【赵渝强老师】高斯数据库（openGauss）的逻辑存储结构

openGauss的逻辑存储结构主要是指数据库中的各种数据库对象，包括：数据库集群、数据库、表、索引、视图等等。所有数据库对象都有各自的对象标识符oid（object identifiers）,它是一个无符号的四字节整数，相关对象的oid都存放在相关的系统目录表中，比如数据库的oid和表的oid分别存放在pg_database,pg_class表中。

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下面对openGauss数据库中的各种逻辑存储结构进行说明。

一、 数据库集群-Database Cluster

它也叫数据库集簇，是指由单个OpenGauss数据库服务器实例管理的所有数据库集合。组成数据库集群的这些数据库使用相同的全局配置文件和监听端口、共用数据库的后台线程和内存结构。一个数据库集群可以包括：多个数据库、多个用户以及数据库中的所有对象。

在文件系统术语中，一个数据库集群是一个单一目录，该目录称之为数据目录或数据区域，所有数据都将被存储在该目录中。它没有默认的位置，其文件系统位置可以由-D选项或者环境变量PGDATA指定，例如：

[postgres@opengauss gaussdb]$ pwd
/home/postgres/training/gaussdb
[postgres@opengauss gaussdb]$ bin/gs_ctl -D data/single_node/ -l logfile start

二、 数据库-Database

在OpenGauss中，数据库本身也是数据库对象。不同的数据库在逻辑上彼此分离，除数据库之外的其他数据库对象（例如：表、索引等等）都属于它们各自的数据库。通过下面的语句可以查看OpenGauss数据库服务器中已存在的数据库。

（1）登录OpenGauss。

bin/gsql -d postgres

（2）查看OpenGauss中已有的数据库。

openGauss=# \l

# 输出的信息如下：
                         List of databases
   Name    |  Owner   | Encoding |......
-----------+----------+----------+------
 finance   | postgres | UTF8     |......
 postgres  | postgres | UTF8     |......
 school    | postgres | UTF8     |......
 scott     | postgres | UTF8     |......
 template0 | postgres | UTF8     |......
 template1 | postgres | UTF8     |......
           |          |          |......
(6 rows)

三、 表空间-Tablespace

表空间是一个目录，在一个数据库集群中可以存在多个表空间。它里面存储的是数据库的各种物理文件。每个表空间可以对应多个数据库。表空间用作把逻辑上相关的数据结构放在一起。在数据库集群初始化的时候，会自动创建pg_default和pg_global两个表空间。其中：

• pg_global：该表空间用于存放系统表。
• pg_default：创建表时的默认表空间，该表空间的物理文件存储在数据目录中的base目录中，如：/home/postgres/training/gaussdb/data/single_node/base。

下面通过具体的操作来演示如何查看OpenGauss中已有的表空间和如何创建自己的表空间。

（1）登录OpenGauss。

bin/gsql -d postgres

（2）查看PostgreSQL中已有的表空间。

openGauss=# \db

# 输出的信息如下：
       List of tablespaces
    Name    |  Owner   | Location 
------------+----------+----------
 pg_default | postgres | 
 pg_global  | postgres | 
(2 rows)

（3）创建自己的表空间。

openGauss=# create tablespace mydemotbs location '/home/postgres/training/mydemotbs';

（4）在mydemotbs 表空间上创建表。

openGauss=# create table testtable1(tid int primary key,tname text) tablespace mydemotbs;

（5）再次查看openGauss中已有的表空间。

openGauss=# \db

# 输出的信息如下：
                    List of tablespaces
    Name    |  Owner   |             Location              
------------+----------+-----------------------------------
 mydemotbs  | postgres | /home/postgres/training/mydemotbs
 pg_default | postgres | 
 pg_global  | postgres | 
(3 rows)

（6）将该表空间设置为默认的表空间。

openGauss=# set default_tablespace = mydemotbs;

（7）查询表空间信息。

openGauss=# select * from pg_tablespace;

# 输出的信息如下：
  spcname   | spcowner | spcacl | spcoptions | spcmaxsize | relative 
------------+----------+--------+------------+------------+-------
 pg_default |       10 |        |            |            | f
 pg_global  |       10 |        |            |            | f
 mydemotbs  |       10 |        |            |            | f
(3 rows)

