65.6. 数据库页面布局
本章提供一个PostgreSQL的表和索引所使用的页面格式的概述。[1] 序列和TOAST表的格式就像一个普通表一样。
在下面解释中，一个字节被假定包含 8 个位。 另外，术语item指的是存储在一个页面里的 独立数据值。 在一个表里，一个项是一个行；在一个索引里，一个项是 一条索引记录。
每个表和索引都以一个固定尺寸（通常是 8kB，不过在编译服务器时可以选择其他不同的尺寸）的页面数组存储。 在表中，所有页面在逻辑上都相同，所以一个特定的项（行）可以被存储在任何页面里。 在索引里，第一个页面通常保留为元页来保存控制信息， 并且依索引访问方法的不同，在索引里可能有不同类型的页面。
表 65-2显示一个页面的总体布局。每个页面有五个部分。
表 65-2. 总体页面布局
| 项 | 描述 |
|---|---|
| PageheaderData | 24字节长。包含关于页面的一般信息，包括空闲空间指针。 |
| ItemIdData | 一个记录（偏移量，长度）对的数组，指向实际项。每个项 4 字节。 |
| Free space | 未分配的空间（空闲空间）。新项指针从这个区域的开头开始分配，新项从其结尾开始分配。 |
| Items | 实际的项本身。 |
| Special space | 索引访问模式相关的数据。不同的索引访问方式存放不同的数据。在普通表中为空。 |
每个页面的头24个字节组成页头（PageHeaderData）。它的格式在表 65-3里详细介绍。 第一个域跟踪与此页面相关的最近的 WAL 项。第二个域包含该页面的校验码（如果data checksums被启用）。接下来一个2字节的域包含标志位。此后跟随着三个 2 字节的整数域 （pd_lower、pd_upper和pd_special）。 这些域包含从页面开始位置到未分配空间开头的字节偏移、到未分配空间结尾的字节偏移以及到特殊空间开头的字节偏移。页面头中再接下来的 2 字节（pd_pagesize_version）存储页面尺寸和一个版本指示器。从PostgreSQL 8.3开始的版本号为4；PostgreSQL 8.1和8.2使用版本号3；PostgreSQL 8.0 使用版本号 2；PostgreSQL 7.3 和 7.4 使用版本号 1； 更早的版本使用版本号 0（基本页面布局和头格式在大部分这些版本里都没有改变，但是堆的行头部布局有所变化）。 页面大小主要用于交叉检查；目前在一次安装里，还不能支持多于一种页面大小。最后的域是一个提示，它显示删除该页是否可能获益：它跟踪在页面上最老的未删除的XMAX。
表 65-3. PageHeaderData布局
| 域 | 类型 | 长度 | 描述 |
|---|---|---|---|
| pd_lsn | PageXLogRecPtr | 8 bytes | LSN: 最后修改这个页面的 xlog 记录最后一个字节后面的第一个字节 |
| pd_checksum | uint16 | 2 bytes | 页面校验码 |
| pd_flags | uint16 | 2 bytes | 标志位 |
| pd_lower | LocationIndex | 2 bytes | 到空闲空间开头的偏移量 |
| pd_upper | LocationIndex | 2 bytes | 到空闲空间结尾的偏移量 |
| pd_special | LocationIndex | 2 bytes | 到特殊空间开头的偏移量 |
| pd_pagesize_version | uint16 | 2 bytes | 页面大小和布局版本号信息 |
| pd_prune_xid | TransactionId | 4 bytes | 页面上最老未删除XMAX，如果没有则为0 |
所有细节都可以在src/include/storage/bufpage.h中找到。
在页头后面是项标识符（ItemIdData），每个占用四个字节。 一个项标识符包含一个到项开头的字节偏移量（它的长度以字节计）， 以及一些属性位，这些属性位影响对它的解释。 新的项标识符根据需要从未分配空间的开头分配。项标识符的数目可以通过查看pd_lower来判断，在分配新标识符的时候pd_lower会增长。因为一个项标识符在被释放前绝对不会移动，所以它的索引可以用于长期地引用一个项， 即使该项本身因为压缩空闲空间在页面内部进行了移动。实际上，PostgreSQL创建的每个指向项的指针（ItemPointer，也叫做CTID）都由一个页号和一个项标识符的索引组成。
项本身存储在从未分配空间末尾开始从后向前分配的空间里。它们的实际结构取决于表包含的内容。表和序列都使用一种叫做 HeapTupleHeaderData的结构，如下文所述。
最后一部分是"特殊部分"，它可以包含访问方法想存放的任何东西。比如，b-tree 索引用它存储指向页面的左右兄妹的链接，以及其他一些和索引结构相关的数据。普通表并不使用这个部分（通过设置pd_special等于页面大小来表示）。
所有表行都用同样方法构造。它们有一个定长的头部（在大多数机器上占据 23 个字节）， 后面跟着一个可选的空值位图、一个可选的对象 ID 域以及用户数据。 该头部在表 65-4里详细描述。实际的用户数据（行的列）从t_hoff指示的偏移位置开始， 它必须总是该平台的 MAXALIGN 距离的倍数。空值位图只有在t_infomask中的HEAP_HASNULL位被设置时存在。 如果存在，那么它紧跟在定长的头部后面，并占据足够的字节来容纳每个数据列对应的一个位（也就是说，总共t_natts位）。 在这个位的列表中，为 1 的位表示非空，而为 0 的位表示空。如果这个位图不存在，那么所有列都被假设为非空的。对象 ID 只有在设置了 t_infomask里面的HEAP_HASOID位时才存在。 如果存在，它正好出现在t_hoff边界之前。如果需要对齐t_hoff使之成为 MAXALIGN 的倍数，那么填充将出现在空值位图和对象 ID 之间（这样也保证了对象 ID 得到恰当的对齐）。
表 65-4. HeapTupleHeaderData布局
| 域 | 类型 | 长度 | 描述 |
|---|---|---|---|
| t_xmin | TransactionId | 4 bytes | 插入XID标志 |
| t_xmax | TransactionId | 4 bytes | 删除XID标志 |
| t_cid | CommandId | 4 bytes | 插入和/或删除CID标志（覆盖t_xvac） |
| t_xvac | TransactionId | 4 bytes | VACUUM操作移动一个行版本的XID |
| t_ctid | ItemPointerData | 6 bytes | 当前版本的TID或者指向更新的行版本 |
| t_infomask2 | uint16 | 2 bytes | 一些属性，加上多个标志位 |
| t_infomask | uint16 | 2 bytes | 多个标志位 |
| t_hoff | uint8 | 1 byte | 到用户数据的偏移量 |
所有细节都可以在src/include/Access/htup_details.h中找到。
只有从其他表里获取了信息之后才能对确切数据进行， 这些信息大多数在pg_attribute中。 标识域位置的关键值是attlen和attalign。 我们没有办法直接获取某个特定属性，除非它们是定宽并且没有空值。所有这些复杂的操作都封装在函数heap_getattr、fastgetattr和heap_getsysattr中。
要读取数据的话，你需要轮流检查每个属性。首先根据空值位图检查该域是否为NULL。 如果是，那么跳到下一个。然后保证你的对齐是正确的。如果域是一个定宽域，那么所有字节都简单地放在其中。 如果它是一个变长域（attlen = -1），那么它就会有点复杂。所有变长数据类型都使用一个通用的头部结构struct varlena， 它包含所存储的值的总长度以及一些标志位。根据标志的不同，数据可能在线内或者是在一个TOAST中，还可能是压缩的（参阅第 65.2 节）。