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。

1. 邏輯關係存在表空間；

2. 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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