69.6. 数据库页面布局 #
本节概述 PostgreSQL 表和索引内部所使用的页面格式。[15] 序列和 TOAST 表的格式与普通表相同。
在下面的说明中，假定一个字节包含 8 个位。另外，术语项指的是存储在页面上的单个数据值。在表中，项是一行；在索引中，项是一条索引条目。
每个表和索引都存储为固定大小的页面数组（通常为 8 kB，不过在编译服务器时可以选择不同的页面大小）。在表中，所有页面在逻辑上都是等价的，因此某个特定项（行）可以存放在任意页面中。在索引中，第一页通常保留为元页，用于保存控制信息；并且根据索引访问方法的不同，索引中还可能存在不同类型的页面。
表 69.2 展示了页面的总体布局。每个页面包含五个部分。
表 69.2. 总体页面布局
| 项 | 描述 |
|---|---|
| PageHeaderData | 长度为 24 字节。包含页面的一般信息，包括空闲空间指针。 |
| ItemIdData | 指向实际项的项标识符数组。每个条目都是一个（偏移量、长度）对。每项 4 字节。 |
| 空闲空间 | 尚未分配的空间。新的项标识符从该区域起始处分配，新的项从末尾处分配。 |
| 项 | 项本身。 |
| 特殊空间 | 索引访问方法特有的数据。不同方法存储不同数据。普通表中为空。 |
每个页面的前 24 个字节由页头（PageHeaderData）组成。它的格式详见表 69.3。第一个字段跟踪与该页面有关的最新
WAL 记录。第二个字段在启用了数据校验和时包含页面校验和。接下来是一个 2 字节字段，包含标志位。随后是三个 2 字节整数字段（pd_lower、pd_upper
和 pd_special）。它们分别保存从页面起始位置到未分配空间起始位置、未分配空间结束位置以及特殊空间起始位置的字节偏移量。页头接下来的 2 个字节 pd_pagesize_version
同时存储页面大小和版本指示器。从 PostgreSQL 8.3 起，版本号为 4；PostgreSQL 8.1 和 8.2 使用版本号 3；PostgreSQL 8.0 使用版本号 2；PostgreSQL 7.3 和 7.4 使用版本号 1；更早版本使用版本号 0。（这些版本中的大多数，其基本页面布局和页头格式并未改变，但堆行头部的布局发生过变化。）页面大小字段基本上只是用于交叉检查；一个安装中并不支持同时存在多种页面大小。最后一个字段是一个提示，用于显示对页面进行剪枝是否可能有利：它跟踪页面上最老的、尚未剪枝的 XMAX。
表 69.3. PageHeaderData 布局
| 字段 | 类型 | 长度 | 描述 |
|---|---|---|---|
| pd_lsn | PageXLogRecPtr | 8 字节 | LSN：上次修改此页面的 WAL 记录最后一个字节之后的下一个字节 |
| pd_checksum | uint16 | 2 字节 | 页面校验和 |
| pd_flags | uint16 | 2 字节 | 标志位 |
| pd_lower | LocationIndex | 2 字节 | 到空闲空间起始位置的偏移量 |
| pd_upper | LocationIndex | 2 字节 | 到空闲空间结束位置的偏移量 |
| pd_special | LocationIndex | 2 字节 | 到特殊空间起始位置的偏移量 |
| pd_pagesize_version | uint16 | 2 字节 | 页面大小和布局版本号信息 |
| pd_prune_xid | TransactionId | 4 字节 | 页面上最老的未剪枝 XMAX，若无则为零 |
所有细节都可以在
src/include/storage/bufpage.h 中找到。
页头之后是项标识符（ItemIdData），每个需要四个字节。一个项标识符包含项起始位置的字节偏移量、其字节长度，以及若干影响解释方式的属性位。新的项标识符会根据需要从未分配空间的起始处分配。当前已有多少个项标识符，可以通过查看
