本章我打算分为三篇来讲解初始化目录下的文件，有些文件我们简单了解就行了，不然一下子上难度很难吃得消。我们主要讲解数据文件，日志文件，参数文件这三个部分就行了。

PostgreSQL 实例数据目录如下：（该版本为PostgreSQL 17.1。各版本并不完全相同。）

PG_VERSION:包含了 PostgreSQL 主要版本号的文件

base:包含了每个数据库的数据文件，表和索引存放在该目录下

current_logfiles：记录日志收集器当前写入的日志文件的文件

global:包含整个数据库集群相关的系统表和数据。

log:存放数据库运行日志。默认是不写入。

pg_commit_ts：存储事务提交时间戳数据，主要用于跟踪事务提交时间。默认是关闭的，由track_commit_timestamp 决定是否开启。

pg_dynshmem：用于存储 动态共享内存段（Dynamic Shared Memory Segments）相关的文件。

pg_logical:用于存储与 逻辑复制(Logical Replication) 和 逻辑解码(Logical Decoding) 相关的数据文件。

pg_multixact:用于存储多事务相关的数据文件。

pg_hotify:用于 LISTEN/NOTIFY 异步消息通知系统，存储待处理的通知消息。

pg_replslot:存储逻辑复制槽（Replication Slots） 的持久化数据，确保 WAL 日志不会被过早删除，直到所有订阅者确认接收。每个复制槽对应一个子目录。

pg_serial:管理可序列化事务（SERIALIZABLE隔离级别） 的状态信息，用于检测并发事务间的冲突。

pg_snapshots:存储事务快照（Transaction Snapshots） 的临时数据，主要用于导出快照以实现并行事务的一致性视图。

pg_stat:持久化统计信息的存储位置（如 pg_stat_* 系统视图的数据）。

pg_stat_tmp:存储统计信息的临时文件，包括动态性能视图（如 pg_stat_activity）的运行时数据。重启后会清空。

pg_subtrans:记录子事务（Subtransactions） 的元数据，用于实现 SAVEPOINT 和嵌套事务。子事务ID与父事务的映射关系存储在此。

pg_tblsps:包含表空间（Tablespaces） 的符号链接。每个子目录是一个软链接，指向自定义表空间的物理路径。在第三章我们有讲到这一点

pg_twophase:存储两阶段提交（2PC） 的事务状态文件。

pg_wal:（旧版本为 pg_xlog)存储预写式日志（WAL） 文件，是崩溃恢复和复制的核心。包含所有数据变更的二进制日志（类似其他数据库的 redo log）。

pg_xat:（旧版本为 pg_clog)记录事务提交状态（XID 状态），存储每个事务是否已提交、中止或进行中。对 MVCC 机制至关重要。

以 conf 结尾的则是相关的配置文件

加粗的配置项是我们本章节要重点说的。其他的我们先有个大概影响就行了。

数据文件

我们平时只按部就班地执行建库，建表，然后插入数据，就可以如愿以偿地实现将我们的数据持久化postgresql 数据库中。

那我们有没有想过一个问题呢？数据存放在哪？如果是学过 MySQL 的就知道，库名是数据目录下的一个文件夹，表名则放在该文件夹下。oracle 则是以数据文件的方式存放，该数据文件最大默认为 32G。

本章主要解决几个疑问，这些数据最终落盘在磁盘的那个位置上？又是以什么样的形式存储？存储的格式又是什么？

PostgreSQL 中的每个表（table）都是由一个或多个堆文件表示。默认情况下，堆文件存放 1 GB 的数据量，当表文件已经达到 1 GB 之后，用户再次插入数据的时候，postgresql 会自动重新创建一个新的堆文件出来，新文件的命名为表 Oid+"."+序号 id（序号 id 从 1 开始依次递增）。

在 PostgreSQL 中，数据库名和表文件名都是使用 Oid 来进行命名。该 Oid 是一个无符号整数。

当我们将数据存储在 PostgreSQL 中时，PostgreSQL 会将用户插入的数据依次存储于文件的常规文件中。对于这样的文件，我们称之为“堆文件（Heap File）”。在PostgreSQL 中，可以将堆文件分为四种类型：

