2020-12-17 | Postgresql

PostgreSQL体系结构

一、引言

PostgreSQL是最像Oracle的开源数据库，我们可以拿MySQL和Oracle来比较学习它的体系结构，比较容易理解。本文会讨论pg的如下结构：

日志文件
参数文件
控制文件
数据文件
redo日志（WAL）
后台进程

PostgreSQL的主要结构如下：

二、日志文件

2.1 日志文件种类

1）$PGDATA/log 运行日志(pg10之前为$PGDATA/pg_log)

2）$PGDATA/pg_wal 重做日志(pg10之前为$PGDATA/pg_xlog)

3）$PGDATA/pg_xact 事务提交日志(pg10之前为$PGDATA/pg_clog)

4）服务器日志，可以在启动的时候指定，比如pg_ctl start -l ./alert.log

2.2 运行日志

2.2.1 运行日志参数

运行日志主要相关的参数如下，默认没有开启的话没有log目录，开启后会自动生成。

参数	可选值/说明
log_destination = ‘csvlog’	# stderr, csvlog, syslog, and eventlog ,csvlog requires logging_collector to be on一般选择这个，可以将csv日志导入数据库中查看
logging_collector=on	# Enable capturing of stderr and csvlog into log files选scv格式的日志必须设置这个参数on，修改需要重启
log_directory = ‘log’	日志输出目录
log_filename=’postgresql-%Y-%m-%d_%H%M%S.log	日志文件名字格式
log_file_mode=0600	# creation mode for log files 日志文件权限
log_truncate_on_rotation = on	设置重用日志
log_rotation_age = 1d	多长时间重用日志
log_rotation_size = 10MB	日志达到多大重用
log_min_messages=warning	#debug5,debug4,debug3,debug2,debug1,info,notice,warning,error,log,fatal,panic
log_min_duration_statement = 60	慢sql记录（超过多长时间的sql）
log_checkpoints = on	记录checkpoint操作
log_connections = on	记录会话连接操作
log_disconnections = on	记录会话断开操作
log_duration = on	记录sql执行时间
log_lock_waits=on	# log lock waits >= deadlock_timeout 记录时间长的阻塞
log_statement=’ddl’	# none, ddl, mod, all 记录ddl

2.2.2 csv日志入库

CREATE TABLE pg_log
(
  log_time timestamp(3) with time zone,
  user_name text,
  database_name text,
  process_id integer,
  connection_from text,
  session_id text,
  session_line_num bigint,
  command_tag text,
  session_start_time timestamp with time zone,
  virtual_transaction_id text,
  transaction_id bigint,
  error_severity text,
  sql_state_code text,
  message text,
  detail text,
  hint text,
  internal_query text,
  internal_query_pos integer,
  context text,
  query text,
  query_pos integer,
  location text,
  application_name text,
  PRIMARY KEY (session_id, session_line_num)
);

< pg@cs-db /oracle/soft/data/log 16:12 --> pwd
/oracle/soft/data/log
< pg@cs-db /oracle/soft/data/log 16:12 --> 
< pg@cs-db /oracle/soft/data/log 16:12 --> ls -rtl
total 8
-rw------- 1 pg pg 168 Nov 10 16:08 postgresql-16.log
-rw------- 1 pg pg 502 Nov 10 16:08 postgresql-16.csv
< pg@cs-db /oracle/soft/data/log 16:12 --> pwd
/oracle/soft/data/log
< pg@cs-db /oracle/soft/data/log 16:12 --> psql
psql (11beta3)
Type "help" for help.

li=# copy pg_log from '/oracle/soft/data/log/postgresql-16.csv' with csv;
COPY 3
li=#

这样就可以用sql来查看了。

2.3 pg_wal 见六

2.4 事务日志pg_xact

pg_xact是事务提交日志，记录了事务的元数据。默认开启。内容一般不能直接读。

2.5 服务器日志

如果用pg_ctl启动的时候没有指定-l参数来指定服务器日志，错误可能会输出到cmd前台。服务器日志记录了数据库的重要信息，一个服务器日志的内容如下：

[postgres@whf307 log]$ more alert.log
2019-05-16 14:11:36.718 CST [14660] LOG:  listening on IPv4 address "0.0.0.0", port 5432
2019-05-16 14:11:36.718 CST [14660] LOG:  listening on IPv6 address "::", port 5432
2019-05-16 14:11:36.720 CST [14660] LOG:  listening on Unix socket "/data/.s.PGSQL.5432"
2019-05-16 14:11:36.729 CST [14660] LOG:  redirecting log output to logging collector process
2019-05-16 14:11:36.729 CST [14660] HINT:  Future log output will appear in directory "log".

lsof或许可以过滤出在写的日志文件

1	lsof -c postgres\| grep REG \| grep -v /usr \| grep -v /dev \| grep -v /SYS

三、参数文件

3.1 postgresql.conf

pg的主要参数文件，有很详细的说明和注释，和Oracle的pfile，MySQL的my.cnf类似。默认在$PGDATA下。很多参数修改后都需要重启。9.6之后支持了alter system来修改，修改后的会报存在$PGDATA/postgresql.auto.conf下，可以reload或者 restart来使之生效。

