PostgreSQL的存储系统一：控制文件存储结构

Pg 控制文件pg_control里存储的数据是一个ControlFileData结构。控制文件尽量保持小于512个字节以使其适合一个典型的磁盘驱动的物理簇的大小。这会减少由于电源故障而写控制文件直接失败的可能性。但控制文件的物理大小是8K，这个远大于512个字节。这样做是为了控制文件格式变化时保持物理大小不变，如果正在读一个不兼容的文件，以使ReadControlFile能传递一个合适的错误版本控制文件信息而代替一个读错误。系统里定义了和自己匹配的控制文件版本变量PG_CONTROL_VERSION，启动时会做系统和控制文件的匹配校验。

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控制文件里存储了唯一系统标识符、系统状态数据、数据库启动前系统必须恢复到的最小点、检查服务器硬件架构计算能力的字节排序和浮点数格式、数据库的配置兼容backend进程执行的参数、指明类型timestamp、interval、time内部格式的标志、指明不同类型传值（pass-by-value）状态的标志以及所有这些信息的经验和。具体见下面ControlFileData结构。

 

typedefstruct ControlFileData

{

    /*唯一系统标识符——保证控制文件和产生XLOG文件的数据库一致*/

    uint64    system_identifier;

    /*

版本标识符信息。保持这些制度在同一个偏移量，特别是pg_control_version；如果它们改变了他们就不再有用。（由于历史原因他们必须在文件里是8字节，而不是在最前面。）

    pg_control_version标识pg_control自身的格式。

    catalog_version_no标识系统catalog的格式。

    在私有文件里有额外的版本标识符；例如，WAL日志文件每页包含的magic数可以作为WAL日志的版本。

     */

    uint32    pg_control_version;     /*PG_CONTROL_VERSION */

    uint32    catalog_version_no;     /* seecatversion.h */

 

    /*系统状态数据*/

    DBState      state;       /* see enum above */

    pg_time_t time;        /* time stamp of last pg_control update */

    XLogRecPtrcheckPoint;      /* last check point record ptr*/

    XLogRecPtrprevCheckPoint;/* previous check point recordptr */

 

    CheckPointcheckPointCopy;/* copy of last check point record */

 

    /*

这两个值确定数据库启动前我们必须恢复到的最小点：

    我们在归档恢复期间刷出数据的时候minRecoveryPoint被更新到最后重放的LSN。这保证了归档恢复，退出并且在更早的停止位置启动并恢复到这个位置。如果我们已经从内存里把新的WAL记录X刷出到磁盘，没有到达X我们决不能启动。没有做归档恢复时minRecoveryPoint是0

    backupStartPoint：如果我们正在从在线备份恢复而且还没有到达备份的结尾，backupStartPoint是备份开始检查点的redo指针。到达备份结尾后置backupStartPoint为0并且到达它之前我们不能启动数据库。负责一个布尔值就足够了，但是当我们看到一个end-of-backup记录时我们用这个redo指针做检查，以保证这个end-of-backup记录是我们正在基于其恢复的那个基础备份。

     */

    XLogRecPtrminRecoveryPoint;

    XLogRecPtrbackupStartPoint;

 

    /*确定WAL能被用于归档或双机热备的参数设置 */

    int       wal_level;

    int       MaxConnections;

    int       max_prepared_xacts;

    int       max_locks_per_xact;

 

    /*

这些数据用来检查数据库和backend进程在其上执行的硬件架构计算能力。我们不需要显式检查字节顺序（endianness），因为对于一个不同字节顺序的机器控制文件版本会看到问题，但我们需要担心字节对齐和浮点格式。（注意：磁盘存储布局通常依赖于SHORTALIGN和INTALIGN，但实际上在所有感兴趣的架构上它们是相同的。）

    对于浮点兼容仅测试一个double值不是个刀枪不入的测试，但会满足大多数场合。

     */

    uint32    maxAlign;    /* alignment requirement for tuples */

    double    floatFormat; /* constant1234567.0 */

#define FLOATFORMAT_VALUE  1234567.0

 

