KingbaseES数据库结构

[kingbase@postgresV8]$ tree -LP2data/.├── data│   ├── base                    # 存储用户创建的数据库文件及隶属于用户数据库的所有关系.比如表、索引...│   ├── current_logfiles.       # 记录当前被日志收集器写入的日志文件的文件│   ├── global                  # 包含集簇范围的表的子目录，sys_control文件该文件记录着数据集簇标识符及版本、检查点信息、块大小等信息│   ├── initdb.conf             # 数据库初始化参数，安装并初始化│   ├── kingbase.auto.conf      # 存储由ALTER SYSTEM 设置的配置参数的文件│   ├── kingbase.conf           # 存储用户自设置的配置参数的文件│   ├── kingbase.opts           # 记录服务器最后一次启动时使用的命令行参数的文件│   ├── sys_aud                 # 存储kingbase审计相关信息│   ├── sys_bulkload            # KingbaseES提供的快速加载数据的默认路径│   ├── sys_commit_ts           # 事务提交时间戳数据目录│   ├── sys_csnlog              # 包含事务提交序列号和子事务状态数据的子目录│   ├── sys_dynshmem            # 动态共享内存子系统所使用的文件的子目录│   ├── sys_hba.conf            # 存储客户端认证方式的配置文件│   ├── sys_ident.conf		# 存储客户端认证所需的用户名映射的配置文件│   ├── sys_log                 # 日志文件│   ├── sys_logical             # 用于逻辑复制的状态数据的子目录│   ├── sys_multixact           # 多事务multi-t ransaction状态数据的子目录（用于共享的行锁）│   ├── sys_notify              # 包含LISTEN/NOTIFY状态数据的子目录│   ├── sys_replslot            # 复制槽数据的子目录│   ├── sys_serial              # 已提交的可序列化事务信息的子目录│   ├── sys_snapshots           # 导出的快照的子目录│   ├── sys_stat                # 用于统计子系统的永久文件的子目录│   ├── sys_stat_tmp            # 用于统计信息子系统的临时文件的子目录│   ├── sys_tblspc              # 指向表空间目录的符号链接的子目录，该符号链接所指向的表空间目录中存储了所属该表空间的数据文件。│   ├── sys_twophase            # 用于预备事务状态文件的子目录│   ├── SYS_VERSION.            # 包含KingbaseES主版本号的文件│   ├── sys_wal                 # WAL（预写日志）文件的子目录│   └── sys_xact                # 事务提交状态数据的子目录└── kingbase.pid                # 记录当前的kingbase进程ID（PID）集簇数据目录路径、kingbase启动时间戳、端口号、Unix域套接字目 录路径（Windows上为空）、第一个可用的listen_address （IP地址或者*，或者为空表示不在TCP上监听 ）以及共享内存段ID（服务器关闭后该文件不存在）	                        # 通过ipcs命令查看共享内存的地址信息,可以看到shared memory segments中的key值0x033cdf69	                        # 将十六进制Key值0x033cdf69转换为十进制，正好等于54321001，即为共享内存的key。				# 第二个数字为shmid的值，即为共享内存的id [kingbase@postgresdata]$cat kingbase.pid 20903/home/kingbase/data166809669854321/tmp* 5432100116ready   [kingbase@postgresdata]$ ipcs ------ Message Queues --------key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages     ------ Shared Memory Segments --------key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      0x00000000 2          gdm        777163841          dest         0x00000000 5          gdm        77721299202          dest         0x033cdf69 16         kingbase   600566------ Semaphore Arrays --------key        semid      owner      perms      nsems     0x075b8ee0 3          dmdba      6661
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BASE

在KingbaseES数据库中,数据文件被组织成一个个页面Page,页面大小为8k.对数据文件的I/O操作都是以页面为单位。

数据文件包含数据和对象,例如表、索引、存储过程和视图。

对于实例里的每个数据库,在data/base目录里都有一个子目录对应,子目录的名字为该数据库在sys_database里的OID.

