PGA結構?今天主要講講PG的數據結構，PG數據存儲結構分為：邏輯結構和物理存儲，下面我們就來說一說關于PGA結構?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!

PGA結構

今天主要講講PG的數據結構，PG數據存儲結構分為：邏輯結構和物理存儲。

其中邏輯存儲結構是内部的組織和管理數據的方式。物理存儲結構是操作系統中組織和管理數據的方式。邏輯存儲結構适用于不同的操作系統和硬件平台。

邏輯結構包括：

所有數據庫對象都有各自的oid(object identifiers),oid是一個無符号的四字節整數，相關對象的oid都存放在相關的system catalog表中，比如數據庫的oid和表的oid分别存放在pg_database,pg_class表中。

1、數據庫集群-Database cluster

2、數據庫-Database

3、表空間-tablespace

數據庫在邏輯上分成多個存儲單元，稱作表空間。表空間用作把邏輯上相關的結構放在一起。數據庫邏輯上是由一個或多個表空間組成。

新創建的數據庫默認創建下面的表空間：

1）Catalog表空間 存放系統表信息 2）System表空間 存放用戶數據 3）Temp表空間

4、模式-Schema

自動創建的系統模式如下：

1）PG_CATALOG 2）PG_LARGEOBJECT 3）PG_TOAST 4）PG_PARTITION

默認的用戶模式PUBLIC。

5、段-segment

6、區-extent

7、塊-block

8、數據庫對象-Database object

1）模式對象 表、索引、序列、大對象、視圖、函數、存儲過程、觸發器、包 … … 2）非模式對象 用戶、數據庫

9、數據表-Table

10、索引-Index

11、序列-Sequence

12、視圖-View

在執行initdb的時候會初始化一個目錄，通常我們都會在系統配置相關的環境變量$PGDATA來表示，初始化完成後，會再這個目錄生成相關的子目錄以及一些文件。在postgresql中，tablespace的概念并不同于其他關系型數據庫，這裡一個tablespace對應的都是一個目錄。如下圖就是PG的物理結構：

1、存儲系統主要包括三個部分：

内存中：buffer，MemoryContext；

數據文件，臨時文件；

日志文件，日志緩存。

2、文件和目錄相關作用描述：

3、數據文件結構

3.1、頁

将數據文件中的空間從邏輯上劃分成一個個頁面（數據塊）。頁面是數據庫I/O的基本單位，即隻能整頁讀寫數據文件, 頁面的大小默認是8K。

頁面可以分成兩種：

1）數據頁面：數據頁面是用來存儲用戶數據的。

2）控制頁面：控制頁面用來管理這些數據頁面。

數據庫共享緩存中的空間劃分也是按頁為基本單位, 一個頁的大小與數據文件中頁的大小一緻, 這樣便于整頁讀取數據文件,并放入到數據庫Buffer中, 從Buffer寫入數據文件也同理，保證了緩存與數據文件結構和内容上的一緻性。

3.2、Block（塊）

概念上基本等同于Page, 但Block更多用于說明DMS中對數據文件中Page的描述。

例如: 對文件的讀寫的操作, 文件讀寫位置的定位, 數據文件空間回收等操作, 單位均是以塊進行。

數據塊的大小在系統初始化時指定，默認是8K，可以取值4K,8K,16K,32K。

3.3、Extent（區）

把數據文件中8個連續的Page構成的空間稱為一個Extent。Extent是數據庫進行數據文件空間分配/釋放的基本單位。每個表、索引、序列對象都是由若幹個區組成。數據文件被創建後，除自動保留部分區作為控制區外，其他區全部處于未分配狀态。表、索引、序列對象的所有數據都存放在Extent中，當向這些Extent中插入數據時，若該Extent的所有頁面都已占滿，系統就會自動在所屬表空間的數據文件中尋找一個尚未分配的區，并将其狀态修改為數據區。

3.4、控制頁面

用于空間管理的控制頁面：PFS/GAM/IAM。

用于增量備份的控制頁面：DCM。

判斷可見性的控制頁面：VM。

預留的控制頁面：BCM/SGAM。

3.5、PFS

Page Free Space,簡稱PFS頁.

用于記錄本數據文件中頁面的空間使用情況。對文件中的每個頁面，PFS中都有一個“字節”與之對應，該字節記錄了該頁面的狀态。

PFS頁前64bytes被預留為頁頭, 剩下81024-64=8128一共覆蓋81288K=64MB空間.

故PFS頁每隔8128個頁面出現一次, 系統初始化把第一個PFS頁放在數據文件的第二個頁面位置,即:第1号數據頁面, 由此可知,第N個PFS頁的位置在8128*N 1.