    /*这些数据用来确保数据库的配置兼容backend进程执行 */

    uint32    blcksz;          /* data block size for this DB */

    uint32    relseg_size; /* blocks per segment of large relation */

 

    uint32    xlog_blcksz; /* block size within WAL files */

    uint32    xlog_seg_size;   /* size of each WAL segment */

 

    uint32    nameDataLen; /* catalog name field width */

    uint32    indexMaxKeys;/* max number of columns in an index */

 

    uint32    toast_max_chunk_size;   /* chunksize in TOAST tables */

 

    /*指明内部timestamp、interval、time内部格式的标志 */

    bool      enableIntTimes;/* int64 storage enabled? */

 

    /*指明不同类型pass-by-value状态的标志 */

    bool      float4ByVal; /* float4 pass-by-value? */

    bool      float8ByVal; /* float8, int8, etc pass-by-value? */

 

    /* CRC of all above ... MUST BE LAST! */

    pg_crc32  crc;

} ControlFileData;

 

    其中的成员state、checkPointCopy、checkPoint、prevCheckPoint、minRecoveryPoint、backupStartPoint需要说明

 

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成员state是DBState枚举类型变量。作系统状态指示器。存储于控制文件，如果改变了该枚举类型，必须修改控制文件版本和系统内变量PG_CONTROL_VERSION。定义见下面。

 

typedefenum DBState

{

    DB_STARTUP = 0,

    DB_SHUTDOWNED,

    DB_SHUTDOWNED_IN_RECOVERY,

    DB_SHUTDOWNING,

    DB_IN_CRASH_RECOVERY,

    DB_IN_ARCHIVE_RECOVERY,

    DB_IN_PRODUCTION

} DBState;

 

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成员checkPointCopy是CheckPoint类型变量，就是常说的检查点，是最后的那个检查点的拷贝，以备灾难恢复是使用，改变该结构定义要求改变控制文件版本和系统内变量PG_CONTROL_VERSION。定义见下面。

 

typedefstruct CheckPoint

{

    XLogRecPtrredo;        /*开始创建一个检查点时下一个XLOG记录的位置*/

    TimeLineIDThisTimeLineID;/*当前时间线*/

    uint32    nextXidEpoch;/*下一个事务ID的高排序位 */

    TransactionIdnextXid;     /*下一个空闲事务ID */

    Oid       nextOid;     /*下一个空闲OID */

    MultiXactIdnextMulti;     /*下一个空闲多事务ID */

    MultiXactOffsetnextMultiOffset;  /* next free MultiXact offset */

    TransactionIdoldestXid;/* cluster-wide minimum datfrozenxid */

    Oid       oldestXidDB; /* database with minimum datfrozenxid*/

    pg_time_t time;        /*检查点时间戳 */

 

    /*

仍在运行的最早的事务ID（XID）。只有在从一个在线检查点初始化热备模式时才需要，以使在GUC参数wal_level是hot_standby时我们不用为在线检查点计算运行最早的XID。否则设置为常量InvalidTransactionId。

     */

    TransactionIdoldestActiveXid;

} CheckPoint;

 

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    成员checkPoint、prevCheckPoint、minRecoveryPoint、backupStartPoint是XLogRecPtr结构类型的变量。先看XLogRecPtr结构类型，用于记录XLOG记录在XLOG日志文件中的位置，下面是其结构定义：

typedefstruct XLogRecPtr

{

    uint32    xlogid;          /*逻辑XLOG日志文件ID，从0开始 */

    uint32    xrecoff;     /*在XLOG日志文件里的字节偏移量 */

} XLogRecPtr;

 

注意：这儿容易引起理解错乱，这个xlogid（对应实际XLOG文件名字的中间八位）表示逻辑XLOG日志文件ID，因为组成XLOG逻辑文件的实际物理文件远小于4Gb。组成对应这个xlogid的逻辑日志文件的每一个实际物理文件是一个XLogSegSize字节大小的“段”（"segment"，段号是实际XLOG文件名字的后八位）。前面加上用八位表示的一个时间线ID、逻辑日志文件号和段号一起标识一个物理的XLOG日志文件（“段”）。段号和物理文件里的偏移量由xrecoff/XLogSegSize和xrecoff%XLogSegSize计算。

 

checkPoint表示最后的检查点记录指针、prevCheckPoint表示最后检查点的前一个检查点记录指针、minRecoveryPoint表示数据库从归档恢复的时候的最小恢复点、backupStartPoint表示数据库从备份恢复的时候的备份起始点。

 

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