冲池、WAL buffer、SLRU

type	description
shared buffer pool	存放table和index数据页
WAL buffer	用于存放WAL日志，加载或者持久化
SLRU	（子）事务状态日志缓冲区，包括CLOG和SUBSTRANS

参考：https://www.interdb.jp/pg/pgsql01.html