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58.6. 数据库页布局

本节对PostgreSQL中表和索引使用的页格式进行介绍。[1] 序列表和TOAST表的格式与普通表类似。

下面说明一下,一个字节假定为包含8个比特位。另外, 术语为存储在页上的一个独立数据值。 在表中,一项是一行;在索引中,一项为一个索引条目。

每个表和索引存储为的数组,页的大小固定 (通常 8 kB,不过当编译服务器的时候,可以选择不同的页大小)。 在表中,所有的页是逻辑等价的,所以一个特殊项(行) 可以存储在任意页。在索引中,第一页通常保留为持有控制信息的元页, 这里可以有不同类型的索引页,这依赖于索引访问方法。

表 58-2为一个页的整体布局,每页有5部分。

表 58-2. 页整体布局

描述
PageHeaderData24字节长整型。包含关于页的一般信息,包括空闲空间指针。
ItemIdData指向实际项的(偏移量,长度)数组对。每项4字节。
Free space未分配空间。从这个区域开始分配新项指针,从结尾开始分配新项。
Items实际项本身
Special space索引访问方法专用数据。不同方法存储不同的数据。对于普通表该区域为空。

每页的前24个字节构成一个页头(PageHeaderData)。 在表 58-3有它的详细格式。 前两个字段跟踪该页最近的WAL条目。 下边的一个2字节的字段包含标志位。 随后有3个2字节整数字段(pd_lower, pd_upper, 和pd_special)。 这些字段分别表示从页开始位置至未分配空间的开始,未分配空间的结束, 专用空间的开始处的偏移字节数。页头中随后的2字节,pd_pagesize_version, 存储页大小和版本指示符。 从PostgreSQL 8.3开始版本编号是4; PostgreSQL 8.1和8.2使用版本编号3; PostgreSQL 8.0使用版本编号2; PostgreSQL 7.3和7.4使用版本编号1; 先前发布版本使用版本编号0。(在大多数这些版本中,基本的页布局和头格式没有变化,但是堆的行头有变化.) 页面的大小基本上只用于交叉检查;在安装的版本中, 不支持多种页面大小。最后一个字段是个提示,显示是否整理页可能是有利的,它跟踪该页上最旧的未整理的XMAX。

表 58-3. PageHeaderData布局

字段类型长度描述
pd_lsnXLogRecPtr8字节LSN: 该页上最后的变化对应的xlog记录的最后字节的下一字节
pd_tliuint162字节最后变化对应的时间线ID(仅其最低16位)
pd_flagsuint162字节标志位
pd_lowerLocationIndex2字节到空闲空间开始处的偏移量
pd_upperLocationIndex2字节到空闲空间结尾处的偏移量
pd_specialLocationIndex2字节到专用空间开始处的偏移量
pd_pagesize_versionuint162字节页大小和布局版本号信息
pd_prune_xidTransactionId4字节页上最旧的未修整的XMAX,如果没有则为零。

src/include/storage/bufpage.h可以找到所有的详细信息。

紧挨着页头的是项标识符(ItemIdData),每个4字节。 一个项标识符包含一个到项开始的字节偏移, 其长度以字节计,和一些影响它解释的属性位。 新项标识符需要从未分配空间的开始处分配。 可以通过查看pd_lower来确定项标识符的数量,分配新的项标识符时, pd_lower会随之增加。因为一个项标识符从来不移动直到释放了它,即使为了紧凑空闲空间,项本身被移除,引用该项的索引可以长期被使用。实际上, PostgreSQL创建的每个指向项的指针(ItemPointer,也称之为CTID,是由页号和项标识符索引组成的。

项本身从未分配空间的结尾处开始反向存储。确切的结构取决于包含什么表。 表和序列两者都使用一个名为HeapTupleHeaderData的结构,下面描述。

最后的段是"特殊段",其可以包含任何想存放访问方法。 例如,b-tree索引存储指向该页左右兄弟的连接,以及相应索引结构的一些其它数据。 普通表不使用特殊段 (通过设置pd_special等于页大小来表示)。

所有表的行结构相同。有个固定大小的头(在大多数机器占用23字节), 随后一个可选的NULL位图项,对象ID字段和用户数据。 该头的详细信息见表 58-4。 实际的用户数据(行中的列)从t_hoff表示的偏移量开始, 它必须始终是平台的MAXALIGN的倍数。 仅在t_infomask设置了HEAP_HASNULL位时,NULL位图才存在。 如果它存在,它就开始于固定头的后面,占用足够的字节,每数据列一位。 (总共t_natts位) 在这个位列表中,1位表示非空, 0 表示空。 仅在t_infomask设置了HEAP_HASOID位时,对象ID 才存在。 如果存在,它将出现在t_hoff边界前。任何使 t_hoff 为MAXALIGN倍数的填充将出现在NULL位图和对象ID之间。(反过来又保证对象ID得到恰当的对齐)

表 58-4. HeapTupleHeaderData布局

字段类型长度描述
t_xminTransactionId4字节插入XID戳
t_xmaxTransactionId4字节删除XID戳
t_cidCommandId4字节插入和/或删除 CID戳(使用t_xvac覆盖)
t_xvacTransactionId4字节VACUUM操作移动一行版本的XID
t_ctidItemPointerData6字节这个当前的或新行版本的TID
t_infomask2uint162字节字段个数,以及各种标志位
t_infomaskuint162字节各种标志位
t_hoffuint81字节用户数据偏移量

src/include/access/htup.h可以找到所有的详细信息。

对实际数据的解析只能通过从其它表获取信息来做,大多来自于pg_attribute, 表示字段位置的键值是attlenattalign。 没有直接获取特定字属性的方法,除非只有固定宽度的字段并且没有空值。 所有这些策略被封装在函数heap_getattrfastgetattrheap_getsysattr中。

要读取数据你需要逐次检查每个属性。首先依据NULL位图检查字段是否为NULL, 如果是,跳到下一个,然后确定你已经右对齐;如果字段是固定宽度的, 那么所有的字节被简单地放置,如果它是变长的字段(attlen = -1) 那么它是一个更复杂的位。所有变长数据类型共享通用的头结构struct varlena, 其包括存储值的总长度和一些标志位。 依赖这些标志,可以判断数据是行内或在一个TOAST表,也可能是压缩的。 (参阅第 58.2 节

备注

[1]

实际上,索引访问方法不需要使用这个页格式。所有已经存在的索引方法 需要使用这些基本格式,但保存在索引元页中的数据通常不遵循这些项的布局规则。