数据库

1。PG的C/S架构

了解目录和文件之前，先看了一下pg的架构。pg采用的是常见的C/S架构，服务器端叫做postgres（服务器端的主程序和进程都叫这个名字，启动pg之后在服务器上至少可以看到6个postgres进程，对应于pg的几个主要的模块，并且每增加一个客户端连接，服务器段就会增加一个postgres进程来和客户端交互），管理所有的数据文件、接受客户端的连接、执行客户端提交的操作。客户端则可以是JDBC/ODBC、psql命令行客户端、嵌入式SQL客户端等等。

pg的目录结构很清晰，一个是安装目录，默认在/usr/local/pgsql下。另外一个就是存放数据文件和配置文件的目录，文档中叫做cluster's data directory，内核分析中译作数据集簇。数据集簇通常叫做PGDATA。每个数据库实例都会有一个PGDATA，每台机器上可以并存多个不同的实例。

PGDATA下各个文件和子目录的作用详见PG9.3文档58章。其中的postgresql.conf、pg_hba.conf、pg_ident.conf是pg的配置文件，也就是说每个pg实例都有自己的配置，愚以为这一点上MySQL和pg很像。这3个配置文件中，pg_hba.conf配置了pg的访问权限，限制了哪些机器/IP段上的哪些用户对pg有什么样的访问权限，默认配置中只有本地用户可以访问pg。pg_ident.conf定义了操作系统用户名和pg中用户名的映射关系。postgresql.conf中包含了一个pg实例的其他所有配置。postmaster.pid文件是一个锁文件，生命周期和postmaster（pg最主要的一个进程，操作系统中其进程名也是postgres）进程一样，其中记录了postmaster的pid和共享内存段id。postmaster.opts中记录了postmaster上一次启动时的命令行参数。

PGDATA下的目录，最基本的是base和global。base中放了每个数据的文件，每个数据库会在base目录下有一个以该数据库oid（object id，pg具有面向对象数据库的一些特性，其中的数据库、视图、数据表，甚至某些元组都被作为数据对象管理，每个数据对象有一个唯一oid）命名的子目录。其中命名为1的子目录是pg中的模板数据库template1，pg中的数据库都会以template1作为模板，也就是说template1中的内容会被复制到所有的数据库中。global目录下存放了该实例的共享系统表，如pg_database（存放该实例中所有数据库的元信息）。

说到pg的系统表和系统视图，也就是pg的数据字典，是pg的核心，查询编译、存储管理、事务管理、日志管理都要依赖数据字典中的元数据。pg中每一个数据库都会有自己的系统表和系统视图。可以说没有系统表就没法执行SQL操作、没法create table。可是系统表/系统试图在pg，包括其他很多DBMS中，都是以普通的数据表/视图形式存在和管理的，这就存在一个鸡生蛋蛋生鸡的问题。在pg的源码src/backend/catalog/genbki.pl中包含了相关的脚本。在编译pg时，会执行这个脚本、生成一个postgres.bki文件（默认在/usr/local/pgsql/share目录下）。BKI(backend interface)是pg内部的一种特殊脚本，在执行initdb时，pg的后端（无需经过SQL查询编译）可以处理这种脚本、以bootstrap模式执行。在bootstrap模式下，可以从零开始创建数据库模板template1、创建系统视图、系统表、template0和postgres数据库。

template0和postgres数据库都是从template1创建的，这3个都是pg的系统数据库，其中template1在initdb完成之后是可以由用户修改的，template0则始终提供一个未被修改的干净模板。postgres数据库提供一个初始的可供用户连接的数据库。

具体的BKI与系统表的内容，分别参考PG文档59章

每个数据库在PGDATA/base目录下都有一个以该数据库oid命名的子目录，该数据库的所有文件、包括系统表默认都在这个目录下（也有例外）。数据库中的每张数据表的索引和数据都存放同一个文件中。数据表文件以该数据表的filenode号命名。filenode在pg_class系统表的relfilenode属性中可以看到。每张表除了存放数据和索引的文件外，还会有一个_fsm文件(free space map)，其中存放了数据表文件中空闲空间的信息，还有一个_vm文件(visibility map)，标记了数据表文件中哪些文件块没有失效的元组（pg采用的典型的行存储策略，每个元组都连续地存放在一起，一个数据块中常常存放多个元组，每个块的块头有slot array标记了每个元组的偏移量）。

对于数据表文件，pg采取段页式管理方式，每个段的默认大小是1GB。每个段都是一个文件，也就是说，默认配置下，pg中的一个数据表超过1GB时会分为多个1GB大小的文件，第一个段文件名依然是filenode number，第二个段文件是filenode number.1，依此类推。

对于数据表中的大对象，pg会将其存放在另外的一个TOAST表中，因为大对象不适合与其他属性一起按行存放在段页中。