表空間

資料庫在邏輯上分成多個儲存單元，稱作表空間。表空間用作把邏輯上相關的結構放在一起。資料庫邏輯上是由一個或多個表空間組成。

邏輯關係存在表空間；
表空間存在對應的資料檔案中；
新建立的資料庫對應的資料檔案的名稱：

Catalog表空間：存放系統表資訊 – databasename.dbf
System表空間：存放使用者資料 – Udatabasename.dbf
Temp表空間 – Tdatabasename.dbf

1. 前面加 “U” 字首代表使用者資料表空間，用於儲存使用者表的資料。
2. 不帶 U 代表 是系統表的表空間，用於儲存系統表的資料。
3. U 字首的資料檔案代表的表空間名為PG。
4. 不帶 U 的資料檔案代表的表空間為 CATALOG。

資料檔案結構

在 PostgreSQL 中，將儲存在磁碟中的塊稱為 Page，而將記憶體中的塊稱為 Buffer，表和索引稱為 Relation，行稱為 Tuple。資料的讀寫是以 Page 為最小單位，每個 Page 預設大小為 8k，在編譯 PostgreSQL 時指定的 BLCKSZ 大小決定 Page 的大小。每個表檔案由多個 BLCKSZ 位元組大小的 Page 組成，每個 Page 包含若干 Tuple。

Page

將資料檔案中的空間從邏輯上劃分成一個個頁面（資料塊）。頁面是資料庫I/O的基本單位，即只能整頁讀寫資料檔案, 頁面的大小預設是8K。

PageHeader

PageHeader 描述了一個資料頁的頁頭資訊，包含頁的一些元資訊。

pg_lsn：在 ARIES Recovery Algorithm 的解釋中，這個 lsn 稱為 PageLSN，它確定和記錄了最後更改此頁的 xlog 記錄的 LSN，把資料頁和 WAL 日誌關聯，用於恢復資料時校驗日誌檔案和資料檔案的一致性；pd_lsn 的高位為 xlogid，低位記錄偏移量；因為歷史的原因，64 位的 LSN 儲存為兩個 32 位的值。
pg_flags：標識頁面的資料儲存情況。
pd_special：指向索引相關資料的開始位置，該項在資料檔案中為空，主要是針對不同索引。
pd_lower：指向空閒空間的起始位置。
pd_upper：指向空閒空間的結束為止
pd_pagesize_version：不同的 PostgreSQL 版本的頁的格式可能會不同。
pd_linp[1]：行指標陣列，這些地址指向 Tuple 的儲存位置

如果一個表由一個只包含一個堆元組的頁面組成。該頁面的 pd_lower 指向第一行指標，並且行指標和 pd_upper 都指向第一個堆元組。當第二個元組被插入時，它被放置在第一個元組之後。第二行指標被壓入第一行，並指向第二個元組。pd_lower 更改為指向第二行指標，pd_upper 更改為第二個堆元組。此頁面中的其他頭資料也被重寫為適當的值

PageData

Data 段中，包含有： ItemIdData 段，Free Space段， Items段以及Special space段。

ItemIdData 段： Array of (offset,length) pairs pointing to the actual items. 4 bytes per item.
Free Space 段：The unallocated space. New item pointers are allocated from the start of this area, new items from the end.
Items 段： The actual items themselves.
Special space 段： Index access method specific data. Different methods store different data. Empty in ordinary tables.

Item 的儲存是從 pg_upper 向 pg_lower（類似堆）方向增長。ItenIdData 的儲存是從 pg_lower 向 pg_upper 方向增長（類似棧）。

PageTuple

每個 Tuple 包含兩部分的內容，一部分為 HeapTupleHeader，用來儲存 Tuple 的元資訊，包含該 Tuple 的 OID、xmin、cmin 等；另一部分為 HeapTuple，用來儲存 Tuple 的資料。

Extent（區）

把資料檔案中 8 個連續的 Page 構成的空間稱為一個 Extent。Extent 是資料庫進行資料檔案空間分配/釋放的基本單位。每個表、索引、序列物件都是由若干個區組成。資料檔案被建立後，除自動保留部分割槽作為控制區外，其他區全部處於未分配狀態。表、索引、序列物件的所有資料都存放在 Extent 中，當向這些 Extent 中插入資料時，若該 Extent 的所有頁面都已佔滿，系統就會自動在所屬表空間的資料檔案中尋找一個尚未分配的區，並將其狀態修改為資料區。

控制頁面

用於空間管理的控制頁面：PFS/GAM/IAM。
用於增量備份的控制頁面：DCM。
判斷可見性的控制頁面：VM。
預留的控制頁面：BCM/SGAM。

PFS

Page Free Space，簡稱 PFS 頁.

功能：用於記錄本資料檔案中頁面的空間使用情況。對檔案中的每個頁面，PFS中都有一個“位元組”與之對應，該位元組記錄了該頁面的狀態。
每個頁面可能有三種狀態

RFS_FREE：該頁面已被物理分配，但尚未分配給任何資料物件或控制頁；
PFS_DATA：該物件被分配作為資料頁使用；
PFS_CTRL：該物件被分配作為控制頁使用；

PFS 頁前 64 bytes 被預留為頁頭, 剩下 81024 - 64 = 8128 一共覆蓋 81288 K = 64 MB 空間。故 PFS 頁每隔 8128 個頁面出現一次，系統初始化把第一個 PFS 頁放在資料檔案的第二個頁面位置，即：第1號資料頁面，由此可知，第 N 個 PFS 頁的位置在8128*N+1。

GAM

Global Allocation Map，簡稱 GAM 頁。

功能:記錄所在資料檔案的 Extent 的分配情況，GAM 頁中除 GAM 頭外，剩下空間的每一位(bit)均對應一個 Extent 的分配情況。若某 bit 位為 1，則表明該 bit 位所關聯的 Extent 已被分配出去，反之未被分配。
若一個 GAM 頁面大小為 8K，則除 GAM 頭(64 bytes)外，一個 GAM 頁面所能覆蓋的檔案範圍是：(81024-64)8(88K)，約 4GB 空間。此外，GAM 頁每隔 881288 個頁面出現一個，系統要求第一個GAM 頁出現在檔案的第 3 個頁面位置(即：第 2 個索引位置)，由此得知,第N個GAM 頁的出現位置是：881288*N+2

IAM

Index Allocation Map，簡稱 IAM 頁。

功能：每個 IAM 頁只隸屬於一個資料庫物件(例如:表),但一個資料庫物件可包含多個 IAM 頁,由此可見 IAM 頁與資料庫物件的關係是 1 對 1，而資料庫物件與 IAM 頁的關係是 1 對多.
IAM 的結構與 GAM 頁類似，除 IAM 頭外，剩下空間的每一位 (bit) 均對應著一個與 IAM 相關的 Extent。若某 bit 位為 1，則表明該 bit 位所關聯的 Extent 已被分配給該 IAM，反之未被分配。若一個IAM頁面大小為 8K，則除 IAM 頭(64 bytes) 外，一個 IAM 頁面所能覆蓋的檔案範圍是： (81024-64)8(88K)，約4 GB 空間。但與 GAM 也不同之處在於：IAM 的出現位置不固定，只在在建立資料庫物件的時候才分配。

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PostgreSQL：邏輯結構

表空間