PostgreSQL核心揭秘(二)-进程和内存架构

PostgreSQL 的进程架构采用了一个多进程的设计，这使其能够有效地管理并发连接和资源。以下是 PostgreSQL 的主要进程架构组成部分的详细描述：

1. 主进程（Postmaster）

• 功能：Postmaster 是 PostgreSQL 的主进程，负责启动和管理所有其他进程。它监听客户端连接请求，并为每个连接创建新的后端进程。
• 重要性：Postmaster 还负责处理数据库的配置、管理共享内存和控制系统资源。

2. 后端进程（Backend Processes）

• 功能：每当有客户端连接到 PostgreSQL 时，Postmaster 会为该连接创建一个新的后端进程。后端进程处理客户端请求、执行 SQL 查询并返回结果。
• 并发性：PostgreSQL 的每个连接都是一个独立的后端进程，这样可以有效地隔离不同连接之间的工作，避免互相干扰。

3. 维护进程（Maintenance Processes）

PostgreSQL 还包含几个重要的维护进程，负责不同的后台任务：

• 检查点进程（Checkpointer）： 功能：定期将内存中的数据写入磁盘，以保持数据的一致性并减少恢复时间。
• 归档进程（Archiver）： 功能：负责将 WAL（Write-Ahead Logging）日志文件存档，以便在需要时进行恢复。
• Autovacuum 进程（Autovacuum Daemon）： 功能：自动清理死元组（deleted tuples）并回收空间，优化数据库性能。

4. WAL 进程

• WAL（Write-Ahead Logging）：用于确保数据的持久性和一致性。在进行任何数据更改之前，WAL 记录会被写入日志，确保即使发生系统故障也能恢复数据。

5. 后台工作进程

• 后台工作进程（Background Workers）： 功能：用户可以定义自定义的后台工作进程来执行特定任务，如并行查询、数据分析等。

6. 统计信息进程

• 统计信息进程（Stats Collector）：收集关于查询执行时间、锁等待时间等的统计信息，监控和性能调优提供数据支持。

7. 逻辑复制启动器进程

• 逻辑复制启动器（Logical Replication Launcher）：动逻辑复制工作者进程，管理逻辑复制过程中的各种任务。

8. 日志进程

• 日志进程（logger ）：负责将数据库的日志信息记录到日志文件中，便于后续的故障排查和监控。

9. 流复制进程

• 流复制进程（walsender replication_user streaming ）：这是一个用于流复制的进程，它向指定的备份服务器发送 WAL 数据

进程架构图示例

共享内存区域

1. 共享内存 (Shared Memory)

功能：共享内存是 PostgreSQL 的核心内存结构，所有数据库进程都可以访问。这部分内存用于存储：

• 数据页（data pages）
• 数据库缓存（shared buffers）
• WAL（写前日志）缓冲区
• 配置：可以通过 shared_buffers 参数进行配置。一般建议设置为总内存的 15% 到 25%。

本地内存区域

1. 工作内存 (Work Memory)

功能：每个数据库会话都有自己的工作内存。它主要用于：

• 排序操作（sort operations）
• 哈希表（hash tables）
• 其他临时数据结构
• 配置：通过 work_mem 参数进行配置。根据并发连接数，适当调整此参数可以有效提高性能。每个连接的工作内存都是独立的，因此在高并发环境中，设置过大可能导致内存耗尽。

2. 维护工作内存 (Maintenance Work Memory)

功能：用于执行维护任务，例如：

• 创建索引
• VACUUM 操作
• ALTER TABLE 等操作
• 配置：通过 maintenance_work_mem 参数进行配置。可以设置为比工作内存大，以提高维护任务的性能。

3. 临时文件和临时表 (Temporary Files and Temporary Tables)

• 功能：当工作内存不足以满足操作时，PostgreSQL 会使用临时文件来存储数据。临时表是会话特定的，存储在内存中，直到会话结束。
• 注意：使用临时文件可能会影响性能，因此应合理配置工作内存以避免过多使用临时文件。

内存架构图示例