[PostgreSQL] Architecture

# PostgreSQL Architecture

 

PostgreSQL = 프로세스 기반의 DBMS

 

PG는 1개의 connection마다 1개의 backend 프로세스가 생성이 된다.

PostgreSQL의 프로세스 리스트를 보면 다음과 같다.

# ps -ef | grep postgres

postgres 11126     1  0  2021 ?        00:00:55 /home/postgresql/bin/postgres -D /home/postgresql/data
postgres 11129 11126  0  2021 ?        00:00:00 postgres: checkpointer 
postgres 11130 11126  0  2021 ?        00:07:01 postgres: background writer 
postgres 11131 11126  0  2021 ?        00:07:20 postgres: walwriter 
postgres 11132 11126  0  2021 ?        00:00:48 postgres: autovacuum launcher 
postgres 11133 11126  0  2021 ?        00:01:49 postgres: stats collector 
postgres 11134 11126  0  2021 ?        00:00:01 postgres: logical replication launcher 
postgres 12671 11126  0 11:03 ?        00:00:00 postgres: postgres postgres [local] idle
root     11245 11198  0 11:02 pts/0    00:00:00 grep --color=auto postgres

여기서 pid가 11126인 프로세스가 바로 Postmaster 프로세스이다.

PostgreSQL를 구동할 때 가장 먼저 프로세스이다

초기 복구 작업, Shared Memory 초기화, Background 프로세스 구동작업을 수행한다.

만약, 당신이 PG에 접속하고 싶은 경우, 이 프로세스가 Backend 프로세스를 생성해 줄 것이다.

 

 Backend 프로세스는 여러개가 있다.

checkpointer는 체크 포인트 발생시 dirty 버퍼를 데이터파일에 기록하고,

background writer는 주기적으로 dirty 버퍼를 데이터파일에 기록한다.

wal writer는 데이터 파일의 변경 사항을 로그파일로 기록하는데,

이 wal 파일은 데이터베이스에 대한 모든 조작 기록을 보관하고 있다.

이 파일의 존재 이유는 서버가 갑자기 중지되었을 경우

데이터 파일에 적용하지 못한 작업(checkpoint 작업이 안된)을

이 로그에 읽어서 다시 실행하여 서버에 안전하게 복구하기 위해서이다.

wal 파일을 특정 시점까지만 실행하면, 특정 시점 복구도 할 수 있다.

 

autovacuum launcher는 자동으로 vacuum 하는 프로세스이며

stats collector는 쿼리 최적화를 위해 통계 정보를 수집하는 프로세스이다.

logical replication launcher는 subscriber의 위치에서 테이블을 싱크해주는 프로세스이고

pid 12671인 프로세스는 local에서 누군가가 pg에 접속해 있다는 말이다.

 

 

PostgreSQL의 메모리 사용

 

PG의 메모리 사용 부분을 보면 Shared Memory 영역이 있다.

그 중 Shared Buffer는 사용자가 요청한 데이터 블록을 저장하는 공간이며 공유 메모리 버퍼이다.

 많은 사용자가 동시에 접근할 때 경합을 최소화하고

자주 사용하는 블록이 최대한 오랫동안 버퍼 내에 있는 영역이다.

결국 Shared Buffer의 목적은 디스크 I/O를 최소화 하는 것이다.

 

WAL Buffer는 데이터의 변경 사항을 잠시 저장하는 버퍼로

WAL writer 프로세스를 통해 WAL 파일에 기록된다.

 

PostgreSQL의 데이터 구조

 

각 DBMS별로 데이터 저장 구조는 다 다르다.

PG에서는 데이터베이스 > 스키마 > 테이블의 형태로 데이터가 분류되며

다음의 그림처럼 데이터가 저장이 된다.

 

데이터가 저장되는 파일들은 여러 개의 페이지들로 구성되며

하나의 페이지는 일반적으로 8KB를 차지한다.

페이지의 구성요소는 다음과 같다.

Page Header는 24bytes로 기본적인 페이지 정보를 저장하며

Item은 4 bytes로 데이터 시작위치, 크기가 저장된 포인터이다.

Tuple = 데이터 row 한 줄

 

PG는 MVCC 동시성 제어를 위해 MGA 방식을 사용하는데

만약 update나 delete가 발생할 경우

위의 그림에서 Tuple은 삭제되는게 아니라 더이상 사용하지 않도록 표시가 된다.

추후, VACUUM 작업을 해줘야 해당 Tuple들이 삭제될 것이다.

즉, Update와 Delete가 빈번하게 일어나면

테이블의 크기가 점점 늘어나게 될 것이다.

 

[참고자료]

https://waspro.tistory.com/146

https://d2.naver.com/helloworld/227936

https://mozi.tistory.com/565

https://dbrang.tistory.com/1579

To be continued.........

 

 

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