主要的参数如下：

参数	可选值/说明
listen_addresses=’*’	监听客户端的地址，默认是本地的，需要修改为*或者0.0.0.0
port = 5432	pg端口，默认是5432
max_connections = 2000	最大连接数，默认100
unix_socket_directories	socket文件的位置，默认在/tmp下面
shared_buffers	数据缓存区，类型Oracle的buffer cache。建议值 1/4主机内存
maintenance_work_mem	维护工作内存，用于vacuum,create index,reindex等。建议值(1/4 主机内存)/autovacuum_max_workers
max_worker_processes	总worker数
max_parallel_workers_per_gather	单条QUERY中，每个node最多允许开启的并行计算WORKER数
wal_level	wal级别，11 默认是replica了
wal_buffers	类似Oracle的log buffer
checkpoint_timeout	checkpoint时间间隔
max_wal_size	控制wal的数量
min_wal_size	控制wal的数量
archive_command	开归档，比如 ‘test ! -f /disk1/digoal/arch/%f && cp %p /disk1/digoal/arch/%f’
autovacuum	开启自动vacuum

3.2 pg_hba.conf

这个是黑白名单的设置。文件里有详细的参数说明，默认参数如下：

# TYPE  DATABASE        USER            ADDRESS                 METHOD
# "local" is for Unix domain socket connections only
local   all             all                                     trust
# IPv4 local connections:
host    all             all             127.0.0.1/32            trust
# IPv6 local connections:
host    all             all             ::1/128                 trust
# Allow replication connections from localhost, by a user with the
# replication privilege.
local   replication     all                                     trust
host    replication     all             127.0.0.1/32            trust
host    replication     all             ::1/128                 trust
# local      DATABASE  USER  METHOD  [OPTIONS]
# host       DATABASE  USER  ADDRESS  METHOD  [OPTIONS]
# hostssl    DATABASE  USER  ADDRESS  METHOD  [OPTIONS]
# hostnossl  DATABASE  USER  ADDRESS  METHOD  [OPTIONS]

type 列有local，host，hostssl，hostnossl四种。local是本地认证 database 可以是all，或者指定的数据库 user列可以是all，或者具体的用户 address 可以是ip或者网段 method比较重要，有”trust”, “reject”, “md5”, “password”, “scram-sha-256”, # “gss”, “sspi”, “ident”, “peer”, “pam”, “ldap”, “radius” or “cert”这么多可选。trust是免密登录；reject是黑名单拒绝；md5是加密的密码；password是没有加密的密码；ident是Linux下PostgreSQL默认的local认证方式，凡是能正确登录服务器的操作系统用户（注：不是数据库用户）就能使用本用户映射的数据库用户不需密码登录数据库

3.3 pg_ident.conf

pg_ident.con是用户映射配置文件。结合pg_hba.connf中，method为ident可以用特定的操作系统用户和指定的数据库用户登录数据库。如下： pg_ident.conf如下：

1 2	# MAPNAME SYSTEM-USERNAME PG-USERNAME mapll　　　　 test sa

pg_hba.conf如下：

1 2	# TYPE DATABASE USER CIDR-ADDRESS METHOD local all all ident map=mapll

四、控制文件

4.1 控制文件位置

1	$PGDATA/global/pg_control

控制文件在数据库目录的global目录下。控制文件记录了数据库的重要信息。

4.2 查看控制文件

pg_controldata可以查看控制文件的内容

[postgres@whf307 global]$ pg_controldata  $PGDATA
pg_control version number:            1100
Catalog version number:               201809051
Database system identifier:           6684270596680436587  #dbid
Database cluster state:               in production        # primary
pg_control last modified:             Thu 16 May 2019 02:26:37 PM CST
Latest checkpoint location:           0/48812A0
Latest checkpoint's REDO location:    0/4881268                #redo 位置
Latest checkpoint's REDO WAL file:    000000010000000000000001 #wal文件号
Latest checkpoint's TimeLineID:       1
Latest checkpoint's PrevTimeLineID:   1
Latest checkpoint's full_page_writes: on
Latest checkpoint's NextXID:          0:572          #下一个事务id
Latest checkpoint's NextOID:          16388          #下一个OID
Latest checkpoint's NextMultiXactId:  1
Latest checkpoint's NextMultiOffset:  0
Latest checkpoint's oldestXID:        561
Latest checkpoint's oldestXID's DB:   1
Latest checkpoint's oldestActiveXID:  572
Latest checkpoint's oldestMultiXid:   1
Latest checkpoint's oldestMulti's DB: 1
Latest checkpoint's oldestCommitTsXid:0
Latest checkpoint's newestCommitTsXid:0
Time of latest checkpoint:            Thu 16 May 2019 02:26:36 PM CST
Fake LSN counter for unlogged rels:   0/1
Minimum recovery ending location:     0/0
Min recovery ending loc's timeline:   0
Backup start location:                0/0
Backup end location:                  0/0
End-of-backup record required:        no
wal_level setting:                    replica   #wal级别
wal_log_hints setting:                off
max_connections setting:              100       #最大连接数
max_worker_processes setting:         8
max_prepared_xacts setting:           0
max_locks_per_xact setting:           64
track_commit_timestamp setting:       off
Maximum data alignment:               8
Database block size:                  8192    #数据块大小
Blocks per segment of large relation: 131072
WAL block size:                       8192    #wal 数据块大小
Bytes per WAL segment:                67108864  #单个wal大小
Maximum length of identifiers:        64
Maximum columns in an index:          32
Maximum size of a TOAST chunk:        1996
Size of a large-object chunk:         2048
Date/time type storage:               64-bit integers
Float4 argument passing:              by value
Float8 argument passing:              by value
Data page checksum version:           1
Mock authentication nonce:            f01b78f5a88882f2f1811bbbc637cc4766d57d39831139a6b3e881d76272d892
[postgres@whf307 global]$

