表空间

数据库在逻辑上分成多个存储单元，称作表空间。表空间用作把逻辑上相关的结构放在一起。数据库逻辑上是由一个或多个表空间组成。

逻辑关系存在表空间；
表空间存在对应的数据文件中；
新创建的数据库对应的数据文件的名称：

Catalog表空间：存放系统表信息 – databasename.dbf
System表空间：存放用户数据 – Udatabasename.dbf
Temp表空间 – Tdatabasename.dbf

1. 前面加 “U” 前缀代表用户数据表空间，用于保存用户表的数据。
2. 不带 U 代表 是系统表的表空间，用于保存系统表的数据。
3. U 前缀的数据文件代表的表空间名为PG。
4. 不带 U 的数据文件代表的表空间为 CATALOG。

数据文件结构

在 PostgreSQL 中，将保存在磁盘中的块称为 Page，而将内存中的块称为 Buffer，表和索引称为 Relation，行称为 Tuple。数据的读写是以 Page 为最小单位，每个 Page 默认大小为 8k，在编译 PostgreSQL 时指定的 BLCKSZ 大小决定 Page 的大小。每个表文件由多个 BLCKSZ 字节大小的 Page 组成，每个 Page 包含若干 Tuple。

Page

将数据文件中的空间从逻辑上划分成一个个页面（数据块）。页面是数据库I/O的基本单位，即只能整页读写数据文件, 页面的大小默认是8K。

PageHeader

PageHeader 描述了一个数据页的页头信息，包含页的一些元信息。

pg_lsn：在 ARIES Recovery Algorithm 的解释中，这个 lsn 称为 PageLSN，它确定和记录了最后更改此页的 xlog 记录的 LSN，把数据页和 WAL 日志关联，用于恢复数据时校验日志文件和数据文件的一致性；pd_lsn 的高位为 xlogid，低位记录偏移量；因为历史的原因，64 位的 LSN 保存为两个 32 位的值。
pg_flags：标识页面的数据存储情况。
pd_special：指向索引相关数据的开始位置，该项在数据文件中为空，主要是针对不同索引。
pd_lower：指向空闲空间的起始位置。
pd_upper：指向空闲空间的结束为止
pd_pagesize_version：不同的 PostgreSQL 版本的页的格式可能会不同。
pd_linp[1]：行指针数组，这些地址指向 Tuple 的存储位置

如果一个表由一个只包含一个堆元组的页面组成。该页面的 pd_lower 指向第一行指针，并且行指针和 pd_upper 都指向第一个堆元组。当第二个元组被插入时，它被放置在第一个元组之后。第二行指针被压入第一行，并指向第二个元组。pd_lower 更改为指向第二行指针，pd_upper 更改为第二个堆元组。此页面中的其他头数据也被重写为适当的值

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 的存储是从 pg_upper 向 pg_lower（类似堆）方向增长。ItenIdData 的存储是从 pg_lower 向 pg_upper 方向增长（类似栈）。

PageTuple

每个 Tuple 包含两部分的内容，一部分为 HeapTupleHeader，用来保存 Tuple 的元信息，包含该 Tuple 的 OID、xmin、cmin 等；另一部分为 HeapTuple，用来保存 Tuple 的数据。

Extent（区）

把数据文件中 8 个连续的 Page 构成的空间称为一个 Extent。Extent 是数据库进行数据文件空间分配/释放的基本单位。每个表、索引、序列对象都是由若干个区组成。数据文件被创建后，除自动保留部分区作为控制区外，其他区全部处于未分配状态。表、索引、序列对象的所有数据都存放在 Extent 中，当向这些 Extent 中插入数据时，若该 Extent 的所有页面都已占满，系统就会自动在所属表空间的数据文件中寻找一个尚未分配的区，并将其状态修改为数据区。

控制页面

用于空间管理的控制页面：PFS/GAM/IAM。
用于增量备份的控制页面：DCM。
判断可见性的控制页面：VM。
预留的控制页面：BCM/SGAM。

PFS

Page Free Space，简称 PFS 页.

功能：用于记录本数据文件中页面的空间使用情况。对文件中的每个页面，PFS中都有一个“字节”与之对应，该字节记录了该页面的状态。
每个页面可能有三种状态

RFS_FREE：该页面已被物理分配，但尚未分配给任何数据对象或控制页；
PFS_DATA：该对象被分配作为数据页使用；
PFS_CTRL：该对象被分配作为控制页使用；

PFS 页前 64 bytes 被预留为页头, 剩下 81024 - 64 = 8128 一共覆盖 81288 K = 64 MB 空间。故 PFS 页每隔 8128 个页面出现一次，系统初始化把第一个 PFS 页放在数据文件的第二个页面位置，即：第1号数据页面，由此可知，第 N 个 PFS 页的位置在8128*N+1。

GAM

Global Allocation Map，简称 GAM 页。

功能:记录所在数据文件的 Extent 的分配情况，GAM 页中除 GAM 头外，剩下空间的每一位(bit)均对应一个 Extent 的分配情况。若某 bit 位为 1，则表明该 bit 位所关联的 Extent 已被分配出去，反之未被分配。
若一个 GAM 页面大小为 8K，则除 GAM 头(64 bytes)外，一个 GAM 页面所能覆盖的文件范围是：(81024-64)8(88K)，约 4GB 空间。此外，GAM 页每隔 881288 个页面出现一个，系统要求第一个GAM 页出现在文件的第 3 个页面位置(即：第 2 个索引位置)，由此得知,第N个GAM 页的出现位置是：881288*N+2

IAM

Index Allocation Map，简称 IAM 页。

功能：每个 IAM 页只隶属于一个数据库对象(例如:表),但一个数据库对象可包含多个 IAM 页,由此可见 IAM 页与数据库对象的关系是 1 对 1，而数据库对象与 IAM 页的关系是 1 对多.
IAM 的结构与 GAM 页类似，除 IAM 头外，剩下空间的每一位 (bit) 均对应着一个与 IAM 相关的 Extent。若某 bit 位为 1，则表明该 bit 位所关联的 Extent 已被分配给该 IAM，反之未被分配。若一个IAM页面大小为 8K，则除 IAM 头(64 bytes) 外，一个 IAM 页面所能覆盖的文件范围是： (81024-64)8(88K)，约4 GB 空间。但与 GAM 也不同之处在于：IAM 的出现位置不固定，只在在创建数据库对象的时候才分配。

该博客由自己根据自身阅读习惯，整理各方大神总结内容所得，如有冒犯，还望见谅，非常感谢！！！

PostgreSQL：逻辑结构

表空间