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本文作者是日本的Hironobu SUZUKI
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中文版图书 PostgreSQL指南：内幕探索
本文旨在学习目的，禁止用于商业目的。
- 本章节讲述了postgresql 的进程管理，如果你对进程这个概念有些生疏，可以参考我之前的文章 进程，线程，协程
进程和内存结构
在本章中，总结了 PostgreSQL 中的进程体系结构和内存体系结构，以帮助阅读后面的章节。
1. 进程架构
PostgreSQL 是一个客户端/服务端 c\s类型的关系型数据库管理系统，具有多进程架构，并在单个主机上运行。
多个进程共同管理一个数据库集群通常被称为PostgreSQL 服务器，它包含以下类型的进程:
- postgres server process
这个进程是所有进程的父进程，用于管理postgresql数据库进程 - backend process
后端进程用于处理连接的客户端发出的所有查询和语句 - background processes
后台进程执行每个具有特性的数据库管理进程，比如VACUUM和CHECKPOINT - replication associated processes
replicate 相关进程 ，执行流式复制 - background worker process
后台worker进程
PostgreSQL 可以扩展为在单独的进程中运行任何用户提供的代码。
worker数量由配置文件中的max_worker_processes项进行配置
详见 官方文档
下面将介绍前三种进程。
- 该图展示了一个 PostgreSQL 服务器的进程:
一个 postgres 服务器进程
两个后端进程
七个后台进程
两个客户端进程
还说明了数据库集群、共享内存和两个客户机进程
1.1 Postgres Server Process
如上所述，postgres 服务器进程是 PostgreSQL 服务器中所有进程的父进程。在早期的版本中，它被称为postmaster
通过执行带有 start 选项的 pg_ctl 实用程序，postgres 服务器进程将启动。
然后，它在内存中开辟一个共享内存区域，启动各种后台进程，必要时启动replication associated进程和background worker进程，并等待来自客户机的连接请求。无论何时从客户机接收连接请求，它都会启动一个后端进程。(然后，已启动的后端进程处理由连接的客户机发出的所有查询。)
一个 postgres 服务器进程监听一个网络端口，默认端口是5432。尽管可以在同一台主机上运行多台 PostgreSQL 服务器，但是每台服务器应该设置为相互监听不同的端口号，例如5432、5433等。
1.2 Backend Processes
后端进程(也称为 postgres)由 postgres 服务器进程启动，并处理由一个连接的客户端发出的所有查询。它通过单个 TCP 连接与客户端通信，并在客户端断开连接时终止。
由于只允许操作一个数据库，因此必须指定在连接到 PostgreSQL服务器时，要使用显式的连接数据库。
PostgreSQL 允许多个客户机同时连接; 配置参数 max_connections 控制客户机的最大数量(默认值为100)。
如果许多客户机，比如 WEB 应用程序，频繁地重复与 PostgreSQL 服务器的连接和断开，那么建立连接和创建后端进程的成本都会增加，因为 PostgreSQL 没有实现本地连接池特性。
这种情况对数据库服务器的性能有负面影响。为了处理这种情况，通常使用池中间件(pgbouncer 或 pgpool-II)。
1.3 Background Processes
下面的表格显示了background processes 的种类。
与postgres server和backend process不同，不可能简单的介绍每种进程的功能，因为这些功能依赖于个别的特定特性和 PostgreSQL内部组件。
| process | description | reference |
|---|---|---|
| background writer | 在这个进程中，共享缓冲池share buffer pool上的脏页dirty page将逐步写入持久存储(例如 HDD、 SSD)。(在版本9.1或更早的版本中，它还负责检查点进程。) | |
| checkpointer | 执行检查点进程 | |
| autovacuum launcher | 周期调用脏页回收进程vacuum process，更确切的说，是请求postgres server 新增autovacuum workers | |
| WAL writer | 这个进程将WAL缓冲区的数据写入持久存储 | |
| statistics collector | 收集了 pg_stat_activity 和 pg_stat_database 等统计信息 | |
| logging collector (logger) | 此进程将错误消息写入日志文件 | |
| archiver | 执行归档日志记录 |
2. 内存架构
内存架构可以分为两大类:
- Local memory area 本地内存区域——由每个后端进程
backend process开辟 - Shared memory area 共享内存区域——用于 PostgreSQL 服务器的所有进程
2.1 Local Memory Area
每个后端进程分配一个用于处理查询的本地内存区域;
每个区域被划分为几个子区域,它们的大小要么是固定的，要么是可变的。
表2.2显示了主要子区域的列表。细节将在下面的章节中描述。
- Local memory area sub-area
| sub-area | description | reference |
|---|---|---|
| work_mem | 使用这个区域按 ORDER BY 和 DISTINCT 操作对元组进行排序，joining table,hash-join,merge-join 也在此区域进行操作。 | |
| maintenance_work_mem | 某些类型的维护操作(如 VACUUM、 REINDEX)使用这个区域 | |
| temp_buffers | 存储临时表 |
2.2 Shared Memory Area
- Share Memory Area
| sub-area | description | reference |
|---|---|---|
| shared buffer pool | PostgreSQL 将表中的页page和索引index从持久存储装载到这里，并直接操作它们 | |
| WAL buffer | 为了确保服务器故障不会造成数据丢失，PostgreSQL 支持 WAL日志预写机制。WAL数据(也称为XLOG记录)是 PostgreSQL 中的事务日志; WAL buffer是WAL数据写入持久存储之前的缓冲区 | |
| commit log | 保存着所有事务的状态(例如，in_progress,committed，abort) ，用于并发控制/服务 |
除此之外，postgresql 还有以下内存区域
- 各种访问控制机制的子区域(例如，信号量、轻量级锁、共享锁和排他锁等)
- 各种后台进程的子区域，如
checkpointer，autovacuum - 用于事务处理的子区域，例如
save-point,two-phase-commit