開源數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)路徑分析

向華偉

摘 要 文章首先對(duì)PostgreSQL開源數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)PostgreSQL開源數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)路徑進(jìn)行論述。期望通過(guò)本文的研究能夠?qū)Υ龠M(jìn)開源數(shù)據(jù)庫(kù)的推廣應(yīng)用有所幫助。

【關(guān)鍵詞】開源數(shù)據(jù)庫(kù) PostgreSQL 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)庫(kù)是一種能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理的“倉(cāng)庫(kù)”，它是一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中通用的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)可進(jìn)行共享的數(shù)據(jù)集合。開源數(shù)據(jù)庫(kù)是未進(jìn)行加密，源代碼為開放性的數(shù)據(jù)庫(kù)，目前主流的開源數(shù)據(jù)庫(kù)有MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)、PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)、Ingres r3 數(shù)據(jù)庫(kù)、MaxDB數(shù)據(jù)庫(kù)、InterBase數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)均有其特性。本文以PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)為對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)路徑進(jìn)行研究。

1 PostgreSQL開源數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)分析

PostgreSQL是一款具有豐富特色的開源數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，其不但功能齊全，而且還具有商業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的特性，在某些方面甚至超越了商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。PostgreSQL可在各種平臺(tái)上應(yīng)用，支持異步Copy、預(yù)寫日志容錯(cuò)、表空間機(jī)制，同時(shí)還支持多種字符編碼，易于擴(kuò)展，在多用戶并發(fā)方面有著極其優(yōu)異的表現(xiàn)。大體上可將PostgreSQL的特性歸納為以下幾個(gè)方面：

1.1 開放性

PostgreSQL支持的數(shù)據(jù)類型較多，如IP地址、數(shù)組、幾何圖元、文本、數(shù)值等，同時(shí)該數(shù)據(jù)庫(kù)還允許用戶自定義正規(guī)的SQL類型。

1.2 可編程性

該數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?yàn)橛脩籼峁┐罅康腁PI，如OBDC、Libpq等，給用戶的開發(fā)使用提供了條件。

1.3 可定制性

該數(shù)據(jù)庫(kù)可以通過(guò)多種編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)功能，如PHP、Ruby、Java、C++等等。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)而言，函數(shù)又被稱之為存儲(chǔ)過(guò)程，它的輸出結(jié)果可以在查詢中當(dāng)做表來(lái)使用，這一特點(diǎn)使PostgreSQL具備了可定制的特性。

1.4 索引

在PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶既可以使用數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)置的GIN、Hash表、GiST進(jìn)行索引，也可以自定義索引，GiST作為通用索引的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其為多種索引策略的實(shí)現(xiàn)提供了支撐。

2 PostgreSQL開源數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)路徑

對(duì)于PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)而言，在存儲(chǔ)層的設(shè)計(jì)中，需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題是應(yīng)通過(guò)何種方式存儲(chǔ)對(duì)象規(guī)模，尤其是一些大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

2.1 數(shù)據(jù)外存的實(shí)現(xiàn)

2.1.1 relation與外部文件的對(duì)應(yīng)

用戶是PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的使用者，對(duì)于這些使用者而言，每一個(gè)二維表都是一個(gè)邏輯概念，在邏輯當(dāng)中包含了兩部分內(nèi)容，一部分是表定義，另一部分是表數(shù)據(jù)。前者的主要作用是對(duì)用戶的邏輯進(jìn)行展示，它需要被數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)保存，存放表定義的地方即表空間；后者從物理的角度上講，是以文件的形式存儲(chǔ)在操作系統(tǒng)當(dāng)中，即可存放在系統(tǒng)的表空間當(dāng)中，也可存放在用戶自定義的表空間當(dāng)中。數(shù)據(jù)一般都是以文件的形式被存儲(chǔ)在表空間當(dāng)中的，換言之?dāng)?shù)據(jù)是表空間的物理外在形式。從代碼的角度進(jìn)行分析，可通過(guò)relpathbackend函數(shù)對(duì)邏輯概念與物理存儲(chǔ)之間的關(guān)系進(jìn)行查看，具體步驟如下：先按照RelFileNode指定的關(guān)系，找出與外存相對(duì)應(yīng)的文件或是文件位置，然后根據(jù)入口的第一個(gè)參數(shù)mode，拼接出外存文件的路徑，再利用mode中的spcNode的值，判斷應(yīng)當(dāng)在哪個(gè)表空間上進(jìn)行物理存儲(chǔ)操作，最后便可得出數(shù)據(jù)的具體存儲(chǔ)位置。

