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PostgreSQL架构概览

本文简要介绍了PostgreSQL的架构，包括数据库在逻辑上的组织形式，以及在物理上的实现方式。

引言

状态机可以视为计算的通用模型。因此当谈论架构时，我们需要讨论两个方面：

• 内存与磁盘中的状态是如何组织的？
• 操作系统中的进程又是如何与状态交互的？

逻辑结构

​ 数据库在逻辑上由许许多多，各式各样的对象组成：数据库集簇（Database Cluster），数据库（Database），表空间（Tablespace），用户/角色（Role），模式（Schema），表（Table），索引（Index），序列（Sequence），等等等。数据库的状态就保存在这些对象之中，如图所示：

图1：PG中的对象层次结构（只列出了部分对象）

逻辑组织

​ 数据库中的对象间存在层次关系，数据库对象的隶属关系在逻辑上组织为一颗树。：数据库集簇是整个数据库的根，它有三类子节点：数据库，表空间，角色。数据库又包含着模式（Schema，实际上是命名空间），数据库或者模式又包含着各式各样的对象：表，索引，序列，函数，运算符，类型，等等等等。而表中的元组，实际上也是一种对象。

系统目录与oid

​ 除了大多数普通元组之外，所有数据库对象都有一个全局分配的“主键”，称为对象标识符（Object Identifer，oid）。数据库中的对象，可以通过系统目录查询，即pg_catalog中的表与视图。例如pg_database中就包含了所有数据库对象，pg_tablespace中的元组与表空间一一对应，而pg_class则包含了一切长得像表的对象。对象标识符，就是这些系统对象表的“主键”。例如：

$ psql -c 'SELECT oid, datname FROM pg_database;'
   oid   |   datname
---------+-------------
   12558 | postgres
   16384 | vonng
       1 | template1
   12557 | template0
   16386 | meta
 4309371 | geo
 3537573 | adcode

​ 元组比较特殊，因为oid实际上是32位整型，如果为任何元组都分配一个oid，那一旦数据库中超过43亿条记录，对象标识符就被元组消耗干净了。因此除了一些特殊的，被配置为WITH OIDS的表，其他表中的元组都不会分配对象标识符。

物理结构

​ 数据库对象是逻辑上的概念，但这些概念如何落地，对应到内存中的数据结构与磁盘中的文件呢？这就是具体实现要解决的问题了。让我们自顶向下来观察这些对象是如何实现的。

• 数据库集簇

• 数据库

• 关系

• 页面

• 元组

进程结构

内存结构