这个子目录是该数据库所有数据文件的缺省位置；特别值得一提的是，该数据库的系统目录存储在此。

在该目录下,每个表和索引都存储在独立的文件里.这些文件以表或索引的filenode号命名.

它可以在sys_class.relfilenode中找到.

对于临时关系.文件名的形式为tBBB_FFF,其中BBB是创建该文件的后台会话的后台ID，FFF是文件节点号。

所有情况下,每个表和索引,在其主文件（或者说主分支）之外,都有一个空闲空间映射分支,存储可用空闲空间的信息。

空闲空间映射存储在一个文件中,该文件以节点号加上后缀_fsm命名.

此外每个表还有一个可见性映射分支,存储在一个后缀为_vm的文件中.

用于跟踪哪些页面已知含有非死亡元组。不被日志记录的表和索引还有第三个分支，即初始化分支，它存储在后缀为_init的分支中。

在表或者索引超过1GB后,它会被划分成1G大小的段。

第一个段的文件名和文件节点相同；之后的段被命名为filenode.1、filenode.2等等。

这样的处理避免了在有文件大小限制平台上的问题.(实际1GB只是默认的段尺寸。段尺寸可以在编译KingbaseES时使用配置选项--with-segsize进行调整).

原则上，空闲空间映射和可见性映射分支也可以要求多个段，但实际上很少发生。

纯数字的是主表数据文件或索引数据文件

以_fsm后缀的就是Free Space Mapping文件

以vm后缀的就是visibility map

├── base # SELECT OID, DATNAME FROM SYS_DATABASE;
│ ├── 1
│ ├── 16268
│ ├── 16269
│ └── 16270
├── sys_filenode.map
└── sys_internal.init
└── SYS_VERSION

sys_filenode.map 是sys_class里relfilenode为0的系统表,OID与文件的硬编码映射。

sys_internal.init 是系统表的cache文件,用于加快读取.默认不存在,查询系统表后自动产生。

SYS_VERSION 是当前数据库数据格式对应的版本号

其它文件是需要到sys_class里根据OID查到对应的relfilenode来与文件名匹配

注意:

虽然一个表的文件节点通常和它的OID相匹配,但实际上并不是必须如此.

比如 TRUNCATE、REINDEX、CLUSTER以及某些形式的ALTERTABLE,都可以改变文件节点而同时保留 OID。

我们不应该假设文件节点和表 OID 相同。

此外对于包含sys_class本身在内的特定系统目录，其sys_class.relfilenode包含0。

这些目录的实际文件节点号被存储在一个低层数据结构中，可以用sys_relation_filenode()函数获取。

GLOBAL

存储全局的系统表信息和全局控制信息

数字命名的文件用于存储系统表的内容。它们在sys_class里的relfilenode都为0,是靠sys_filenode.map将OID与文件硬编码映射注意：不是所有的系统表的relfilenode都为0以下语句可以查询OID对应的表名/物理文件名

select oid, relname from sys_class where relfilenode=0 order by oid;select sys_relation_filenode(:oid);
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纯数字的是主表数据文件或索引数据文件以_fsm后缀的就是FreeSpaceMapping文件以vm后缀的就是visibilitymap