2.1.2 系統(tǒng)relation的存儲(chǔ)

對(duì)于PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)而言，它的relation存儲(chǔ)是將數(shù)據(jù)存放在預(yù)先創(chuàng)建的表空間當(dāng)中，這里需要?jiǎng)?chuàng)建兩個(gè)表空間，一個(gè)是base，另一個(gè)是global。

2.2 數(shù)據(jù)內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)

從操作系統(tǒng)的角度上講，在PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)就是對(duì)一些二進(jìn)制的信息進(jìn)行存儲(chǔ)，整個(gè)存儲(chǔ)過(guò)程無(wú)法獲悉文件的內(nèi)容，文件本身的邏輯含義主要取決于應(yīng)用層面，讀入的數(shù)據(jù)會(huì)存放于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)當(dāng)中，換言之，數(shù)據(jù)的邏輯含義始于緩沖區(qū)。

2.2.1 表數(shù)據(jù)頁(yè)存儲(chǔ)

在PostgreSQL開源數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)當(dāng)中，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式主要有以下幾種類型：系統(tǒng)表數(shù)據(jù)、日志文件、用戶表數(shù)據(jù)以及用戶自行創(chuàng)建的數(shù)據(jù)等。由于數(shù)據(jù)對(duì)象的創(chuàng)建方式存在一定的差別，以序列和視圖為例，它們的創(chuàng)建并不涉及任何數(shù)據(jù)，僅僅是一個(gè)單純的定義，而用戶自定義的表則是由定義和數(shù)據(jù)兩部分組成，這些信息在實(shí)際存儲(chǔ)中，會(huì)以tuple的形式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)當(dāng)中，因此，在數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)格式中，數(shù)據(jù)分為兩個(gè)部分，一部分為頁(yè)頭，另一部分為tuple數(shù)據(jù)組。根據(jù)這一前提條件，通過(guò)對(duì)PagaAddltem函數(shù)中l(wèi)ower和upper變量賦值方式的分析，便可獲得tuple的存儲(chǔ)方式。

2.2.2 大數(shù)據(jù)的處理

系統(tǒng)表可用于視圖、序列等定義信息的存儲(chǔ)，每個(gè)表都是以元祖的形式存儲(chǔ)在pg_class當(dāng)中。由于每個(gè)表均與一個(gè)外存文件相對(duì)應(yīng)，其文件名稱則是以該對(duì)象的filenode號(hào)命名。Relfilenode的結(jié)構(gòu)如下：

typedef struct RelFileNode

{

Oid spcNode； /*tablepace*/

Oid dbNode； /*database*/

Oid relNode； /*relation*/

}Relfilenode；

從上面這個(gè)結(jié)構(gòu)當(dāng)中可以看出，在PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)當(dāng)中，表空間、數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系標(biāo)識(shí)、物理存儲(chǔ)是與該結(jié)構(gòu)唯一對(duì)應(yīng)的。如果一個(gè)文件當(dāng)中存儲(chǔ)的內(nèi)容過(guò)多，在表超過(guò)1GB后，這些文件便會(huì)被分裂為大小在1GB左右的段，首段的文件名與filenode相同，其余各段則可用filenode1、filenode2、filenode3來(lái)表述，由此能夠防止不同操作系統(tǒng)對(duì)文件大小的限制。

3 結(jié)論

綜上所述，在大數(shù)據(jù)時(shí)代的背景下，開源數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)逐步成為業(yè)內(nèi)研究的重點(diǎn)，尤其是與數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)最為密切的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問(wèn)題，更成為重中之重。本文主要針對(duì)主流開源數(shù)據(jù)庫(kù)中的PostgreSQL進(jìn)行了分析，并對(duì)其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)路徑進(jìn)行了論述，以期能為開源數(shù)據(jù)庫(kù)的推廣使用提供幫助。

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作者單位

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