PostgreSQL 初体验

一、PostgreSQL

1. 简介

PostgreSQL 是一个功能强大的开源关系型数据库管理系统（RDBMS），起源于 1986 年的加州大学伯克利分校项目。它支持 SQL 标准并提供丰富的扩展功能，适用于复杂的数据处理场景。

2. 特点

可扩展性：支持自定义数据类型、运算符、函数和索引。
事务完整性：严格遵循 ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）原则。
并发控制：采用多版本并发控制（MVCC）机制，避免读写冲突。
高级功能：支持 JSON、GIS、全文搜索、窗口函数等。

3. 优势

开源免费：遵循 PostgreSQL 许可协议，可自由使用和修改。
兼容性：支持多种编程语言接口（如 Python、Java、C/C++）。
可靠性：提供主从复制、逻辑复制等高可用方案。
社区活跃：拥有庞大的开发者社区和丰富的插件生态。

4. 架构

PostgreSQL 采用多进程架构：

主进程（Postmaster）：管理连接和后台进程。
后端进程（Backend）：每个客户端连接对应一个独立进程。
辅助进程：包括 WAL 写入器、检查点进程等。

5. 应用场景

OLTP 系统：如电商、金融交易系统。
数据分析：支持复杂查询和并行计算。
地理信息系统（GIS）：通过 PostGIS 扩展处理空间数据。
文档存储：利用 JSONB 类型高效管理半结构化数据。

6. 结论

PostgreSQL 是兼顾性能、功能与开源灵活性的理想数据库选择，尤其适合需要高度定制化和复杂业务逻辑的场景。

二、安装 PostgreSQL

1. 编译安装

适用于需要自定义配置的场景：

bash 复制代码

# 下载源码
wget https://ftp.postgresql.org/pub/source/v15.5/postgresql-15.5.tar.gz
tar -xzvf postgresql-15.5.tar.gz
cd postgresql-15.5

# 编译安装
./configure --prefix=/opt/pgsql
make
make install

# 初始化数据库
/opt/pgsql/bin/initdb -D /data/pgdata

2. dnf 安装

适用于 CentOS/RHEL 等系统：

bash 复制代码

# 添加官方仓库
dnf install -y https://download.postgresql.org/pub/repos/yum/reporpms/EL-9-x86_64/pgdg-redhat-repo-latest.noarch.rpm

# 安装 PostgreSQL 15
dnf install -y postgresql15-server

# 初始化并启动
/usr/pgsql-15/bin/postgresql-15-setup initdb
systemctl enable postgresql-15
systemctl start postgresql-15

三、PostgreSQL 结构

1. PG 的逻辑结构

数据库（Database）：独立的数据容器。
模式（Schema）：命名空间，用于组织表、视图等对象。
对象：表（Table）、索引（Index）、函数（Function）等。

2. PG 的物理结构

（1）软件安装目录

二进制文件：/usr/pgsql-15/bin（dnf 安装）或 /opt/pgsql/bin（编译安装）。
配置文件：/var/lib/pgsql/15/data/postgresql.conf。
日志文件：/var/lib/pgsql/15/data/log。

（2）数据库目录结构

数据目录（如 /var/lib/pgsql/15/data）包含：

PG_VERSION：版本信息文件。
base：存储数据库的核心数据文件。
pg_wal：预写日志（WAL）目录。

（3）基础对象：OID 与表空间

OID（对象标识符） ：
- 系统内部唯一标识对象的整数，如 pg_class 中存储表 OID。
- 查询示例：
  sql 复制代码
```
SELECT oid, relname FROM pg_class WHERE relkind = 'r';
```
表空间（Tablespace） ：
- 物理存储位置的逻辑映射，允许数据分散存储。
- 创建表空间：
  sql 复制代码
```
CREATE TABLESPACE ts_custom LOCATION '/mnt/ssd_data';
```

（4）base 的物理布局

目录结构：base/<database_oid>/<table_oid>
- 每个表对应一个或多个文件（如 12345、12345_fsm）。
文件类型：
- 主文件（.data）：存储实际数据。
- 空闲空间映射（_fsm）：记录数据页的空闲空间。
- 可见性映射（_vm）：加速 VACUUM 操作。

（5）表空间与数据库关系总结

特性	表空间	数据库
作用	定义物理存储位置	逻辑数据容器
多对象支持	可包含多个数据库的对象	可跨多个表空间存储对象
依赖关系	独立于数据库存在	依赖表空间存储数据
管理命令	`CREATE TABLESPACE`	`CREATE DATABASE`