PostgreSQL技术大讲堂 - 第15讲：数据文件与块存储结构

2023-05-10作者：gbaiyou来源：www.gbaiyou.com

PostgreSQL从小白到专家，是从入门逐渐能力提升的一个系列教程，内容包括对PG基础的认知、包括安装使用、包括角色权限、包括维护管理、、等内容，希望对热爱PG、学习PG的同学们有帮助，欢迎持续关注CUUG PG技术大讲堂。

Part 15：数据文件与块存储结构

内容1：表的OID与数据文件对应关系

内容2：PostgreSQL数据文件存储方式

内容3：数据文件、空闲空间地图和可见性地图

内容4：块空间使用方法

对象OID与数据文件对应关系

· PG数据库的一张表或者索引对应一个数据文件。与Oracle集中式的存储方式不同，各有优缺点

· 作为数据库对象的表和索引在内部由各个oid管理，而这些数据文件则由变量relfilenode管理。

· 表和索引的relfilenode值开始时基本上(但并不总是)与相应的oid匹配

sampledb=# SELECT relname, oid, relfilenode FROM pg_class WHERE relname = 'sampletbl';

relname | oid | relfilenode

-----------+-------+-------------

sampletbl | 18740 | 18740

(1 row)

· 相关表的数据文件路径：

$ cd $PGDATA

$ ls -la base/16384/18740

-rw------- 1 postgres postgres 8192 Apr 21 10:21 base/16384/18740

· TRUNCATE、REINDEX、CLUSTER等操作会造成relfilenode号的改变，因为先删除原来的数据文件，再创建一个新的会更快。

sampledb=# SELECT relname, oid, relfilenode FROM pg_class WHERE relname = 'sampletbl';

relname | oid | relfilenode

-----------+-------+-------------

sampletbl | 18740 | 18812

(1 row)

· 使用内置函数pg_relation_file path查看表的文件路径：

sampledb=# SELECT pg_relation_filepath('sampletbl');

pg_relation_filepath

----------------------

base/16384/18812

(1 row)

· 文件尺寸超过1GB后，新文件的产生规则：

$ cd $PGDATA

$ ls -la -h base/16384/19427*

-rw------- 1 data/base/16384/19427

-rw------- 1 data/base/16384/19427.1

相关联的其它数据文件

· 空闲空间地图和可见性地图(‘_fsm’和‘_vm’):

$ cd $PGDATA

$ ls -la base/16384/18751*

-rw------- 1 base/16384/18751

-rw------- 1 base/16384/18751_fsm

-rw------- 1 base/16384/18751_vm

· 当insert操作时空闲空间文件用来查看哪些数据块有空闲空间存放新行

· 当进行vacuum操作时可见性地图文件用来提高操作的效率

· 相关的三类文件在内部称为每个关系的分岔(fork);数据文件的fork号为0、空闲空间文件fork号为1，可见性地图文件的fork号为2。

数据块内部结构

· 数据文件内部布局

固定长度的页(或块)，默认值为8192字节(8kb)

页面的内部布局取决于数据文件类型

· 表中的页包含以下三种数据：

header data -由page header data结构定义的头数据在页面的开头分配。它的长度为24字节，包含有关该页的一般信息。结构的主要变量如下页所述。

line pointer(s) -行指针为4字节长，并保存指向每个堆行的指针。它也被称为项指针。行指针形成一个简单的数组，它起到元组索引的作用。每个索引从1开始按顺序编号，称为偏移量编号。当一个新的行被添加到页面中时，一个新的行指针也被推到数组中以指向新的行

heap tuple(s) -堆元组(行)是记录数据本身。它们从页面底部开始按顺序堆叠。因为PostgreSQL需要同时了解并发控制(CC)和WAL。

INSERT操作

· Writing Heap Tuples：

UPDATE操作

· 更新一行记录：

update操作时，数据库的操作过程是先delete后insert，被删除的行空间不会立刻释放，vacuum操作时会释放。

读操作

· Reading Heap Tuples：

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