注意：系统表分为全局系统表和库级系统表。

全局系统表位于global下，如：sys_database,sys_tablespace,sys_auth_members这种存储系统级对象的表。

库级系统表位于数据库目录下，如：sys_type,sys_proc,sys_attribute这种存储库级对象的表。

值得注意的是sys_class位于库级目录的里，但也包含全局系统表信息，因此在改动全局系统表信息时需要注意。

[kingbase@postgres data]$ tree  globalglobal├── 1136              # sys_pltemplate├── 1137              # sys_pltemplate_name_index├── 1213              # sys_tablespace├── 1214              # sys_shdepend├── 1232              # sys_shdepend_depender_index├── 1233              # sys_shdepend_reference_index├── 1260              # sys_authid├── 1261              # sys_auth_members├── 1262              # sys_database├── 2396              # sys_shdescription├── 2397              # sys_shdescription_o_c_index├── 2671              # sys_database_datname_index├── 2672              # sys_database_oid_index├── 2676              # sys_authid_rolname_index├── 2677              # sys_authid_oid_index├── 2694              # sys_auth_members_role_member_index├── 2695              # sys_auth_members_member_role_index├── 2697              # sys_tablespace_oid_index├── 2698              # sys_tablespace_spcname_index├── 2846              # sys_toast_2396├── 2847              # sys_toast_2396_index├── 2964              # sys_db_role_setting├── 2965              # sys_db_role_setting_databaseid_rol_index├── 2966              # sys_toast_2964├── 2967              # sys_toast_2964_index├── 3592              # sys_shseclabel├── 3593              # sys_shseclabel_object_index├── 4060              # sys_toast_3592x├── 4061              # sys_toast_3592_index├── 4175├── 4176├── 4177├── 4178├── 4179├── 4180├── 4181├── 4182├── 4183├── 4184├── 4185├── 4186├── 6000              # sys_replication_origin├── 6001              # sys_replication_origin_roiident_index├── 6002              # sys_replication_origin_roname_index    ├── 6100├── 6114├── 6115├── 7968├── 7969├── 8042├── 8046├── 8048├── 8059├── 8074├── 8076├── sys_control        # 存储全局控制信息,对应的是ControlFileData结构体├── sys_filenode.map   # 将当前目录下系统表的OID与具体文件名进行硬编码映射(每个用户创建的数据库目录下也有同名文件).                       # 对应RelMapFile结构体, 结构体大小为：62*8+4*4=496+16=512。                       # 也就是说这个文件最多存放62条系统catalog表的记录└── sys_internal.init  # 缓存系统表，加快系统表读取速度（每个用户创建的数据库目录下也有同名文件）
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SYS_WAL

预写式日志（Write-Ahead Logging（WAL））是保证数据完整性、实现事务日志的一种标准方法。

WAL的中心思想是对数据文件的修改（它们是表和索引的载体）当修改已经被记录在日志中之后，即在描述这些变化的日志被刷到持久存储后。

如果遵循这种过程，将不需要在每个事务提交时写数据到磁盘。

当数据库系统崩溃后，会从上一次成功的checkpoint点开始依次重放wal记录，假如lsn>wal_lsn则重放wal记录，反之跳过，确保数据记录恢复到崩溃前的状态。

预写式日志记录在sys_wal中。

WAL日志的优点

使用WAL可以减少磁盘读写的频率次数。

保证事务被提交时才会将日志文件内容写入到磁盘。

在没有触发checkpoint检查点时不用将数据持久化，减少读写磁盘频率次数。

日志文件按照顺序写入，同步日志的代价要远小于刷写数据页面的代价。

在OLTP系统性能影响尤其明显。

使用WAL能够保证数据的完整性。

提供数据库在线备份和恢复。

通过归档的WAL文件，支持恢复到被任意时刻。

通过数据库的物理备份，WAL日志恢复数据到自己希望的时间。

另外物理备份不必是数据库状态的一个即时快照。

通过WAL日志的恢复可以修复内部的不一致。

WAL日志SEGMENT

wal segment文件存储着数据库每一条数据变化明细。

每一条记录数据变化明细都是服务于数据库恢复操作，确保前后数据一致。

针对数据的任意一次修改操作均被记录在wal segment文件中，包括insert、update和delete。

包括系统的一些管理行为也会被记录在wal segment文件中，例如事务提交和vacuum等行。

wal segment文件命名形如0000000100000001 0000001A，文件名共24位，前8位是timeline，中间8位是logid，后8位是logseg，logseg的前6位始终是0，后2位是lsn的前2位。根据wal segment文件名的最后2位，

wal segment根据对应的LSN分别记录在不同的wal segment文件中

[kingbase@postgres data]$ tree sys_wal/sys_wal/├── 000000010000000000000051└── archive_status
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ARCHIVE_STATUS

archive_status是wal segment文件的备份目录。

.ready 是等待被归档的wal日志。

.done 是已经被归档完成的wal日志。

.backup 主备环境

超出wal_keep_segments数目限制的wal日志会在archive_status目录内被打标，归档操作完成后被进一步移除。

.HISTORY

.history文件内容包括原.history文件，当前时间线切换记录和切换原因，作用于数据库的时间点恢复行为。

当数据库从多个时间线的备份中恢复时，数据库从.history文件中找到从sys_control的start_timeline到指定的recovery_target_timeline间的所有wal段文件进行恢复。

每发生一次主备切换此文件ID+1.可以判断主备切换次数。

SYS_XACT

sys_xact是事务提交日志（Commit Log）的存储目录.

