50.3. 数据库分页文件

本章提供一个 PostgreSQL 的表和索引所使用的页面格式的概述。 [1] 序列和TOAST的格式与普通表一样。

在下面解释中，假定一个字节包含 8 个位。 另外，项（item）指的是存储在一个页面里的独立数据值。 在一个表里，一个项是一个行；在一个索引里，一个项是一条索引记录。

每个表和索引都以一个固定尺寸（通常是 8K，当然我们可以在编译的时候选择其他的尺寸）的 pages 数组存储。 在表里，所有页面逻辑上都相同，所以一个特定的项（行）可以存储在任何页面里。 在索引里，第一个页面通常保留为元页面，保存着控制信息， 并且依索引访问方法的不同，在索引里可能有不同类型的页面。

Table 50-2显示一个页面的总体布局。每个页面有五个部分。

每个页面的头20个字节组成页头（PageHeaderData）。它的格式在 Table 50-3 里详细介绍。 头两个字节跟踪与此页面相关的最近的 WAL 项。 然后跟着三个 2 字节的整数字段 （pd_lower，pd_upper， 和 pd_special）。 这些字段分别包含页面开始位置与未分配空间开头的字节偏移，与未分配空间结尾的字节偏移， 以及与特殊空间开头的字节偏移。 页面头的最后 2 字节，pd_pagesize_version， 存储页面尺寸和版本指示器。从 PostgreSQL 8.1 开始， 版本号是 3；PostgreSQL 8.0 使用版本号 2; PostgreSQL 7.3 和 7.4 使用版本号 1； 以前的版本使用版本号 0。 （基本页面布局和头格式在这些版本里都没有改变，但是堆的行头部布局有所变化。） 页面大小主要用于交叉检查；目前在一次安装里，还没有支持多于一种页面大小的东西。

所有细节都可以在 src/include/storage/bufpage.h 里找到。

在页头后面是项标识符（ItemIdData），每个需要四个字节。 一个项标识符包含一个到项开头的字节偏移量，它自己以字节计的长度， 以及一套属性位，这些属性位影响它的解释。 新的项标识符根据需要从未分配空间的开头分配。 项标识符的数目可以通过查看 pd_lower 来判断，在分配新标识符的时候会递增。 因为一个项标识符在其释放前绝对不会移动，所以它的索引可以用于长时间地引用一个项， 即使该项本身因为压缩自由空间在页面内部进行了移动也如此。实际上，PostgreSQL 创建的每个指向项的指针（ItemPointer，也叫做 CTID）都由一个页号和一个项标识符的索引组成。

项本身存储在从未分配空间末尾开始从后向前分配的空间里。 它们的实际结构因表包含的内容不同而不同。表和序列都使用一种叫做 HeapTupleHeaderData 的结构，在下面描述。

最后一段是"特殊段"，它可以包含任何访问方法想存放的东西。 比如，b-tree 索引存储指向页面的左右同宗的链接，以及其他一些和索引结构相关的数据。 普通表并不使用这个段（通过设置 pd_special 等于页面大小来表示）。

所有表行都用同样方法构造。它们有一个定长的头（在大多数机器上占据 27 个字节）， 后面跟着一个可选的 null 位图，一个可选的对象 ID 字段，以及用户数据。 头在 Table 50-4 里详细描述。 实际用户数据（行的字段）从 t_hoff 标识的偏移量开始， 它必须是该平台的 MAXALIGN 距离的倍数。null 位图只有在 t_infomask 里面的 HEAP_HASNULL 位设置了的时候才出现。 如果它出现了，那么它紧跟在定长头后面， 占据足够容纳每个数据字段对应一个位的字节数（也就是说，总共 t_natts 位）。 在这个位列里面，为 1 的位表示非空，而为 0 的位表示空。 如果没有出现这个位图，那么所有数据字段都假设为非空的。 对象 ID 只有在设置了 t_infomask 里面的 HEAP_HASOID 位的时候才出现。 如果出现，它正好出现在 t_hoff 范围之前。 如果需要补齐 t_hoff，使之成为 MAXALIGN 的倍数，那么这些填充将出现在 null 位图和对象 ID 之间。 （这样也保证了对象 ID 得到恰当的对齐。）

所有细节都可以在 src/include/access/htup.h 中找到。

对具体数据的解释只能在从其它表中获取的信息的情况下进行， 这些信息大多数在 pg_attribute 里。 标识字段位置的关键数值是 attlen 和 attalign。 我们没有办法直接获取某个字段，除非它们是定宽并且没有空值的。 所有这些复杂的操作都封装在函数 heap_getattr， fastgetattr 和 heap_getsysattr 里。

要读取数据的话，你需要轮流检查每个字段。首先根据 null 位图检查该字段是否为 NULL。 如果是，那么跳到下一个字段。然后保证你的对齐是正确的。 如果字段是一个定宽字段，那么所有字节都简单地放在那里。 如果它是一个变长字段（attlen = -1），那么它就会更加复杂一些。 所有变长数据类型都使用一个通用的头结构 varattrib， 它包含所存储的数据的全长以及一些标志位。 根据标志的不同，数据可能是内联的或者是在其它表中（TOAST），还可能是压缩的（参阅Section 50.2）。