初探PostgreSQL体系结构

本文涉及的产品
云原生数据库 PolarDB PostgreSQL 版,标准版 2核4GB 50GB
云原生数据库 PolarDB MySQL 版,通用型 2核4GB 50GB
简介: 初探PostgreSQL体系结构

一、体系架构图

PostgreSQL使用一种客户端/服务器、进程架构模型。整体上包括以下几个部分:

内存区域

配置文件

服务进程

磁盘存储

PostgreSQL服务器本身是由多个进程组合而成的这些进程全部是被postmaster这个守护进程维护。

PG运用了传统的客户端和服务器架构来让用户访问数据库内容。

客户端包含了PG自带的‘psql’客户端。

PG和磁盘之间隔了一层shared memory(共享内存),大多数的数据都会被放在shared memory里面,因为访问速度快。

PG后台的checkpointer进程就是负责定期的把数据从shared memory存到磁盘上。

(一)共享内存区

共享内存区

shared_buffers

wal_buffers

clog_buffers

other buffers

shared_buffers —-共享缓冲区

表示数据缓冲区中的数据块的个数,每个数据块的大小是8KB。

数据缓冲区位于数据库的共享内存中,越大越好,不能小于128KB。

这个参数只有在启动数据库时,才能被设置。

默认值是128MB。

推荐值:1/4 主机物理内存

wal_buffers —- 日志缓存区的大小

可以降低IO,如果遇上比较多的并发短事务,应该和commit_delay一起用

存放WAL数据的内存空间大小,系统默认值是64K

(二)进程私有内存区

进程私用内存区

temp_buffers

work_mem

maintenance_work_mem

temp_buffers—-临时缓冲区

用于存放数据库会话访问临时表数据,系统默认值为8M。

可以在单独的session中对该参数进行设置,尤其是需要访问比较大的临时表时,将会有显著的性能提升

work_mem —- 工作内存或者操作内存。

其负责内部的sort和hash操作,合适的work_mem大小能够保证这些操作在内存中进行。

maintenance_work_mem —-维护工作内存

主要针对数据库的维护操作或者语句;VACUUM,CREATE INDEX,ALTER TABLE ADD FOREIGN KEY等操作。

在对整个数据库进行VACUUM或者较大的index进行重建时,适当的调整该参数非常必要

postresql文档提示在启用了autoacuum功能的情况下,该参数不能配置的过大

(三)主要的几个配置文件

上篇文章已经讲过,今天简单说一下。

二、进程通信

建立会话的过程

阶段一:客户端发起请求

阶段二:该阶段由主服务postmaster进程负责

服务器是否接受客户端的host通信认证

服务器对客户端进行身份鉴别

阶段三:阶段二通过之后,主服务进程为该客户端单独fork一个客户端工作进程postgres

阶段四:客户端与postgres进程建立通信连接,由postgres进程负责后续所有的客户端请求操作,直至客户端退出后,该postgres进程消失

客户端请求理解

打个比方,好像大家伙儿去酒店吃饭

三、物理结构

物理结构-数据存储方式

目录结构

默认表空间的数据文件存放在base目录

在pg_xlog保存WAL日志,只能通过软链改变它的位置(10版本之后命名为pg_wal)

段(Segments)

每一个表和索引都存放到单独的数据文件中

文件名是表或索引的文件结点(filenode)编号

如果表或索引超过 1 GB 就会被分割为多个段

第一个段以文件结点(filenode)编号命名,第二个以及之后的段以filenode.1, filenode.2形式命名

Page(Block)和Buffer

在磁盘中称为page,内存中称为buffer

默认为8k,可以在编译时指定block_size参数改变大小

Relation:表示表或索引

Tuple(row)表中的行

查看命令:

show data_directory;

select name,setting from pg_settings where category=’File Locations’;

目录含义

页结构

Page Header

Page的基本信息

指向空闲空间(free space)

长为 24 bytes

ItemIdData(Row/Index Pointers)

一个记录偏移量/长度(offset/length)的数组,

指向实际的记录(rows/index entries)

每一个 item 4字节

Free Space

未分配的空间

新指针(pointers )从这个区域的开头开始分配

新的记录(rows/index entries)从结尾开始分配

Items(Row/Index Entry)

实际的记录本身

Special

不同的索引访问方式相关的数据

在普通表中为空

四、逻辑结构

一个PG Cluster是在同一个os上的一个或者多个PG database的集合

在一个操作系统(OS)中,可以有一个或者多个PG Cluster

不同的PG Cluster是以port (端口号)作为区分的

这两个PG Cluster的软件版本甚至可以是不同的软件版本

假设同一个OS上有两个PG Cluster,每个PG Cluster中均可以有一个名为database1的PG database

Cluster

Cluster,物理盘上的数据库存储区,在SQL标准中的术语为catalog cluster在PostgreSQL中称之为database cluster,它在PostgreSQL中从下述两个方面区分:

物理存储的绝对路径 $PGDATA

各自的端口号 5432

database

每个 PostgreSQL 服务可以包含多个独立的 database

表空间

PostgreSQL中的表空间实际是物理盘上的一个存储目录,它从下述两个方面进行区分:

表空间名

定义表空间时使用的路径(同一个路径,不能同时用于不同的表空间)

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