controlfile记录了数据库运行的一些信息，比如数据库id，是否open，wal的位置，checkpoint的位置，等等。controlfile是很重要的文件，数据库部署和调整。

五、数据文件

5.1 page

pg中，每个索引和表都是一个单独的文件，pg中叫做page。默认是每个大于1G的page会被分割pg_class.relfilenode.1这样的文件。page的大小在initdb的时候指定（–with-segsize）。

5.2 page物理位置

page的物理位置在$PGDATA/BASE/DATABASE_OID/PG_CLASS.RELFILENODE

mydb=# select relfilenode from pg_class where relname='t1';
 relfilenode 
-------------
       16385
(1 row)

mydb=# select pg_relation_filepath('t1');
 pg_relation_filepath 
----------------------
 base/16384/16385
(1 row)

mydb=# show data_directory;
 data_directory 
----------------
 /data
(1 row)

mydb=# \q
[postgres@whf307 global]$ ls -rtl /data/base/16384/16385
-rw------- 1 postgres postgres 8192 May 16 14:26 /data/base/16384/16385
[postgres@whf307 global]$

需要注意的是，pg_class.relfilenode类似dba_objects.data_object_id，truncate表之后relfilenode会变。对应的物理文件名字也会变。

六、WAL日志

6.1 wal位置

wal在$PGDATA/pg_wal下。10之前为pg_xlog

[postgres@whf307 data]$ cd pg_wal
[postgres@whf307 pg_wal]$ 
[postgres@whf307 pg_wal]$ ls -rtl
total 65536
drwx------ 2 postgres postgres        6 Apr 27 02:23 archive_status
-rw------- 1 postgres postgres 67108864 May 16 15:56 000000010000000000000001
[postgres@whf307 pg_wal]$

6.2 wal命名格式

文件名称为16进制的24个字符组成，每8个字符一组，每组的意义如下：

1
2
3

00000001 00000000 00000001
-------- -------- -------- 
时间线     逻辑id    物理id

6.3 查看wal时间

postgres=# select pg_walfile_name(pg_current_wal_lsn());
     pg_walfile_name      
--------------------------
 000000010000000000000001
(1 row)

postgres=#

postgres=# select * from pg_ls_waldir() order by modification asc;
           name           |   size   |      modification      
--------------------------+----------+------------------------
 000000010000000000000001 | 67108864 | 2019-05-16 15:56:32+08
(1 row)
postgres=#

6.4 切换wal

postgres=# select pg_switch_wal();
 pg_switch_wal 
---------------
 0/48814E8
(1 row)
postgres=# select * from pg_ls_waldir() order by modification asc;
           name           |   size   |      modification      
--------------------------+----------+------------------------
 000000010000000000000001 | 67108864 | 2019-05-16 16:12:29+08
 000000010000000000000002 | 67108864 | 2019-05-16 16:12:30+08
(2 rows)

6.5 pg_waldump查看wal

pg_waldump可以查看wal的具体内容

七、后台进程

postgres 15309     1  0 15:51 pts/0    00:00:00 /pg/pg11/bin/postgres
postgres 15310 15309  0 15:51 ?        00:00:00 postgres: logger   
postgres 15312 15309  0 15:51 ?        00:00:00 postgres: checkpointer  
postgres 15313 15309  0 15:51 ?        00:00:00 postgres: background writer  
postgres 15314 15309  0 15:51 ?        00:00:00 postgres: walwriter  
postgres 15315 15309  0 15:51 ?        00:00:00 postgres: autovacuum launcher  
postgres 15316 15309  0 15:51 ?        00:00:00 postgres: stats collector  
postgres 15317 15309  0 15:51 ?        00:00:00 postgres: logical replication launcher

postgres 主进程
logger 日志进程
checkpointer checkpoint进程
background writer 数据文件写进程
walwriter wal写进程
autovacuum launcher autovacuum进程
stats collector 统计信息收集进程