（8）使用\db+命令查看表空间的详细信息，输出的信息如下：

# 命令中的加号表示显示详细信息。
openGauss=# \x
Expanded display is on.
openGauss=# \db+

# 输出的信息如下：
List of tablespaces
-[ RECORD 1 ]-----+----------------------------------
Name              | mydemotbs
Owner             | postgres
Location          | /home/postgres/training/mydemotbs
Access privileges | 
Description       | 
-[ RECORD 2 ]-----+----------------------------------
Name              | pg_default
Owner             | postgres
Location          | 
Access privileges | 
Description       | 
-[ RECORD 3 ]-----+----------------------------------
Name              | pg_global
Owner             | postgres
Location          | 
Access privileges | 
Description       | 

四、 模式-Schema

模式Schema是数据库中的命名空间，在数据库中创建的所有对象都是在Schema中创建。一个用户可以从同一个客户端连接中访问不同的Schema。而不同的Schema中可以有多个同名的表、索引、视图、序列、函数等等各种不同的数据库对象。可以通过下面的方式来查看当前数据库的Schema。

openGauss=# \dn

# 输出的信息如下：  
     List of schemas
      Name       | Owner  
-----------------+--------
 blockchain      | postgres
 coverage        | postgres
 cstore          | postgres
 db4ai           | postgres
 dbe_perf        | postgres
 dbe_pldebugger  | postgres
 dbe_pldeveloper | postgres
 dbe_sql_util    | postgres
 myuser          | myuser
 pkg_service     | postgres
 public          | postgres
 snapshot        | postgres
 sqladvisor      | postgres
(13 rows)

在默认情况下，OpenGauss会自动创建12个模式。下表说明了其中主要模式的功能和作用。

下面的步骤将创建一个新的模式，并在该模式下创建一张表。

（1）创建一个新的模式。

openGauss=# create schema myschema;

（2）在该模式下创建一张表。

openGauss=# create table myschema.test1(tid int);

（3）查看指定模式下的表。

openGauss=# \dt myschema.*
                          List of relations
  Schema  | Name  | Type  | Owner   |             Storage              
----------+-------+-------+---------+----------------------------------
 myschema | test1 | table |postgres | {orientation=row,compression=no}
(1 row)

五、 段-Segment

一个段是分配给一个逻辑结构，如：一个表、一个索引或其他对象的一组区，它是数据库对象使用空间的集合。段可以有表段、索引段、回滚段、临时段和高速缓存段等，而最常用的段就是表段和索引段。

六、 区-Extent

区是数据库存储空间分配的一个逻辑单位，它由连续数据块所组成。一个段是由一个或多个磁盘盘区组成。当一段中间所有空间已完全使用，OpenGauss会自动为该段分配一个新的磁盘盘区范围。

七、 块-Block（Page）

数据块是openGauss管理数据文件中存储空间的单位，为数据库使用的I/O的最小单位。数据库是最小的逻辑存储单位，其默认值8K。通过参数block_size可以查看当前数据库的数据块大小。

openGauss=# show block_size;
 block_size 
------------
 8192
(1 row)

在OpenGauss中，数据的读写是以数据块为最小单位。在编译openGauss时通过指定BLCKSZ参数大小将决定数据块的大小。每个表文件由都由BLCKSZ字节大小的数据块组成。在分析型数据库中，适当增加BLCKSZ大小可以小幅度提升数据库的性能。

八、 数据库对象-Database Object

openGauss提供了各种数据库对象，如表、视图、索引、序列、函数等等。在openGauss中的所有数据库对象都由各自的对象标识符（oid）进行内部的管理。数据库的oid存储在pg_database系统表中，可以通过下面的语句进行查询。

openGauss=# select oid,datname from pg_database;

# 输出的信息如下：  
  oid  |  datname  
-------+-----------
     1 | template1
 16384 | school
 16420 | finance
 14809 | template0
 16470 | scott
 14814 | postgres
(6 rows)

而数据库中的表、索引、序列等数据库对象的oid则存在了pg_class系统表中，例如可以通过下面的语句查询前面创建的testtable1表的OID。

openGauss=# select oid,relname,relkind,relfilenode from pg_class where relname ='testtable1';

# 输出的信息如下：  
  oid  |  relname   | relkind | relfilenode 
-------+------------+---------+-------------
 16517 | testtable1 | r       |       16517
(1 row)