PostgreSQL系统架构详解：从客户端到高可用性

PostgreSQL系统架构详解：从客户端到高可用性

引用

CSDN

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https://m.blog.csdn.net/ChailangCompany/article/details/142759962

PostgreSQL是一种功能强大的开源关系型数据库管理系统，其架构设计使其成为一个功能强大、可靠且可扩展的数据库管理系统。本文将从客户端/服务器架构、存储引擎、查询处理、并发控制以及高可用性和扩展性等多个方面，详细解析PostgreSQL的系统架构。

一、客户端/服务器架构

1. 客户端

• 客户端可以是各种应用程序，如Web应用、桌面应用等，它们通过网络连接与PostgreSQL服务器进行通信。
• 客户端使用标准的数据库连接协议（如ODBC、JDBC等）向服务器发送SQL查询和命令，并接收服务器返回的结果。

2. 服务器

• PostgreSQL服务器负责存储和管理数据，并处理来自客户端的请求。
• 服务器由多个进程组成，包括主进程（postmaster）和多个后端进程（backend process）。主进程负责监听客户端连接请求，并为每个连接分配一个后端进程来处理具体的查询。

二、存储引擎

1. 表和索引存储

• PostgreSQL使用磁盘上的文件来存储数据库表和索引。表数据以行的形式存储，每行包含多个列的值。索引用于加速数据的检索，可以是B树索引、哈希索引等多种类型。
• 存储引擎负责管理数据的存储、检索和更新操作，确保数据的完整性和一致性。

2. 事务处理

• PostgreSQL支持事务处理，确保一组数据库操作要么全部成功执行，要么全部回滚。事务具有原子性、一致性、隔离性和持久性（ACID）特性。
• 存储引擎通过日志记录和锁机制来实现事务的并发控制和恢复。

三、查询处理

1. 查询解析和优化

• 当客户端发送一个SQL查询时，PostgreSQL首先对查询进行解析，将其转换为内部的查询树表示。
• 然后，查询优化器对查询树进行优化，选择最优的执行计划。优化器考虑多个因素，如索引的使用、表连接顺序、数据分布等，以提高查询性能。

2. 执行引擎

• 执行引擎根据优化后的执行计划执行查询。它可以执行各种操作，如表扫描、索引查找、连接操作、聚合函数计算等。
• 执行引擎与存储引擎紧密协作，从磁盘上读取数据，并将结果返回给客户端。

四、并发控制

1. 多版本并发控制（MVCC）

• PostgreSQL使用MVCC来实现并发控制。MVCC允许多个事务同时对数据库进行读写操作，而不会相互阻塞。
• 每个事务看到的是数据库的一个一致性快照，而不是直接修改数据库的实际数据。当事务提交时，它的修改才会对其他事务可见。

2. 锁机制

• PostgreSQL也使用锁来防止并发事务之间的冲突。锁可以是行级锁、表级锁等不同级别，用于保护数据的完整性和一致性。
• 锁的管理是自动进行的，数据库系统会根据事务的需求自动获取和释放锁。

五、高可用性和扩展性

1. 复制和备份

• PostgreSQL支持数据复制，可以将数据复制到多个服务器上，以实现高可用性和负载均衡。
• 可以使用主从复制或流复制等方式进行数据复制。同时，PostgreSQL还提供了备份和恢复工具，以便在数据丢失或损坏时进行恢复。

2. 扩展插件

• PostgreSQL具有良好的可扩展性，可以通过安装扩展插件来增加新的功能。例如，可以安装地理信息系统（GIS）扩展、全文搜索扩展等。
• 扩展插件可以由第三方开发者开发，也可以由用户自己编写。

总之，PostgreSQL的架构设计使其成为一个功能强大、可靠且可扩展的数据库管理系统。它的客户端/服务器架构、存储引擎、查询处理、并发控制和高可用性等方面的特点，使其适用于各种应用场景，从小型项目到大型企业级应用。