pd_lower 得知；分配新标识符时它会增加。因为一个项标识符在被释放之前永远不会移动，所以即使项本身为了整理空闲空间而在页面内移动，其索引仍然可以被长期用来引用该项。事实上，每个指向项的指针（ItemPointer，也称 CTID）在 PostgreSQL 中都由页号和项标识符索引构成。
项本身存储在从未分配空间末尾开始、向后分配的区域中。其确切结构取决于表要包含什么内容。表和序列都使用一种名为 HeapTupleHeaderData 的结构体，如下所述。
最后一部分是“特殊部分”，其中可以存放访问方法希望保存的任何内容。例如，B-树索引会在这里保存指向页面左、右兄弟的链接，以及其他一些与索引结构相关的数据。普通表完全不使用特殊部分（通过将 pd_special 设为页面大小来表示）。
图 69.1 展示了这些部分在页面中的布局方式。
图 69.1. 页面布局
69.6.1. 表行布局 #
所有表行的结构都相同。它们都有一个固定大小的头部（在大多数机器上占 23 字节），后面跟着可选的空值位图、可选的对象 ID 字段以及用户数据。头部的详细格式见表 69.4。实际用户数据（行的各列）从
t_hoff 指示的偏移位置开始，它必须始终是该平台
MAXALIGN 对齐单位的整数倍。只有当 HEAP_HASNULL 位在
t_infomask 中被置位时，空值位图才存在。若存在，它紧随固定头部之后，并占用足够多的字节，以便为每个数据列提供一位（也就是说，其位数等于 t_infomask2 中的属性个数）。在这个位图中，1 表示非空，0 表示空值。当位图不存在时，假定所有列都非空。只有当 HEAP_HASOID_OLD 位在
t_infomask 中被置位时，对象 ID 才存在。若存在，它位于
t_hoff 边界之前。为了让 t_hoff
成为 MAXALIGN 的整数倍所需的任何填充，都会出现在空值位图与对象 ID 之间。（这又反过来保证了对象 ID 的对齐是合适的。）
表 69.4. HeapTupleHeaderData 布局
| 字段 | 类型 | 长度 | 描述 |
|---|---|---|---|
| t_xmin | TransactionId | 4 字节 | 插入 XID 标记 |
| t_xmax | TransactionId | 4 字节 | 删除 XID 标记 |
| t_cid | CommandId | 4 字节 | 插入和/或删除 CID 标记（与 t_xvac 重叠） |
| t_xvac | TransactionId | 4 字节 | VACUUM 操作移动某个行版本时的 XID |
| t_ctid | ItemPointerData | 6 字节 | 本行版本或较新的行版本的当前 TID |
| t_infomask2 | uint16 | 2 字节 | 属性个数以及各种标志位 |
| t_infomask | uint16 | 2 字节 | 各种标志位 |
| t_hoff | uint8 | 1 字节 | 到用户数据的偏移量 |
所有细节都可以在
src/include/access/htup_details.h 中找到。
要解释实际数据，必须借助从其他表中获得的信息，其中大部分来自
pg_attribute。识别字段位置所需的关键值是
attlen 和 attalign。除非所有字段都是定宽且没有空值，否则没有办法直接取得某个特定属性。所有这些技巧都封装在 heap_getattr、fastgetattr 和 heap_getsysattr
这些函数中。
读取数据时，需要依次检查每个属性。首先根据空值位图判断该字段是否为 NULL。如果是，就继续下一个。然后确认对齐是否正确。如果字段是定宽字段，那么它的所有字节都是直接摆放的；如果它是变长字段（attlen = -1），情况就会稍复杂一些。所有变长数据类型都共享一个通用头部结构体 struct varlena，其中包含已存储值的总长度以及一些标志位。根据这些标志，数据可能是行内存储的，也可能位于
TOAST 表中；它也可能是经过压缩的（见第 69.2 节）。