面试题：PostgreSQL核心架构之存储结构相关问题

Question

在PostgreSQL核心架构中，简述其主要的存储结构，包括表空间、数据库、表等概念之间的关系以及它们在存储层面是如何组织的。

Answer 1

表空间（Tablespace）

1. 概念：表空间是 PostgreSQL 中一个非常重要的逻辑存储结构，它允许用户指定数据库对象（如表、索引等）存储在文件系统的特定位置。这为数据库管理员提供了极大的灵活性，比如可以将频繁访问的数据放在高性能存储设备上，而将不常用的数据放在相对廉价的存储上。
2. 作用：
   • 性能优化：通过合理分配不同类型数据到不同性能的存储设备，提高整体数据库性能。例如，将索引放在高速 SSD 存储对应的表空间，而将大的历史数据归档表放在普通机械硬盘对应的表空间。
   • 管理便利性：可以将不同用途的数据库对象分组存放在不同表空间，便于管理和维护。比如，将应用 A 的所有数据库对象放在一个表空间，应用 B 的放在另一个表空间。
3. 存储层面组织：在文件系统中，每个表空间都对应一个目录。例如，在默认安装下，表空间的目录通常位于 $PGDATA/pg_tblspc 目录下，每个表空间目录有一个唯一的 OID（对象标识符）命名。

数据库（Database）

1. 概念：数据库是 PostgreSQL 中一个独立的逻辑单元，包含一组相关的数据库对象，如表、视图、函数等。每个数据库都有自己独立的系统目录，用于存储该数据库的元数据。
2. 与表空间关系：一个数据库可以使用多个表空间来存储其数据。创建数据库时可以指定默认表空间，如果不指定，则使用系统默认表空间。例如，使用 CREATE DATABASE mydb TABLESPACE mytblspace; 语句创建数据库 mydb 并指定其默认表空间为 mytblspace。
3. 存储层面组织：在存储层面，每个数据库在 $PGDATA/base 目录下有一个以其 OID 命名的子目录。这个目录包含了该数据库的所有系统目录和用户定义的表、索引等数据文件（如果未指定其他表空间）。

表（Table）

1. 概念：表是数据库中最基本的数据存储结构，它由行（记录）和列（字段）组成，用于存储实际的数据。
2. 与数据库和表空间关系：表属于某个特定的数据库，并且可以存储在该数据库指定的表空间中。例如，在数据库 mydb 中创建表 mytable 并指定存储在 mytblspace 表空间，可以使用 CREATE TABLE mydb.mytable (id int) TABLESPACE mytblspace;
3. 存储层面组织：表在存储上以文件形式存在。对于普通表，在其所属表空间对应的目录下（如果是默认表空间则在数据库对应的 $PGDATA/base/[database OID] 目录下），有一个以表的 OID 命名的文件，这个文件存储了表的数据。如果表很大，可能会被划分成多个文件（如 [table OID].1, [table OID].2 等）。同时，表的元数据信息存储在数据库的系统目录中。

整体关系总结

• 表空间是文件系统位置的逻辑映射，为数据库和表等对象提供存储位置选择。
• 数据库是一组相关数据库对象（包括表）的逻辑集合，它可以使用多个表空间来存储数据。
• 表是实际存储数据的结构，属于某个数据库，并可存储在指定的表空间中。这种层次化的存储结构使得 PostgreSQL 在数据管理和性能优化方面具有很高的灵活性和可扩展性。