Notes - PostgreSQL体系结构和基本操作 - 《SQL》

一、整体架构图
二、物理结构-数据存储方式
三、页结构
四、逻辑结构

PostgreSQL

一、整体架构图

PostgreSQL体系结构和基本操作 - 图1

1、共享内存区

A、shared_buffers —-共享缓冲区

它表示数据缓冲区中数据块的个数，每个数据块的大小是8KB。
数据缓冲区位于数据库的共享内存中，它越大越好，不能小于128KB。
这个参数只有在启动数据库时，才能被设置。
默认值是128MB。
推荐值：1/4 主机物理内存。

B、wal_buffers —- 日志缓存区的大小
可以降低IO，如果遇上比较多的并发短事务，应该和commit_delay一起用。
存放WAL数据的内存空间大小，系统默认值是64K。

2、私有内存区

A、temp_buffers—-临时缓冲区
用于存放数据库会话访问临时表数据，系统默认值为8M。
可以在单独的session中对该参数进行设置，尤其是需要访问比较大的临时表时，将会有显著的性能提升。

B、work_mem —- 工作内存或者操作内存
其负责内部的sort和hash操作，合适的work_mem大小能够保证这些操作在内存中进行。

C、maintenance_work_mem —-维护工作内存
主要是针对数据库的维护操作或者语句。
主要针对VACUUM、CREATE INDEX、ALTER TABLE ADD FOREIGN KEY等操作。
在对整个数据库进行VACUUM或者较大的index进行重建时，适当的调整该参数非常必要，PostgreSQL文档提示在启用了autoacuum功能的情况下，该参数不能配置的过大。

3、主要进程

Postmaster进程
PG数据库的总控制进程，负责启动和关闭数据库实例，是一个指向PostgreS命令的链接，算是第一个PostgreS进程。Postmaster的主进程，还会fork出一些辅助子进程。
BgWriter（后台写）进程
WaLWriter（预写式日志）进程
AutoVAcuum（系统自动清理）
SysLogger（系统日志）进程
PgArch（归档）进程
PgStat（统计数据收集）进程
CheckPoint（检查点）进程

4、进程通信-建立会话
建立会话的过程：
阶段一：客户端发起请求。
阶段二：该阶段由主服务Postmaster进程负责服务器是否接受客户端的host通信认证;服务器对客户端进行身份鉴别。
阶段三：阶段二通过之后，主服务进程为该客户端单独fork一个客户端工作进程PostgreS。
阶段四：客户端与PostgreS进程建立通信连接，由PostgreS进程负责后续所有的客户端请求操作，直至客户端退出后，该PostgreS进程消失。

二、物理结构-数据存储方式
a、目录结构
默认表空间的数据文件存放在base目录
在pg_xlog保存WAL日志，只能通过软链改变它的位置。

b、段(Segments)

每一个表和索引都存放到单独的数据文件中。
文件名是表或索引的文件结点(filenode)编号。
如果表或索引超过1GB就会被分割为多个段，第一个段以文件结点(filenode)编号命名，第二个以及之后的段以 filenode.1，filenode.2 形式命名。

c、Page(Block)和Buffer
在磁盘中称为page，内存中称为buffer默认为8k，可以在编译时指定block_size参数改变大小。
d、Relation：表示表或索引。
e、Tuple（row）：表中的行。

1、目录结构

show data_directory;||select name,setting from pg_settings where category='File Locations';

PostgreSQL体系结构和基本操作 - 图3

select oid,relfilenode from pg_class where relname='a';
select pg_relation_filepath('a'::regclass);

2、空闲空间映射(FSM)

每一个表和索引（除了哈希索引）都有一个空闲空间映射（FSM）来保持对关系中可用空间的跟踪。
伴随主关系数据被存储在一个独立的关系分支中，以关系的文件节点号加上一个_fsm后缀命名。
FSM文件是执行VACUUM操作时，或者是为了插入行而第一次查询FSM文件时才会创建。
PostgreSQL使用了树形结构组织FSM文件。
FSM可以在数据插入时快速找到满足大小要求的空闲空间，从而复用空闲空间。

3、可见性映射(VM)
为了能加快VACUUM清理的速度和降低对系统I/O性能的影响，V8.4版本以后为每个数据文件加了一个后缀为“__vm “的文件。
每一个表都有一个可见性映射（VM）用来跟踪哪些页面只包含已知对所有活动事务可见的元组，它也跟踪哪些页面只包含未被冻结的元组。它随着主关系数据被存储在一个独立的关系分支中，以该关系的文件节点号加上一个_vm后缀命名。
有了这个文件后，通过VACUUM命令扫描这个文件时，如果发现VM文件中这个数据块上的位表示该数据块没有需要清理的行，则会跳过对这个数据块的扫描，从而加快VACUUM清理的速度。
pg_visibility模块可以被用来检查存储在可见性映射中的信息。

三、页结构

1、Page Header
Page的基本信息
指向空闲空间(free space)
长为 24 bytes

2、ItemIdData（Row/Index Pointers）
一个记录偏移量/长度(offset/length)的数组
指向实际的记录(rows/index entries)
每一个 item 4字节

3、Free Space
未分配的空间
新指针(pointers )从这个区域的开头开始分配
新的记录(rows/index entries)从结尾开始分配

4、Items（Row/Index Entry）
实际的记录本身

5、Special
不同的索引访问方式相关的数据
在普通表中为空
四、逻辑结构
```
[root@VM-0-9-centos ~]# mkdir -p /data/dbs/
[root@VM-0-9-centos ~]# chown -R postgres.postgres /data/dbs/
[root@VM-0-9-centos ~]# chmod -R 775 /data/dbs/
[root@VM-0-9-centos ~]# su  - postgres
Last login: Tue Oct 26 15:32:33 CST 2021 on pts/3
Last failed login: Tue Oct 26 15:33:34 CST 2021 on pts/3
There was 1 failed login attempt since the last successful login.
[postgres@VM-0-9-centos ~]$ mkdir /data/dbs/test_ts1
```
1、创建表空间

解决：需要提前建好表空间所在的目录，create tablespace不会自动创建表空间所在的目录。
2、创建Database

3、切换数据库
查看当前连接的数据库。
```
select current_catalog;
```
4、查看表空间

5、查看库

6、创建用户

7、授权

8、查看用户

登录用户创建表：
1、用户enmo可以多次连接访问不同的数据库（testdb1、testdb2、testdb3）；用户enmo可以在不同的数据库中创建数据库对象。
2、数据库testdb可以被用户enmo1、enmo2、enmo3访问（分别在数据库中创建了一张表、插入一行数据、进行查询）。也就是说一个数据库可以被多个用户来访问。
3、当用户enmo连接到数据库testdb1上时没法访问数据库testdb2上的表。

用户一次只能连接到一个数据库，没法访问其他数据库的对象。

9、创建模式
在当前数据库testdb下创建4个模式：

查看库下有哪些模式：

在不同模式下建表：

查看testdb数据库目前有哪些表：
```
select table_catalog, table_schema, table_name, table_type from information_schema.tables where table_schema not in ('pg_catalog', 'information_schema','dbe_perf');
```
可以使用表名直接访问public的表（不需要加public模式名前缀）。
访问数据库下其他模式的表需要指定模式名前缀。

一个用户连接到数据库后，可以在这个数据库中创建多个模式。可以使用DatabaseName.SchemaName.TableName或者SchemaName.TableName来访问一个表。
默认情况下访问public模式下的表，可以不用添加模式名前缀。
10、清理
```
\l
drop database **；
\du
drop user ***；
\db
drop tablespace ***;
```