PostgreSQL技术内幕2:从架构五视图角度来看PG结构

0.内容简介

本篇内容通过从PG的逻辑架构，开发架构，运行架构，物理架构以及数据架构来分析PG，对PG建立一个整体的认识。

1.逻辑架构

逻辑架构考虑功能需求，主要从行为和职责来划分，对于PG主要分为四大类，一是连接管理系统，直接和外部交互并管理连接；二是编译查询系统，负责SQL语句的编译，优化，执行，分为编译器，优化器和执行器；三是存储管理系统，负责数据的存取；最后是事务系统，负责保证事务执行的ACID。

2.开发架构

关注软件模块的组织形式和开发的质量属性，此处主要关注模块和代码文件的组织形式，作为后续源码分析的基础。

3.运行架构

主要关注运行期的属性（性能，可伸缩性，持续可用性，安全性等），此处主要关注程序的进程模型，分析各部分的作用。

其中最为关键的是是Postmaster（守护进程）和Postgres（服务进程），Postmaster负责当客户端发起连接时，fork服务进程提供服务，负责数据库系统的启动，关闭，监听，接受新的客户端连接，处理配置变更和恢复以及故障处理。服务进程负责客户端连接认证，处理客户端发出的查询和语句。

辅助进程：

Background writer：负责将共享缓冲池中的脏页逐渐刷入持久化存储中。

Checkpointer：在PG9.2及其后版本中，该进程负责处理检查点。

Autovacuum launcher：周期性地启动自动清理工作进程。

WAL writer：本进程周期性地将WAL缓冲区中的WAL数据刷入持久存储中。

Statistics Collector：负责收集统计信息，用于诸如pg_stat_activity, pg_stat_database等系统视图。

Logging collector (logger)：负责将错误消息写入日志文件。

Archiver：负责将日志归档。

4.物理架构

物理架构关注如何安装部署，和分析原理关系不大，不再描述。

5.数据架构

主要考虑数据需求，关注持久化数据的存储方案，存储格式。此处主要关注逻辑存储和物理存储，了解储存部分的层级关系，详细的存储方式，目录结构会在存储章节介绍。

• Database cluster:数据库的集合，一个Database可以包含多个Database、多个User，其中Database和Database中的对象都有它们自己的所有者：User。
• Database：Postgres 默认数据库、Template0 最精简模板、Template1 默认模板；数据库本身也是数据库对象，并且在逻辑上彼此分离。存储 schema 的一个逻辑空间，对应在物理层面上也是一个目录。
• Schema：一个数据库可以有多个User用户，多个Schema模式，默认创建一个数据库会存储在默认表空间，它包含一个Public名称的Schema模式（拷贝自Template1模板）。它可隔离多个用户之间相同名称的对象。一个数据库可以有多个Schema模式，他们互不相关互相隔离。
• User：每个数据库都有一个OWNER用户，每个用户可以OWNER多个数据库，是一个多对多的关系。
• 数据库对象：这里包含了table，index，view，序列，函数等。
• tablespace：存储数据库的一个逻辑空间，可以存放不同的数据库
• OID：所有数据库对象都有各自的oid(object identifiers),oid是一个无符号的四字节整数，相关对象的oid都存放在相关的system catalog表中，比如数据库的oid和表的oid分别存放在pg_database,pg_class表中。