  1. 普通堆文件（Ordinary Cataloged Heap）：最常见的堆文件类型，用于存储用户数据和系统数据。

  2. 临时堆文件（Temporary Heap File）：用于存储临时数据，这些数据在会话结束后或重启数据库之后会被删除。

  3. 序列堆文件（Sequence File）：用于存储序列对象的数据，用于生成唯一的数字序列，常用于主键生成。

  4. TOAST 表堆文件（TOAST File）：用于存储超长字段的数据。

在研究数据文件之前，我们需要先知道该文件存放在那个目录下，上文说过，表名是以 Oid 命名，那我们查询出库名和表名的 Oid 是不是就可以知道存放在那个目录下了。比如说我想查询本地 studypgsql 库下的 student 表：

studypgsql=# SELECT oid FROM pg_database WHERE datname = 'studypgsql';
  oid  
-------
 16404

studypgsql=# SELECT oid FROM pg_class WHERE relname = 'student';
  oid  
-------
 24735

#cd到postgresql的数据目录查找
 [root@192 data]# find ./ -name 24735
./base/16404/24735

有人觉得这样子查找太麻烦了，postgresql 贴心地为我们准备了一个内置函数pg_relation_filepath，该函数只需要传递一个表名既可以快速查找出该表的位置。

studypgsql=# SELECT pg_relation_filepath('student');
 pg_relation_filepath 
----------------------
 base/16404/24735

当我们第一次往表中插入数据时，不管该数据多大，postgresql 都会给该文件中分配 8 kb 的空间。

studypgsql=# select pg_relation_size('student');
 pg_relation_size 
------------------
                0
(1 row)

studypgsql=# insert into public.student values (1,'tropix',10);
INSERT 0 1

studypgsql=# select count(1) from student;
 count 
-------
     1
(1 row)

studypgsql=# select pg_relation_size('student');
 pg_relation_size 
------------------
             8192
(1 row)

这 8kb 就是我们接下来要说的数据块。

数据块

这数据块的结构如下图所示，相信大部分人第一眼是看不太懂（对比于 mysql，这可简单多了），没事，我们来逐步解析

数据块的大小默认是8KB，最大是32KB，一个数据块中存储了多行的数据。

块中的结构是先有一个块头，后面记录了块中各个数据行的指针，行指针是向后顺序排列的，而实际的数据行内容是从块尾向前反向排列的。为什么这样子设计呢？主要基于以下考虑：

  • 当插入数据的时候，数据行从块尾部向前填充，与行指针数组向后扩展形成双向生长，最大限度利用空闲空间。

  • 更新操作时，新 Tuple 可直接插入块尾的空闲区域，旧版本保留用于 MVCC，直接被 VACUUM 清理。

HeapTupleHeaderData内部结构解密

我们看图可知，除了存放数据之外，还有一些额外信息，这部分信息是干嘛用的，接下来我们来仔细讲解下：

t_xmin：存储的是产生这个元组的事务ID，可能是insert或者update语句

t_xmax：存储的是删除或者锁定这个元组的事务ID

t_cid ：包含cmin和cmax两个字段，分别存储创建这个元组的Command ID和删除这个元组的Command ID

t_xvac：存储的是VACUUM FULL 命令的事务ID

t_ctid用于记录当前元组或者新元组的物理位置，块号和块内偏移量，例如(0,1)第一个块内的第一个linp,若tuple被跟新，那么就记录新版本的物理位置，跟 oracle 的 rowid 类型类似。

t_infomask2使用其低11位标识当前tuple的attribute的个数，其他位用于HOT以及tuple可见性的标志位

t_infomask用于标识tuple当前的状态，比如是否有OID,是否空的字段，t_infomask每一位代表一种状态，总共16种。

VM 文件和 FSM 文件

在PostgreSQL中更新、删除行后，数据行并不会马上从数据块中被 清理掉，而是需要等VACUUM时清理。为了能加快VACUUM清理的速

度并降低对系统I/O性能的影响，PostgreSQL在8.4.1版本之后为每个数 据文件加了一个后缀为“_vm”的文件，此文件被称为可见性映射表文 件，简称VM文件。VM文件中为每个数据块存储了一个标志位，用来标记数据块中是否存在需要清理的行。

有该文件后，做VACUUM扫描 此文件时，如果发现VM文件中该数据块上的位表示该数据块没有需要清理的行，VACUUM就可以跳过对这个数据块的扫描，从而加快 VACUUM清理的速度。

VACUUM有两种方式，一种被称为“Lazy VACUUM”，另一种被称 为“Full VACUUM”，VM文件仅在Lazy VACUUM中使用，Full VACUUM操作则需要对整个数据文件进行扫描。

参考链接

https://zhuanlan.zhihu.com/p/47181557