事务提交日志默认256KB，文件名形如XXXX,

系统初始化后从0000开始递增至FFFF。

PG 10及之后的高版本改目录名为pg_xact,10之前目录名称是pg_clog.

事务已被冻结的文件可以被vacuum清理。

在sys_class . relfrozenxid之前的所有事务 ID在表中已经被替换为一个永久的（“冻结的”) 事务ID 。

用于跟踪表是否需要被清理，以便阻止事务 ID回卷或者允许 sys_xact 被收缩。

如果该关系不是一个表则为0（ InvalidTransactionId ）

通过指定 VACUUM 操作强制执行来防止表中事务ID回卷之前，表的 sys_class . relfrozenxid 保持最大事务年龄。

注意即便自动清理被禁用，系统也将发起自动清理进程来阻止回卷。

清理允许从 sys_xact 子目录中移除旧文件，默认值为2亿事务。

COMMIT LOG

事务提交日志存储数据库的单个事务运行状态。

Commit Log由共享内存中一组8KB的page组成。

每个page包含一列数组，每个数组元素包含XID和该事物的实时状态。

当page不足时，创建新的page来存储新的事务

事物ID的分类

0-2都是保留的txid，它们比任何普通txid都要旧。

0：invalidtransactionid，表示无效的事务id1：bootstraptransactionid，表示系统表初始化时的事务id，比任何普通的事务id都旧。

2：frozentransactionid，冻结的事务id，比任何普通的事务id都旧。

大于2的事务id都是普通的事务id，即从3开始就是普通的事务id。

postgresql中事务号有两个概念，一个就是通常意义上的事务id，即transaction id，如tuple中的xmin,xmax等。

另外一个是虚拟事务id，即virtual transaction id。

像类似于select这些只读语句，并不会改变数据库；而dml语句会对数据库状态产生影响。transaction id属于永久id。

它的意义是指对数据库的更改序列，使得数据库从一种状态变成另外一种状态，而且状态的改变是持久、可恢复的，是一致性的。

而查询，实际上并不需要这种永久事务id，只需要处理好mvcc，锁的获取和释放即可因此virtual transaction id也就足够了。

不需要去获取xidgenlock锁而产生transaction id，从而提高数据库性能。

另外数据库也不会因为查询而导致transaction id快速wrap around(回卷)，关于transaction id和virtual transaction id可以从sys_locks系统表中查看到相关信息。

OID

数据库对象是数据库存储或引用的数据结构体，数据库本身也是数据库对象，同时包括表、索引、视图、序列和函数等。Object ID是数据库对象的唯一标识符，保存在无符号四字节的整形变量中，所有数据库对象各自对应一个OID。PostgreSQL有两个视图各司其职，分别保存着不同类别的OID，其中pg_database保存数据库本身对象的OID，pg_class保存表、索引和序列等对象的OID。

Relation

关系代表非数据库本身的数据库对象，包括表、视图、索引和toast等，不包括数据库本身。

MVCC

Multi-Version-Concurrency-Control是一种并发控制机制。

数据库引擎根据不同的事务隔离级别，通过查询事务快照和事务提交日志来完成元组的可见性检查。

Page

数据库文件在Linux平台被划分为默认8K固定长度的page进行管理。

通过数据库初始化指定block_size参数page的大小。

如果page设低了，相同数据量的文件需要分裂成更多的page，IO次数和索引分裂次数都会增加，性能会降低较多；

如果page设高了，page内部的数据检索效率会降低，性能一样会降低不少，一般来说8K和16K对于数据库系统来说是最优解。