怎么从零学习PostgreSQL Page结构

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一、Page

pg中的page和Oracle中的数据块一样，指的是数据库的块，操作系统块的整数倍个，默认是8K也就是两个操作系统块（4k的文件系统块）。这个大小在pg编译安装configure的时候通过--with-blocksize参数指定，单位是Kb。

二、Page的内部结构

2.1 page结构

2.2 PageHeaderData数据结构 （页头）

可以看到一个Page有 Pager header（页头），后面是linp（行指针），pd_lower和pd_upper分别是空闲空间的开始位置和结束位置；后面就是行数据（pg里面的行就是tuple）和special空间。整个page的结构比Oracle的数据块结构简单多了。

typedef struct PageHeaderData {     /* XXX LSN is member of *any* block, not only page-organized ones */     PageXLogRecPtr pd_lsn;      /* LSN: next byte after last byte of xlog                                  * record for last change to this page */     uint16      pd_checksum;    /* checksum */     uint16      pd_flags;       /* flag bits, see below */     LocationIndex pd_lower;     /* offset to start of free space */     LocationIndex pd_upper;     /* offset to end of free space */     LocationIndex pd_special;   /* offset to start of special space */     uint16      pd_pagesize_version;     TransactionId pd_prune_xid; /* oldest prunable XID, or zero if none */     ItemIdData  pd_linp[FLEXIBLE_ARRAY_MEMBER]; /* line pointer array */ } PageHeaderData;

 具体的长度和描述也都有详细说明：

简单来说，pd_lsn是指最后修改过这个page的lsn（log sequence number），这个和wal（write ahead log，同oracle redo）中记录的lsn一致。数据落盘时redo必须先刷到wal，这个pd_lsn就记录了最后data落盘时的相关redo的lsn。

pd_checksum是校验和，在initdb初始化实例的时候通过-k参数指定开启，默认是关闭的，initdb之后不能修改，它基于FNV-1a hash算法，做了相应的更改。这个校验和与Oracle的checksum一样用于数据块在读入和写出内存时的校验。比如我们在内存中修改了一个数据块，写入到磁盘的时候，在内存里面先计算好checksum，数据块写完后再计算一遍cheksum是否和之前在内存中的一致，确保整个写出过程没有出错，保护数据结构不被破坏。

pd_flags有以下的值：

/*  * pd_flags contains the following flag bits.  Undefined bits are initialized  * to zero and may be used in the future.  *  * PD_HAS_FREE_LINES is set if there are any LP_UNUSED line pointers before  * pd_lower.  This should be considered a hint rather than the truth, since  * changes to it are not WAL-logged.  *  * PD_PAGE_FULL is set if an UPDATE doesn't find enough free space in the  * page for its new tuple version; this suggests that a prune is needed.  * Again, this is just a hint.  */ #define PD_HAS_FREE_LINES   0x0001  /* are there any unused line pointers? */ #define PD_PAGE_FULL        0x0002  /* not enough free space for new tuple? */ #define PD_ALL_VISIBLE      0x0004  /* all tuples on page are visible to                                      * everyone */   #define PD_VALID_FLAG_BITS  0x0007  /* OR of all valid pd_flags bits */

pd_lower和pd_upper分别表示空闲空间起始位置和结束位置；pd_special在索引page才有效；pd_pagesize_version是page大小和page version的存储位，在不同数据库版本中，page version不一样：

prune_xid表示这个page上最早删除或者修改tuple的事务id，在vacuum操作的时候会用到。（pg没有undo，旧的数据也在page中，用vacuum来清理）

2.3 linp结构（行指针）

lp_off是tuple的开始的偏移量；lp_flags是标志位；lp_len记录了tuple的长度。

2.4 tuple header结构（行头）

也有对应的长度和描述的相详细说明：

union是共享结构体，起作用的变量是最后一次赋值的成员。来看看tuple header的结构。

在HeapTupleFields中，t_xmin是插入这行tuple的事务id；t_xmax是删除或者锁住tuple的事务id；union结构中的t_cid是删除或者插入这个tuple的命令id，也就是命令序号；t_xvac是以前格式的vacuum full用到的事务id。

在DatumTupleFields中，datum_len_ 指tuple的长度；datum_typmod是记录的type；datum_typeid是记录的id。

页头HeapTupleHeaderData包含了union结构体中的两个变量HeapTupleFields和DatumTupleFields。t_ctid是tuple id，类似oracle的rowid，形式为（块号，行号）。

t_infomask2 表示属性和标志位

t_infomask 是flag标志位，具体值如下：

t_hoff表示tuple header的长度

t_bits记录了tuple中null值的列

三、实验

3.1 安装pageinspect

它在源码的crontrib目录下面

 3.2 创建建测试表t1，插入数据

这里可以看到1000行数据用了6个数据块来存储（这里数据块从0开始），第6个数据块包含了73条记录（tuple）

3.3 Pageinspect查看page

这里我们通过两个函数来查看

page_header 可以看到页头的数据

heap_pageitems 可以看到具体tuple的数据

3.3.1 page_header

可以看到第0个page的pd_lsn为0/1671188，checksum和flags都是0，这里没有开启checksum；tuple开始偏移是772（pd_lower），结束偏移是784（pd_upper），这个page是个表，所以它没有special，我们看到的sepcial就是8192了；pagesize是8192就是8K，version是4，没有需要清理的tuple，所以存储需要清理的tuple的最早事务的id就是0（prune_xid）。

3.3.2 heap_page_items

我们来看一行记录，可以看到它是第1行记录（lp=1），tuple的开始偏移量8160（lp_off）,tuple的长度是32 bytes（lp_len为32，这个tuple是第一个插入的tuple，所以lp_off+lp_len=8160+32=8192），这行记录的插入事务id是557（t_min），和tuple的删除事务id是0（tmax），这里数据没有被删除，所以都是0。我们还可以看到t_ctid是（0,1），这里表示这个tuple是这个page中第一个块的第一条tuple；tinfomask2是2，t_infomask为2306，十六进制就是 0x0902 ，这个我们可以根据上面提到的值去看看具体的含义，0x0902 = 0x0100 + 0x0800 +0x0002；tuple头部结构（行头）的长度是24（t_hoff），t_data就是16进制存储的真正的数据了。

3.4 删除一行数据观察prune_xid

我们删除一行tuple可以看到prune_xid有了值，为559，这个559就是删除这个tuple的事务id（当前最早的删除或更改了tuple的事务id）

同样，我们可以看到lp为1的这个tuple的t_xmax为559，这里就是删除这行tuple的事务id。

PostgreSQL Page的物理结构相比Oracle的数据块来说简单很多了，源代码开放也便于学习和研究，pg是个很好很强大的数据库，值得好好学习。

以上是“怎么从零学习PostgreSQL Page结构”这篇文章的所有内容，感谢各位的阅读！相信大家都有了一定的了解，希望分享的内容对大家有所帮助，如果还想学习更多知识，欢迎关注亿速云行业资讯频道！