第 55 章 数据库物理存储
本章概述 PostgreSQL 数据库所使用的物理存储格式。
55.1. 数据库文件布局 #
本节从文件和目录的层次描述存储格式。
数据库集簇所需的全部数据都存放在集簇的数据目录中，该目录通常称为
PGDATA（名字来自可用于定义它的环境变量）。PGDATA 的一个常见位置是
/var/lib/pgsql/data。同一台机器上可以存在多个由不同服务器实例管理的集簇。
PGDATA 目录包含若干子目录和控制文件，如表 55.1所示。除这些必需项之外，集簇配置文件 postgresql.conf、pg_hba.conf 和 pg_ident.conf
传统上也存放在 PGDATA 中（不过在
PostgreSQL 8.0 及以后版本中，可以把它们放在其他地方）。
表 55.1. PGDATA 的内容
| Item | Description |
|---|---|
PG_VERSION | A file containing the major version number of PostgreSQL |
base | Subdirectory containing per-database subdirectories |
global | Subdirectory containing cluster-wide tables, such as
pg_database |
pg_clog | Subdirectory containing transaction commit status data |
pg_multixact | Subdirectory containing multitransaction status data (used for shared row locks) |
pg_notify | Subdirectory containing LISTEN/NOTIFY status data |
pg_serial | Subdirectory containing information about committed serializable transactions |
pg_stat_tmp | Subdirectory containing temporary files for the statistics subsystem |
pg_subtrans | Subdirectory containing subtransaction status data |
pg_tblspc | Subdirectory containing symbolic links to tablespaces |
pg_twophase | Subdirectory containing state files for prepared transactions |
pg_xlog | Subdirectory containing WAL (Write Ahead Log) files |
postmaster.opts | A file recording the command-line options the server was last started with |
postmaster.pid | A lock file recording the current postmaster process ID (PID),
cluster data directory path,
postmaster start timestamp,
port number,
Unix-domain socket directory path (empty on Windows),
first valid listen_address (IP address or *, or empty if
not listening on TCP),
and shared memory segment ID
(this file is not present after server shutdown) |
对于集簇中的每个数据库，PGDATA/base
中都有一个子目录，其名称是该数据库在 pg_database
中的 OID。这个子目录是该数据库文件的默认位置；特别是，它的系统目录就存放在这里。
每个表和索引都存储在单独的文件中。对于普通关系，这些文件以表或索引的
filenode 编号命名，该编号可在
pg_class.relfilenode
中找到。但对于临时关系，文件名的形式为
t，其中 BBB_FFFBBB 是创建该文件的后端进程号，FFF 是 filenode 编号。无论哪种情况，除了主文件（也称主分支）之外，每个表和索引还有一个空闲空间映射（见第 55.3 节），用于存储该关系可用空闲空间的信息。空闲空间映射存放在以 filenode 编号加上
_fsm 后缀命名的文件中。表还拥有可见性映射，存放在带有 _vm
后缀的分支中，用于跟踪哪些页面已知不含死元组。可见性映射在第 55.4 节中有进一步说明。不记录 WAL 的表和索引还有第三个分支，称为初始化分支，存放在带有 _init 后缀的分支中（见第 55.5 节）。
小心
请注意，虽然表的 filenode 往往与其 OID 相同，但这并非必然如此；有些操作，例如 TRUNCATE、REINDEX、CLUSTER 以及某些形式的
ALTER TABLE，会在保留 OID 的同时改变 filenode。不要假定 filenode 和表 OID 一定相同。此外，对于某些系统目录（包括
pg_class 本身），pg_class.relfilenode
中存放的是零。这些目录的实际 filenode 编号保存在更底层的数据结构中，可以使用 pg_relation_filenode() 函数取得。
当表或索引超过 1 GB 时，会被划分成若干个 1 GB 大小的段。第一段的文件名与 filenode 相同，后续各段则命名为
filenode.1、filenode.2，依此类推。这样的安排避免了在文件大小受限的平台上出现问题。（实际上，1 GB 只是默认段大小。段大小可以通过配置选项
--with-segsize 在构建 PostgreSQL
时调整。）原则上，空闲空间映射和可见性映射分支也可能需要多个段，不过在实践中这不太可能发生。
如果一个表包含可能具有很大条目的列，它就会有关联的
TOAST 表，用于对那些大到无法直接保存在表行中的字段值进行线外存储。pg_class.reltoastrelid
会把该表关联到其 TOAST 表（如果存在的话）。更多信息见第 55.2 节。
表和索引的内容将在第 55.6 节中进一步讨论。
表空间使情况变得更复杂。每个用户定义的表空间都在
PGDATA/pg_tblspc 目录中有一个符号链接，指向其物理表空间目录（即该表空间的 CREATE TABLESPACE
命令中指定的位置）。该符号链接以表空间的 OID 命名。在物理表空间目录中，有一个名称依赖于 PostgreSQL 服务器版本的子目录，例如 PG_9.0_201008051。（使用这个子目录的原因是，为了让数据库的后续版本可以在不发生冲突的情况下复用同一个
CREATE TABLESPACE 位置值。）在这个版本相关的子目录中，对于每个在该表空间中拥有对象的数据库，都有一个以该数据库 OID 命名的子目录。表和索引就使用 filenode 命名方案存储在该目录中。pg_default 表空间不通过 pg_tblspc
访问，而是对应于 PGDATA/base。同样，pg_global 表空间也不通过
pg_tblspc 访问，而是对应于
PGDATA/global。
pg_relation_filepath() 函数会显示任意关系的完整路径（相对于 PGDATA）。它常可用作记住上述众多规则的替代方法。但请记住，该函数只给出该关系主分支第一段的名字，若要找出与该关系关联的所有文件，你可能还需要追加段号以及/或者 _fsm、_vm
或 _init。
临时文件（用于诸如排序的数据多于内存可容纳量之类的操作）会创建在
PGDATA/base/pgsql_tmp 中；或者创建在表空间目录下的
pgsql_tmp 子目录中，如果为其指定的是不同于
pg_default 的表空间。临时文件的名称形式为
pgsql_tmp，其中 PPP.NNNPPP 是所属后端的 PID，NNN 用来区分该后端的不同临时文件。