При запуске PostgreSQL сервере первым делом создается процесс Postmaster. Postmaster - главный процесс, который принимает входящие подключения от клиентов, управляет созданием и завершением дочерних процессов
Для каждого нового подключения Postmaster порождает отдельный процесс, который обрабатывает SQL-запросы, выполняет планирование и возвращает результаты клиенту. Такой подход изолирует сессии и повышает стабильность системы
PostgreSQL использует дополнительные фоновые процессы для выполнения служебных задач:
Checkpointer периодически сбрасывает измененные данные из общей памяти (shared buffers) на диск. Это снижает время на восстановление после сбоев и оптимизирует запись: данные сначала попадают в буфер, а затем периодически записываются на диск
WAL Writer обеспечивает запись журналов предзаписи (Write-Ahead Logging, WAL), что гарантирует, что изменения сначала фиксируются в журнале, прежде чем быть записанными на диск. WAL Writer используется для обеспечения надежности и возможности восстановления
Background Writer фоново записывает изменённые страницы из буферного кэша на диск, помогая поддерживать актуальность данных и снижать пик нагрузок при массовых запросах
Stats Collector собирает статистику, ведёт учет выполнения запросов, использования ресурсов и другой информации, необходимой для работы планировщика запросов и оптимизации системы
Autovacuum - процесс очистки (об этом далее)
PostgreSQL выделяет область общей памяти, используемую для:
Данные хранятся в виде файлов на диске. Для взаимодействия с хранилищем данных используются специализированные модули доступа и загрузчик данных
PostgreSQL обрабатывает запросы так:
Прием запроса. Запрос поступает через клиент к дочернему процессу, созданному Postmaster
Парсинг. SQL-текст разбивается на токены и строится синтаксическое дерево. Здесь производится проверка на ошибки
Рерайтинг. Запрос преобразуется с учетом представлений, правил и триггеров
Планирование и оптимизация. Планировщик запросов анализирует различные стратегии выполнения, используя собранную статистику, и выбирает наиболее оптимальный план
Исполнение. Выполнение плана запроса: данные извлекаются, обрабатываются через узлы (фильтрация, сортировка, соединения и т.д.) и формируется результат
Возврат результатов. После выполнения запроса результаты возвращаются клиенту. Для операций, изменяющий данные, делается коммит изменений
PostgreSQL реализует механизм MVCC (multiversion concurrency control, многоверсионный контроль согласованности), позволяющий обеспечить согласованность данных при одновременном доступе множества пользователей
Внутри себя PostgreSQL хранит счетчик транзакций, который можно получить функцией txid_current(). При выполнении транзакции этот счетчик увеличивается. Каждая запись в отношении имеет системные атрибуты xmin и xmax
xminxmaxxmax, а новой присваивается в поле xminТаким образом, эти атрибуты задают жизненный цикл каждого снимка каждой записи, чтобы соблюдать целостность данных.
Помимо них есть еще cmin и cmax. Они обозначают жизненный цикл самой записи и не затрагиваются при обновлении записи
Так как MVCC требует очень много памяти на диске, нужны инструменты, очищающие неактуальные данные. В PostgreSQL есть:
Vacuum - команда для очистки базы данных, которая удаляет “мертвые” строки (устаревшие версии записей, помеченные как удаленные) и сбрасывает счетчик транзакций, участвующий в механизме MVCC, тем самым предотвращая его переполнение
Autovacuum - автоматическая версия процесса очистки, которая определяет необходимость очистки таблиц на основании внутренней статистики и автоматически запускает процесс Vacuum для удаления устаревших данных и реорганизации таблиц, что помогает поддерживать оптимальную производительность базы данных