3.6、GAM

Global Allocation Map，簡稱GAM頁。

功能:記錄所在數據文件的Extent的分配情況，GAM頁中除GAM頭外,剩下空間的每一位(bit)均對應一個Extent的分配情況。若某bit位為1，則表明該bit位所關聯的Extent已被分配出去,反之未被分配。

若一個GAM頁面大小為8K,則除GAM頭(64 bytes)外,一個GAM頁面所能覆蓋的文件範圍是: (81024-64)8(88K),約4GB空間。此外，GAM頁每隔881288個頁面出現一個，系統要求第一個GAM頁出現在文件的第3個頁面位置(即:第2個索引位置),由此得知,第N個GAM頁的出現位置是: 881288*N 2

3.7、IAM

Index Allocation Map，簡稱IAM頁。

功能：每個IAM頁隻隸屬于一個數據庫對象(例如:表),但一個數據庫對象可包含多個IAM頁,由此可見IAM頁與數據庫對象的關系是1對1，而數據庫對象與IAM頁的關系是1對多.

IAM的結構與GAM頁類似,除IAM頭外,剩下空間的每一位(bit)均對應着一個與IAM相關的Extent。若某bit位為1，則表明該bit位所關聯的Extent已被分配給該IAM,反之未被分配。若一個IAM頁面大小為8K,則除IAM頭(64 bytes)外,一個IAM頁面所能覆蓋的文件範圍是: (81024-64)8(88K),約4GB空間。

但與GAM也不同之處在于:IAM的出現位置不固定,隻在在創建數據庫對象的時候才分配。

1、邏輯關系存在表空間；

2、表空間存在對應的數據文件中；

新創建的數據庫對應的數據文件的名稱:

Catalog表空間 – databasename.dbf System表空間 – Udatabasename.dbf Temp表空間-- Tdatabasename.dbf

前面加 “U” 前綴代表用戶數據表空間，用于保存用戶表的數據。

不帶 U 代表 是系統表的表空間，用于保存系統表的數據。

U 前綴的數據文件代表的表空間名為PG。

不帶U 的數據文件代表的表空間為 CATALOG。

1、關系圖如下：

說明：

1）每一個數據庫具有一個或多個數據文件，用戶存放數據庫的所有數據。

2）數據庫的數據文件有以下特征：

一個數據庫文件隻能與一個數據庫的一個表空間相連。

一個表空間可以由多個數據文件組成。

3）數據庫對象與文件關系：

數據庫對象放到表空間中。

表空間有多個數據文件。

表空間中有多個數據庫對象。

4）數據庫對象邏輯上是存儲在表空間中，物理上是存儲在與表空間相關聯的數據文件中。

2、數據庫包含的文件種類：

1）數據庫文件：data/DB

數據庫對象，如：數據庫、表，索引，序列等對象。

2）控制文件：data/CTL

用來記錄數據庫集群的狀态信息，如：版本信息、集群所管理的各種文件信息、檢查點信息、事務狀态信息等。

3）日志文件：data/REDOLOG

記錄數據修改操作的日志，用于系統發生故障時進行數據恢複。

4）臨時文件：data/DB

存放數據庫進行計算的過程中，生成的各種中間對象，如排序運算的外存歸并單元。

5)參數文件：data目錄下

Postgresql的每個數據庫均存放在一個目錄中，以db_oid命名，該目錄中存放每個表對應的文件，文件名以該數據表對應的relfilenode_oid命名。當表中的數據量足夠大，導緻表文件的大小大于1GB的時候，postgresql會自動創建新的文件用于存放新插入的數據。新文件的名稱為： relfilenode_iod.1, relfilenode_iod.2 等。使用該策略是為了防止在某些文件系統中，最大支持文件尺寸不能大于1GB的情形。

db_oid, relfilenode_oid可以從pg_class系統表中查詢得出。

每個table對應的文件内部又按照Page的方式組織。每個Page的大小默認為8KB。所以每個數據庫對應文件的Disk 分布由下圖所示：

每個Page中包含Page Header以及Data段，Page Header中，pg_lower指向Free Space的起始地址，pg_upper指向Free Space的結束地址。

Data 段中，包含有： ItemIdData 段，Free Space段， Items段 以及Special space段。

ItemIdData 段： Array of (offset,length) pairs pointing to the actual items. 4 bytes per item.

Free Space 段：The unallocated space. New item pointers are allocated from the start of this area, new items from the end.

Items 段： The actual items themselves.

Special space 段： Index access method specific data. Different methods store different data. Empty in ordinary tables.

Item的存儲是從pg_upper向pg_lower（類似堆）方向增長。ItenIdData的存儲是從pg_lower向pg_upper方向增長（類似棧）。

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